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Materiais IMateriais I

FasesFases cerâmicascerâmicas e e suassuas propriedadespropriedades

Grupo 4:Grupo 4:Bruno PerezBruno PerezCaue NegrãoCaue NegrãoGabriel Zen Gabriel Zen Guilherme MoraesGuilherme MoraesPedro RubioPedro RubioRodrigo FerrariRodrigo Ferrari

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

materiais inorgânicos e nãomateriais inorgânicos e não--metálicos metálicos

A palavra cerâmica vem do idioma grego A palavra cerâmica vem do idioma grego “keramikos“keramikos” ”

“cerâmicas tradicionais” : porcelanas, tijolos e “cerâmicas tradicionais” : porcelanas, tijolos e telhas.telhas.

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

Grandes progressosGrandes progressos

Termo cerâmico tem tomado um sentido muito Termo cerâmico tem tomado um sentido muito mais amplo mais amplo

eletrônica, computação, comunicação, ciência eletrônica, computação, comunicação, ciência aeroespacial ou ainda nas indústrias interessadas aeroespacial ou ainda nas indústrias interessadas em seu uso.em seu uso.

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ESTRUTURAS DAS CERÂMICASESTRUTURAS DAS CERÂMICAS

Dois elementos e freqüentemente mais a Dois elementos e freqüentemente mais a estrutura cristalina. estrutura cristalina.

Estrutura cristalina desses materiais são Estrutura cristalina desses materiais são geralmente mais complexas do que a dos geralmente mais complexas do que a dos materiais metálicos.materiais metálicos.

A ligação atômica desses materiais varia entre A ligação atômica desses materiais varia entre puramente iônica e covalente. puramente iônica e covalente.

ESTRUTURAS CRISTALINASESTRUTURAS CRISTALINAS

ligação atômica predominantemente iônica ligação atômica predominantemente iônica podepode--se pensar como sendo composta de íons se pensar como sendo composta de íons eletricamente carregados ao invés de átomos.eletricamente carregados ao invés de átomos.

o tamanho da carga elétrica em cada um dos o tamanho da carga elétrica em cada um dos íons componentes e o tamanho relativo dos íons componentes e o tamanho relativo dos cátions e dos ânions cátions e dos ânions

EstruturasEstruturasCristalinasCristalinas

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ESTRUTURAS CRISTALINAS TIPO AXESTRUTURAS CRISTALINAS TIPO AX

Número igual de cátions e ânions.Número igual de cátions e ânions.

A = CátionsA = CátionsX = ÂnionsX = Ânions

NaClNaCl

NaClNaCl

Número de coordenação é 6. Seguindo a tabela:Número de coordenação é 6. Seguindo a tabela:

A taxa do raio cátionA taxa do raio cátion--ânion está entre 0,414 e ânion está entre 0,414 e 0,732 .0,732 .

. Uma célula unitária para essa estrutura . Uma célula unitária para essa estrutura cristalina é gerada de um arranjo FCC de ânions cristalina é gerada de um arranjo FCC de ânions com um cátion situado no centro do cubo e com um cátion situado no centro do cubo e outro no centro de cada uma das 12 bordas do outro no centro de cada uma das 12 bordas do cubo.cubo.

CsClCsCl

O intercambio de ânions com cátions e vice versa, produz a mesma estrutura cristalina.

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ZnSZnS

•Vice-versa

•Altamente Covalente

Estruturas cristalinas tipo AmXpEstruturas cristalinas tipo AmXp

Cargas de cátions e ânions não são as mesmas Cargas de cátions e ânions não são as mesmas CaF2CaF2

taxa do raio rc/ra para o fluoreto de cálcio é taxa do raio rc/ra para o fluoreto de cálcio é aproximadamente 0,8.aproximadamente 0,8.a estrutura cristalina pode ser similar a estrutura a estrutura cristalina pode ser similar a estrutura do CsCl do CsCl metade das posições centrais do cubo são metade das posições centrais do cubo são ocupadas por íons Ca+ ocupadas por íons Ca+

Estruturas cristalinas tipo AmBnXpEstruturas cristalinas tipo AmBnXp

mais de um tipo de cátions ( A e B)mais de um tipo de cátions ( A e B)BaTiOBaTiO33

Nas temperaturas abaixo de 120ºC a estrutura Nas temperaturas abaixo de 120ºC a estrutura cristalina é cúbica cristalina é cúbica BaBa22+, cantos do cubo +, cantos do cubo TiTi44+ ao centro e+ ao centro eOO22-- centro de cada uma das 6 faces. centro de cada uma das 6 faces.

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Estruturas Cristalinas de um Estruturas Cristalinas de um empacotamento fechado empacotamento fechado

de ânionsde ânionsGeraGera tanto tanto estruturasestruturas FCC quanto HCP.FCC quanto HCP.Como estão empilhados, geram pequenos espaços Como estão empilhados, geram pequenos espaços intersticiais entre eles.intersticiais entre eles.Número de coordenação para preenchimento de Número de coordenação para preenchimento de cátions 4 para estruturas tetraédricas e 6 para cátions 4 para estruturas tetraédricas e 6 para octaédricas.octaédricas.Estrutura depende do empilhamento do Estrutura depende do empilhamento do empacotamento e do modo de preenchimento dos empacotamento e do modo de preenchimento dos interstícios.interstícios.

Estruturas Cristalinas de um Estruturas Cristalinas de um empacotamento fechado empacotamento fechado

de ânionsde ânionsPosições intersticiais de 2 tipos:Posições intersticiais de 2 tipos:

Tetraédricas e OctaédricasTetraédricas e Octaédricas

Cálculo da densidade da Cálculo da densidade da CerâmicaCerâmica

A densidade A densidade r r pode ser determinada usando uma fórmula pode ser determinada usando uma fórmula modificada da usada para metais:modificada da usada para metais:

r = r = n’ . xAc + xAan’ . xAc + xAaVc.NaVc.Na

Onde: Onde: n’ = número de íons inclusos na fórmulan’ = número de íons inclusos na fórmula

xAc = soma dos pesos atômicos de todos os cátions da fórmulaxAc = soma dos pesos atômicos de todos os cátions da fórmulaxAa = soma dos pesos atômicos de todos os anions da fórmulaxAa = soma dos pesos atômicos de todos os anions da fórmulaVc = volume da célula unitária Vc = volume da célula unitária Na = número de Avogadro (6,023 .10²³)Na = número de Avogadro (6,023 .10²³)

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SílicaSílica

O mais simples tipo de silicato(SiOO mais simples tipo de silicato(SiO22).).Estruturalmente e uma rede tridimensional ligada por Estruturalmente e uma rede tridimensional ligada por átomos adjacentes O do canto do tetraedro.átomos adjacentes O do canto do tetraedro.Eletricamente neutro e de estrutura estável.Eletricamente neutro e de estrutura estável.Três formas: Quartz,cristobalite e tridymite.Três formas: Quartz,cristobalite e tridymite.Estruturas complicadas e abertas, o que leva a uma Estruturas complicadas e abertas, o que leva a uma densidade baixa.densidade baixa.Força da ligação reflete na alta temperatura de Força da ligação reflete na alta temperatura de fusão:1710ºCfusão:1710ºC

Cerâmicas de SílicaCerâmicas de Sílica

São formados dos elementos mais abundantes São formados dos elementos mais abundantes da crosta terrestre: silício e oxigênio.da crosta terrestre: silício e oxigênio.Não são considerados iônicos devido ao caráter Não são considerados iônicos devido ao caráter covalente das ligações Sicovalente das ligações Si--O que são direcionais e O que são direcionais e relativamente fortes.relativamente fortes.Melhor caracterizados como vários arranjos do Melhor caracterizados como vários arranjos do tetraedro SiOtetraedro SiO44 44--..

Vidros de SílicaVidros de Sílica

Possui um alto grau de variação atômica,característica Possui um alto grau de variação atômica,característica dos vidros.dos vidros.Tetraedro SiOTetraedro SiO4 44 4-- e a unidade básica.e a unidade básica.Pode ser formado por outros óxidos como BPode ser formado por outros óxidos como B22OO33 e e GeOGeO22 (formadores de rede).(formadores de rede).Adicionados a óxidos(CaO e NaAdicionados a óxidos(CaO e Na22O) são modificadores O) são modificadores de rede.de rede.Podem ser intermediadores de rede como o TiOPodem ser intermediadores de rede como o TiO22 e e AlAl22OO33, enquanto não formadores de rede., enquanto não formadores de rede.A adição de modificadores e intermediadores baixa o A adição de modificadores e intermediadores baixa o ponto de fusão e viscosidade, facilitando a moldagem.ponto de fusão e viscosidade, facilitando a moldagem.

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Os silicatosOs silicatos

Sao formados pela divisão de um, dois ou três Sao formados pela divisão de um, dois ou três átomos de O da borda do tetraedro SiOátomos de O da borda do tetraedro SiO4 44 4--..Formam estruturas como SiOFormam estruturas como SiO4 44 4--, Si, Si22OO77 66--, , SiSi33OO9 69 6--possibilitando cadeias estruturais possibilitando cadeias estruturais simples. Cátions do tipo Casimples. Cátions do tipo Ca2+2+, Mg, Mg2+2+e Ale Al3+3+

possuem dois papéis na estrutura:possuem dois papéis na estrutura:1.1. Compensam as cargas negativas de SiOCompensam as cargas negativas de SiO44 44-- até até

atingir a neutralidade.atingir a neutralidade.2.2. Ligam ionicamente os tetraedros SiOLigam ionicamente os tetraedros SiO44 44--..

Os silicatosOs silicatos

SimplesSimples1.1. Envolvem o tetraedro isolado Envolvem o tetraedro isolado 2.2. Ex:MgEx:Mg22SiOSiO44..3.3. Forma o íon SiForma o íon Si22OO77 66-- quando dois tetraedros quando dois tetraedros

dividem um átomo de oxigênio comum.dividem um átomo de oxigênio comum.

Os silicatosOs silicatos

Em camadasEm camadas1.1. O O compartilhamentocompartilhamento de três ions de oxigêniode três ions de oxigênio do tetraedro pode do tetraedro pode

produzir uma lâmina de duas dimensões.produzir uma lâmina de duas dimensões.2.2. Fórmula repetida pode ser representada por (SIFórmula repetida pode ser representada por (SI22OO55))22--..3.3. A eletroneutralidade e estabelecida pela segunda estrutura planaA eletroneutralidade e estabelecida pela segunda estrutura planar r

da lâmina em excesso que se ligam aos átomos de O não ligados da lâmina em excesso que se ligam aos átomos de O não ligados da lamina Sida lamina Si22OO55..

4.4. Sao chamados de lâminas ou silicatos em camadas, característicosSao chamados de lâminas ou silicatos em camadas, característicosdas argilas e outros minerais.das argilas e outros minerais.

5.5. Suas estruturas estão entre as mais complexas dos materiais Suas estruturas estão entre as mais complexas dos materiais inorgânicos.inorgânicos.

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CarbonoCarbono

Elemento que existe em várias fórmulas Elemento que existe em várias fórmulas polimórficaspolimórficas;;Não pertence a nenhum esquema de Não pertence a nenhum esquema de classificação tradicional como, metal, cerâmica, classificação tradicional como, metal, cerâmica, polímero;polímero;Neste trabalho, serão apresentados os seguintes Neste trabalho, serão apresentados os seguintes polimorfos do carbono: diamante, grafite e polimorfos do carbono: diamante, grafite e fulerenosfulerenos..

DiamanteDiamante

As propriedades físicas do diamante o tornam um As propriedades físicas do diamante o tornam um material extremamente atrativo;material extremamente atrativo;Ele é extremamente duro ( o material mais duro Ele é extremamente duro ( o material mais duro conhecido) e possui uma condutividade elétrica muito conhecido) e possui uma condutividade elétrica muito baixa;baixa;As características citadas acima são conseqüência de sua As características citadas acima são conseqüência de sua estrutura cristalina e das fortes ligações interatômicas estrutura cristalina e das fortes ligações interatômicas covalentes presentes;covalentes presentes;Em sua estrutura cristalina cada átomo de carbono se Em sua estrutura cristalina cada átomo de carbono se liga a quatro outros átomos de carbono e suas ligações liga a quatro outros átomos de carbono e suas ligações são totalmente covalentes;são totalmente covalentes;

Diamante Diamante

É opticamente transparente nas regiões de É opticamente transparente nas regiões de espectro visível e de infravermelho;espectro visível e de infravermelho;Possui um alto índice de refração;Possui um alto índice de refração;Industrialmente, diamantes são utilizados para Industrialmente, diamantes são utilizados para afiar ou cortar materiais mais moles;afiar ou cortar materiais mais moles;Possui uma incomum alta condutividade térmica Possui uma incomum alta condutividade térmica para um material não metálico;para um material não metálico;

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Grafite Grafite

Possui estrutura cristalina diferente do diamante;Possui estrutura cristalina diferente do diamante;É mais estável que o diamante a temperatura e É mais estável que o diamante a temperatura e pressão ambiente;pressão ambiente;A estrutura da grafite é composta de arranjos A estrutura da grafite é composta de arranjos hexagonais de átomos de carbono;hexagonais de átomos de carbono;Nessa estrutura estão presentes tanto ligações Nessa estrutura estão presentes tanto ligações covalentes quanto ligações do tipo covalentes quanto ligações do tipo vanvan der der WaalsWaals;;

Grafite Grafite

Algumas propriedades desejáveis da grafite são: Algumas propriedades desejáveis da grafite são: Alta força;Alta força;Boa estabilidade química a temperaturas Boa estabilidade química a temperaturas elevadas e atmosferas não oxidantes;elevadas e atmosferas não oxidantes;Alta condutividade térmica;Alta condutividade térmica;Baixo coeficiente de expansão térmica;Baixo coeficiente de expansão térmica;Alta resistência ao choque térmico;Alta resistência ao choque térmico;Alta absorção de gases;Alta absorção de gases;

Grafite Grafite

Algumas aplicações da grafite são: Algumas aplicações da grafite são: Como elemento de aquecimento para fornos Como elemento de aquecimento para fornos elétricos;elétricos;Nos cadinhos metalúrgicos;Nos cadinhos metalúrgicos;Na formação de moldes para ligas metálicas e Na formação de moldes para ligas metálicas e cerâmicas;cerâmicas;Nos bicos de foguetes; Nos bicos de foguetes;

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FulerenosFulerenos

Outra forma Outra forma polimórficapolimórfica do carbono a qual foi do carbono a qual foi descoberta em 1985;descoberta em 1985;Existe de uma forma molecular discreta e consiste num Existe de uma forma molecular discreta e consiste num conglomerado de cavidades esféricas de seis átomos de conglomerado de cavidades esféricas de seis átomos de carbono;carbono;Uma molécula simples é chamada por CUma molécula simples é chamada por C6060;;Cada molécula é composta por grupos de átomos de Cada molécula é composta por grupos de átomos de carbono que são ligados um no outro formando tanto carbono que são ligados um no outro formando tanto configurações geométricas de hexágonos (átomos de configurações geométricas de hexágonos (átomos de seis carbonos) quanto pentágonos (átomos de cinco seis carbonos) quanto pentágonos (átomos de cinco carbonos);carbonos);

FulerenosFulerenos

Uma outra molécula, consiste de 20 hexágonos e 12 pentágonos, Uma outra molécula, consiste de 20 hexágonos e 12 pentágonos, que estão arranjados de modo que dois pentágonos não dividem que estão arranjados de modo que dois pentágonos não dividem um lado em comum, a superfície molecular então, exibe a um lado em comum, a superfície molecular então, exibe a simetria de uma bola de futebol;simetria de uma bola de futebol;O material componente das moléculas de C60 é conhecido por O material componente das moléculas de C60 é conhecido por buckminsterfullerenebuckminsterfullerene,, nomeado em homenagem a R.nomeado em homenagem a R.BuckminsterBuckminsterFullerFuller, que inventou a cúpula geodésica;, que inventou a cúpula geodésica;Cada CCada C60 60 é simplesmente uma réplica molecular da cúpula, que é é simplesmente uma réplica molecular da cúpula, que é freqüentemente chamada de freqüentemente chamada de buckyballbuckyball. O termo . O termo fulerenofulereno é é usado para denotar a classe dos materiais que compõem esse tipo usado para denotar a classe dos materiais que compõem esse tipo de molécula;de molécula;

Nanotubos de carbonoNanotubos de carbono

Possui algumas propriedades únicas e Possui algumas propriedades únicas e tecnologicamente interessantes ;tecnologicamente interessantes ;Sua estrutura consiste numa lâmina simples de Sua estrutura consiste numa lâmina simples de grafite, laminada dentro de um tubo, ambos grafite, laminada dentro de um tubo, ambos terminando sendo tapados por hemisférios do terminando sendo tapados por hemisférios do fulerenofulereno CC6060;;O prefixo nano denota que os diâmetros dos O prefixo nano denota que os diâmetros dos tubo estão na ordem de nanômetros ;tubo estão na ordem de nanômetros ;

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Nanotubos de carbonoNanotubos de carbono

Esses nanotubos são extremamente fortes, rígidos e Esses nanotubos são extremamente fortes, rígidos e relativamente dúcteis;relativamente dúcteis;Nanotubos tem densidades relativamente baixas; Nanotubos tem densidades relativamente baixas; O O nanotubonanotubo de carbono tem sido chamado de a “fibra de carbono tem sido chamado de a “fibra definitiva” e é extremamente promissora a sua definitiva” e é extremamente promissora a sua utilização como reforço dos materiais compósitos;utilização como reforço dos materiais compósitos;Possuem características elétricas únicas;Possuem características elétricas únicas;Futuras aplicações para os nanotubos de carbono irão Futuras aplicações para os nanotubos de carbono irão incluir diodos e transistores.incluir diodos e transistores.

Imperfeições nas cerâmicasImperfeições nas cerâmicas

Assim como nos metais, vagas e interstícios são Assim como nos metais, vagas e interstícios são possíveis, no entanto, desde que os materiais cerâmicos possíveis, no entanto, desde que os materiais cerâmicos contenham íons de pelo menos dois tipos;contenham íons de pelo menos dois tipos;Dentre os tipos de defeitos pontuais atômicos Dentre os tipos de defeitos pontuais atômicos existentes em cerâmicas, podeexistentes em cerâmicas, pode--se destacar: o defeito de se destacar: o defeito de FrenkelFrenkel e o defeito Schottky;e o defeito Schottky;O primeiro pode ser pensado como sendo formado por O primeiro pode ser pensado como sendo formado por um cátion deixando sua posição e se movendo para um um cátion deixando sua posição e se movendo para um espaço intersticial. Não há mudança na carga porque o espaço intersticial. Não há mudança na carga porque o cátion mantém a mesma carga positiva que o interstício;cátion mantém a mesma carga positiva que o interstício;

Imperfeições na cerâmicasImperfeições na cerâmicas

O segundo pode ser pensado como sendo criado pela O segundo pode ser pensado como sendo criado pela remoção de um cátion e um ânion do interior de um remoção de um cátion e um ânion do interior de um cristal e colocando ambos numa superfície externa;cristal e colocando ambos numa superfície externa;Em ambos, as condições de eletroneutralidade devem Em ambos, as condições de eletroneutralidade devem ser mantidas, pelo fato de íons serem átomos ser mantidas, pelo fato de íons serem átomos carregados;carregados;Eletroneutralidade é o estado que existe quando Eletroneutralidade é o estado que existe quando existem números iguais de cargas positivas e negativas existem números iguais de cargas positivas e negativas dos íons;dos íons;

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Imperfeições na cerâmicasImperfeições na cerâmicas

A taxa de cátions para ânions não é alterada pela A taxa de cátions para ânions não é alterada pela formação de tanto o defeito formação de tanto o defeito FrenkelFrenkel quanto o defeito quanto o defeito Schottky;Schottky;Se não há outros defeitos presentes, o material é dito Se não há outros defeitos presentes, o material é dito estequiométrico;estequiométrico;Estequiometria pode ser definida como um estado para Estequiometria pode ser definida como um estado para compostos iônicos onde existe uma relação exata de compostos iônicos onde existe uma relação exata de cátions e ânions como previsto pela fórmula química;cátions e ânions como previsto pela fórmula química;Não estequiometria pode ocorrer para alguns materiais Não estequiometria pode ocorrer para alguns materiais cerâmicos no quais dois estados de valência (ou iônicos) cerâmicos no quais dois estados de valência (ou iônicos) existe para um dos tipos de íons, exemplo: óxido de existe para um dos tipos de íons, exemplo: óxido de ferro (ferro (FeOFeO ););

Propriedades MecânicasPropriedades Mecânicas

Os materiais cerâmicos têm a sua aplicabilidade Os materiais cerâmicos têm a sua aplicabilidade limitada limitada

A principal desvantagem é uma disposição à A principal desvantagem é uma disposição à fratura catastrófica de uma maneira frágil, com fratura catastrófica de uma maneira frágil, com muita pouca absorção de energia muita pouca absorção de energia

FRATURA FRÁGIL DAS FRATURA FRÁGIL DAS CERÂMICAS CERÂMICAS

O processo de fratura frágil consiste na O processo de fratura frágil consiste na formação e na propagação de trincas através da formação e na propagação de trincas através da seção reta do material em uma direção seção reta do material em uma direção perpendicular à carga aplicada. perpendicular à carga aplicada. Uma concentração de tensões na extremidade de Uma concentração de tensões na extremidade de um defeito pode causar a formação de uma um defeito pode causar a formação de uma trinca, a qual pode se propagar até uma fratura trinca, a qual pode se propagar até uma fratura real. real.

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continuaçãocontinuação

A medida da habilidade de um material cerâmico A medida da habilidade de um material cerâmico em resistir à fratura quando uma trinca está em resistir à fratura quando uma trinca está presente é especificada em ter­mos da presente é especificada em ter­mos da tenacidade à fratura. A tenacidade à fratura em tenacidade à fratura. A tenacidade à fratura em deforma­ção plana, deforma­ção plana, KlcKlc , , é defi­nida de acordo é defi­nida de acordo com a seguinte expressão com a seguinte expressão KlcKlc = = YσYσ(Π.a)1/2(Π.a)1/2

Fadiga estáticaFadiga estática

Sob algumas circunstâncias, a fratura de Sob algumas circunstâncias, a fratura de materiais cerâmicos ocorrerá pela propagação materiais cerâmicos ocorrerá pela propagação lenta de trincas, quando as tensões são de lenta de trincas, quando as tensões são de natureza estática e quando o lado direito da natureza estática e quando o lado direito da equação acima é menor do que equação acima é menor do que K/c. K/c. Esse Esse fenômeno é conhecido por fenômeno é conhecido por fadiga estática, fadiga estática, ou por ou por fratura retardada; fratura retardada;

ExemplosExemplos

Os vidros à base de silicato são especialmente Os vidros à base de silicato são especialmente suscetíveis a esse tipo de fratura; isso também suscetíveis a esse tipo de fratura; isso também tem sido observado em outros materiais tem sido observado em outros materiais cerâmicos, in­:cluindo a porcelana, o cimento cerâmicos, in­:cluindo a porcelana, o cimento portland, as cerâmicas com alto teor de alumina, portland, as cerâmicas com alto teor de alumina, o titanato de bário e o nitreto de silício. o titanato de bário e o nitreto de silício.

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Aumentando a resistência de uma Aumentando a resistência de uma fraturafratura

Ainda, a resistência à fratura de uma cerâmica Ainda, a resistência à fratura de uma cerâmica frágil pode ser melhorada substancialmente pela frágil pode ser melhorada substancialmente pela im­posição de tensões residuais de compressão im­posição de tensões residuais de compressão na sua superfície. Uma maneira segundo a qual na sua superfície. Uma maneira segundo a qual isso pode ser realizado é através de revestimento isso pode ser realizado é através de revestimento térmico. térmico.

COMPORTAMENTO TENSÃOCOMPORTAMENTO TENSÃO--DEFORMAÇÃO (três razões )DEFORMAÇÃO (três razões )

Em primeiro lugar, é difícil preparar e testar Em primeiro lugar, é difícil preparar e testar amostras que possuam a geometria exigida amostras que possuam a geometria exigida Em segundo lugar, é difícil prender e segurar Em segundo lugar, é difícil prender e segurar materiais frágeis sem materiais frágeis sem fraturálosfraturálose em terceiro lugar, as cerâmicas falham após e em terceiro lugar, as cerâmicas falham após uma deformação de apenas aproximadamente uma deformação de apenas aproximadamente 0,1 % o que exige que os corpos de prova de 0,1 % o que exige que os corpos de prova de tração estejam perfeitamente alinhados tração estejam perfeitamente alinhados

resistência à flexão resistência à flexão

A tensão no momento da fratura quando se A tensão no momento da fratura quando se emprega esse ensaio de flexão é conhecida por emprega esse ensaio de flexão é conhecida por resistência à flexão, resistência à flexão, módulo de ruptura, resistência módulo de ruptura, resistência à fratura à fratura ou ou resistência à dobra, resistência à dobra, e consiste em um e consiste em um importante parâmetro mecânico para os importante parâmetro mecânico para os materiais cerâmicos frágeis. Para uma seção reta materiais cerâmicos frágeis. Para uma seção reta retangular, a resistência à flexãoretangular, a resistência à flexão é igual a :é igual a :σrfσrf = 3Ff . L/(2b.= 3Ff . L/(2b.d²d² ))

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COMPORTAMENTO ELÁSTICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO

0 comportamento elástico tensão0 comportamento elástico tensão--deformação deformação para os materiais cerâmicos quando se utilizam para os materiais cerâmicos quando se utilizam esses testes de flexão é semelhante aos esses testes de flexão é semelhante aos resultados apresentados pelos ensaios de tração resultados apresentados pelos ensaios de tração realizados com metais realizados com metais

MECANISMOS DA MECANISMOS DA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

Embora à temperatura ambiente a maioria dos Embora à temperatura ambiente a maioria dos materiais cerâmicos sofra fratura antes do materiais cerâmicos sofra fratura antes do surgimento de qualquer deformação plástica, surgimento de qualquer deformação plástica, vale a pena uma rápida exploração dos possíveis vale a pena uma rápida exploração dos possíveis mecanismos. A deformação plástica é diferente mecanismos. A deformação plástica é diferente no caso das cerâmicas cristalinas e das cerâmicas no caso das cerâmicas cristalinas e das cerâmicas nãonão--cristalinas; entretanto, os dois casos serão cristalinas; entretanto, os dois casos serão discutidos. discutidos.

Impurezas na CerâmicaImpurezas na Cerâmica

o raio iônico da impureza deve ser relativamente o raio iônico da impureza deve ser relativamente pequeno em comparação com o anion. pequeno em comparação com o anion.

uma impureza substitucional irá substituir uma impureza substitucional irá substituir oíonoíonpelo qual é mais similar de um modo elétrico pelo qual é mais similar de um modo elétrico

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Diagrama de fases dos materiais Diagrama de fases dos materiais cerâmicos cerâmicos

O sistema Al2O3O sistema Al2O3--Cr2O3Cr2O3

O sistema O sistema MgOMgO--Al2O3Al2O3

O Sistema ZrO2 O Sistema ZrO2 –– CaOCaO

O sistema SiO2O sistema SiO2--Al2O3Al2O3

O sistema Al2OO sistema Al2O33--Cr2OCr2O33

O sistema O sistema MgOMgO--AlAl22OO33

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O Sistema ZrOO Sistema ZrO22 –– CaOCaO

O sistema SiOO sistema SiO22--AlOAlO33

Tipos de CerâmicaTipos de Cerâmica

• Cristalinas

• deformação ocorre como nos metais

• dificuldade de escorregamento

• ligações predominantemente iônica

• Não Cristalinas

• deformação ocorre por escoamento viscoso

• unidade de viscosidade:

pascal-segundo (Pa-s)

poise (P)

• aumenta temperatura → diminui viscosidade

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Considerações MecânicasConsiderações Mecânicas• Influencia da Porosidade

• tratamento térmico visa retirar os poros

• age negativamente na resistência e nas propriedades elásticas

• E = Eo( 1- 1,9P + 0,9p2) → fórmula para calculo da elasticidade

• resistência a flexão diminui exponencialmente em função da fração volumétrica da porosidade

• σrf = σ0 exp(-nP)

Considerações MecânicasConsiderações Mecânicas

• Dureza

• utilizada quando exige uma ação de cisalhamento ou abrasão

• materiais cerâmicos são os mais duro

• Fluência

• semelhante a que ocorre nos metais, porem ocorre a temperaturas mais elevadas

ConclusãoConclusão

• Materiais cerâmicos são encontrados em diferentes aplicações

• na parte elétrica, em resistores e capacitores

• memória de computadores

• velas na combustão interna de motores

• vidros são materiais cerâmicos

• utilizado como isolante térmico, por resistir a altas temperaturas

• utilizado na proteção de veículos militares, de aviões e de soldados