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apostila sobre cerâmica avançada e suas propriedades
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Aula 01: Apresentação da Disciplina e Introdução
Prof. Dr. André Luiz Molisani
Curso de Engenharia de Materiais
e-mail: [email protected]
2015 1
APRESENTAÇÃO
DA DISCIPLINA
2
CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO
• A disciplina será avaliada por meio de provas bimestrais (P1 a P4), atividades
semestrais (A1 e A2) e o exame final (EX).
• As médias semestrais (MS) serão calculadas da seguinte maneira:
• Média parcial (MP) será calculada da seguinte maneira:
• Média final (MF) será calculada da seguinte maneira:
• A prova substitutiva (PSUB) será aplicada somente para aquele(a) que
perdeu uma das provas bimestrais.
𝐌𝟏𝐒 = 𝟎, 𝟖𝐱𝐏𝟏 + 𝐏𝟐
𝟐+ 𝟎, 𝟐𝐱𝐀𝟏
𝐌𝟐𝐒 = 𝟎, 𝟖𝐱𝐏𝟑 + 𝐏𝟒
𝟐+ 𝟎, 𝟐𝐱𝐀𝟐
𝐌𝐏 =𝐌𝟏𝐬 +𝐌𝟐𝐒
𝟐
MP 5,0 e frequência 75% – Aprovado.
3,0 ≤ MP < 5,0 – Direito a fazer o exame final
(prova com toda a matéria do ano letivo).
𝐌𝐅 =𝐌𝐏 + 𝐄𝐗
𝟐 MF 5,0 e frequência 75% – Aprovado.
3
CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO
Nota 1: as atividades são trabalhos que complementam alguns dos temas abordados
nas aulas, sendo apresentadas na forma escrita e/ou na forma de palestra.
A1 – aplicada no 1º semestre.
A2 – aplicada no 2º semestre.
Nota 2: os temas das atividades serão propostos no decorrer do curso, bem como os
procedimentos para elaboração dos referidos trabalhos.
Nota 3: nota zero será atribuída aos trabalhos com abundância de erros de ortografia
e formatação de texto, bem como a reprodução (cópia) de livros e/ou textos
eletrônicos em geral. A mesma nota se aplica ao trabalhos que não
seguirem os procedimentos previamente estabelecidos.
Nota 4: A prova substitutiva poderá envolver toda a matéria ministrada ao longo do
ano letivo ou apenas abordar assuntos relacionados com a prova que não
foi realizada pelo aluno. Isto será defino pelo professor na época em que será realizada a prova.
4
EMENTA
Métodos de síntese de cerâmicas avançadas;
Caracterização de cerâmicas avançadas;
Mecanismos de estabilização de suspensões de
cerâmicas avançadas;
Métodos de conformação de cerâmicas avançadas;
Comparação entre os métodos de conformação
aplicados as cerâmicas tradicionais e avançadas;
Processo de sinterização de pós cerâmicos.
5
BIBLIOGRAFIA
Adamnson, A; Gast, A. Physical chemistry of surfaces. New York: John Wiley & Sons,
1997.
Kingery, W.D.; Bowen, H. K.; Uhlmann, D.R. Introduction to ceramics. 2nd ed. New
York: Wiley, c1976. (Wiley Series on the Science and Technology).
Reed, J.S. Principles of ceramics processing. 2.ed. New York: John Wiley, c1995.
Barsoum, M.W. Fundamentals of ceramics. New York: Taylor/ Francis, 2003.
Rahaman, M.N. Ceramic processing and sintering, 2ed. New York: Marcel Dekker,
1995.
Carter, C.B; Norton, M.G. Ceramic materials: science and engineering, Springer
Science Business Media, 2007.
Heimann, R.B. Classic and advanced ceramics: from fundamentals to applications,
Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010.
Richerson, D.W. The magic of ceramics, Westerville: The American Ceramic Society,
2000.
Ring, T.A. Fundamentals of ceramic powder processing and synthesis, Academic Press,
1996.
German, R.M. Sintering theory and practice. John Wiley & Sons, Inc., 1996.
Boch, P.; Niepce, J.-C. Ceramic materials: processes, properties and applications,
ISTE Ltd., 2007. 6
INTRODUÇÃO
7
DEFINIÇÃO DE CERÂMICA
Cerâmicas podem ser definidas como compostos
sólidos que são formados pela aplicação de calor, e
algumas vezes calor e pressão, consistindo de pelo
menos dois elementos, sendo que um deles é um não
metal. Os demais elementos podem ser metais ou não
metais. (Barsoum, 2003)
Os materiais cerâmicos são inorgânicos e não
metálicos, sendo a grande maioria constituída por uma
combinação de elementos metálicos e não metálicos,
cujas ligações atômicas variam de puramente iônicas
para totalmente covalentes. (Callister, 2001)
8
EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
BC AC
(Richerson, 2000)
Art
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Arg
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ão
9
CERÂMICAS TRADICIONAIS
Materiais de Origem Mineral
Argilominerais são geralmente
cristalinos e constituídos por
silicatos de alumínio hidrato,
contendo em certos tipos outros
elementos como Mg, Fe, Ca, Na,
K e outros.
Argila é uma rocha finamente
dividida, constituída essencialmente
por argilominerais, podendo conter
minerais que não são considerados
argilominerais (CaCO3, SiO2 e
outros), matéria orgânica e outras
impurezas. 10
CERÂMICAS TRADICIONAIS
Classificação de cerâmicas à base de Silicatos.
(Heimann, 2010)
11
CERÂMICAS AVANÇADAS OU TÉCNICAS
Relação entre diferentes materiais. Nível 1 (Metais, Polímeros e Cerâmicas),
Nível 2 (Cerâmicas hidráulicas, Vidros e Cerâmicas “Estrito Senso”), Nível 3
(Cerâmicas Óxidas Avançadas, Cerâmicas Não Óxidas Avançadas e Cerâmicas
Clássicas de Silicatos).
(Heimann, 2010)
(gesso)
(cimento)
(cal)
12
CERÂMICAS AVANÇADAS OU TÉCNICAS
Classificação de cerâmicas técnicas.
(Heimann, 2010)
13
CERÂMICAS AVANÇADAS OU TÉCNICAS
Materiais Sintéticos
Caracterizados por apresentar elevada pureza;
Exemplos:
Óxidos simples (Al2O3, ZrO2, Y2O3);
Compostos óxidos (Pb(Ti,Zr)O3, BaTiO3, MgAl2O4);
Silicatos (Al6Si2O13, ZrSiO4, Mg2Al4Si5O18);
Silicetos (MoSi2, WSi2, NiSi);
Carbetos (SiC, TiC, B4C);
Nitretos (Si3N4, AlN, TiN);
Oxinitretos (Al23O27N5, Si6-xAlxOxN8-x);
Boretos (AlB2, TiB2, MgB2).
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CERÂMICA AVANÇADA X CERÂMICA TRADICIONAL
Comparativo entre cerâmica avançada e tradicional
Cerâmica Matéria-Prima Estrutura Propriedades Aplicações
Avançada Produtos químicos industriais
Homogênea Densa
Elétrica Magnética Ótica Mecânica Térmica Química Nuclear Biológica Estética
Produtos funcionais
Tradicional (silicatos)
Naturais Minerais industriais
Heterogênea Porosa
Mecânica Estética
Materiais de construção Produtos domésticos
15
CERÂMICA AVANÇADA X CERÂMICA TRADICIONAL
(Carter; Norton, 2007)
Conformação
Cerâmica Avançada Cerâmica Tradicional Processamento
Colagem (Slip casting) Colagem de fita (Tape casting) Prensagem uniaxial Prensagem isostática Extrusão Moldagem por injeção
Colagem (Slip Casting) Extrusão
Sinterização Forno (gás ou elétrico) Prensagem à quente Plasma
Forno (gás ou elétrico)
Acabamento Usinagem Revestimento (Coating)
Usinagem Vitrificação (Glazing)
Diferenças de processamento entre cerâmicas avançadas e tradicionais
16
CERÂMICAS AVANÇADAS
(Reed, 1995)
17
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS
ALUMINA
NITRETO
DE SILÍCIO
CARBETO
DE SILÍCIO
ALUMINA
NITRETO
DE SILÍCIO
CARBETO
DE SILÍCIO
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CERÂMICAS AVANÇADAS: FERRAMENTAS DE CORTE
Si3N4
Metal Cerâmica
19
CERÂMICAS AVANÇADAS: ETRÔNICA, ELÉTRICA E MAGNÉTICA
Substratos de CI´s
Lâminas de Silício
Isoladores Elétricos Capacitores
Cerâmicas piezelétricas
Cerâmicas Magnéticas Smart Skis
Material piezelétrico
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20
BIOCERÂMICAS
Prótese Dentária
Prótese total de Quadril Prótese de joelho 21
CERÂMICAS AVANÇADAS: INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA
Catalizador
Figure 9- 18. Positioning pins used in robotic welding
operations, fabricated from silicon nitride ceramic. 22
Utensílios sanitários
CERÂMICAS TRADICIONAIS
Utensílios Domésticos
Revestimentos Telhas e Tijolos
23
Composição
Química
Microestrutura Propriedades
Processo de
Fabricação Intrínseca
(Rahaman, 1995)
RELAÇÕES IMPORTANTES NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICAS
24
EFEITO DA MICROESTRUTURA NAS PROPRIEDADES
(Carter; Norton, 2007) 25
FIM
26