VIDROS

&

PIGMENTOS

Doutoranda: Thais Ballmann

Orientadora Profª Drª Marilena Valadares Folgueras

SUMÁRIO

Conceitos Iniciais;

Vidros;

Vitrocerâmicos;

Aplicações;

Pigmentos;

Pesquisa.

MATERIAIS CERÂMICOS

De uma forma geral, são substâncias inorgânicas,

não metálicas e formados por elementos não

metálicos.

São compostos por pelo menos dois elementos e

frequentemente mais do que isso.

Suas propriedades variam em função das suas

ligações químicas, que varia desde puramente

iônica até totalmente covalente. Muitos casos

exibem uma combinação dos dois tipos.

MATERIAIS CERÂMICOS

Cerâmicas e Vidros representam alguns dos

materiais mais antigos e mais ambientalmente

duráveis para a engenharia.

Representam alguns dos materiais mais

avançados, sendo desenvolvidos principalmente

para as indústrias aeroespacial e eletrônica.

Aplicações das cerâmicas na engenharia é de

grande potencial devido suas propriedades físicas

e químicas.

MATERIAIS CERÂMICOS

Resistência mecânica aumenta quando o produto é

aquecido;

Reações termoquímicas; „

Alta dureza; „

Alta fragilidade; „

Estrutura cristalina complexa;

Elevado ponto de fusão;

Bom isolante térmico e elétrico;

Matéria prima de custo relativamente baixo.

MATERIAIS CERÂMICOS Louças;

Refratários;

Porcelanatos / Azuleijos

Pigmentos;

Abrasivos;

Cerâmica Vermelha;

Cerâmica Eletrônica e Magnética;

Biomateriais;

Cimentícios;

Cerâmica Nuclear;

Vidros;

Vitrocerâmicos.

VIDROS

Conceito;

Principais caraterísticas;

Temperatura de transição vítrea.

CONCEITO DE VIDRO

Um conceito antigo de vidros define que os vidros são resultado da fusão de materiais inorgânicos, resfriados em condições controladas para que a cristalização não ocorra;

Os vidros possuem forma definida e propriedades mecânicas compatíveis com a de sólidos considerados frágeis.

O vidro é um sólido não cristalino que exibe o fenômeno de transição vítrea, podendo ser produzido a partir de materiais inorgânicos, orgânicos e metálicos.

VIDROS

Ilustração uma estrutura tetraédrica típica de óxido de silício e de

um vidro feito desse mesmo óxido.

TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO VÍTREA

H

G

A temperatura de transição vítrea Tg é uma característica de materiais

vítreos, sendo definida como a passagem do estado viscoso para o estado

rígido vítreo.

VIDROS

A transparência dos vidros:

VIDROS

Ilustração uma estrutura tetraédrica típica de óxido de silício e de

um vidro feito desse mesmo óxido.

VITROCERÂMICOS

Na produção de vidros o processo de cristalização

é indesejado;

Os vitrocerâmicos são conhecidos como materiais

policristalinos obtidos a partir da cristalização

controlada de vidros. (Mc Millan, 1982);

A cristalização desses materiais ocorre pela

nucleação e crescimento dos cristais, durante o

tratamento térmico do vidro já resfriado ou durante

o resfriamento do material fundido.

VITROCERÂMICOS

As primeiras pesquisas em materiais vitrocerâmicos, foram direcionadas em busca de agentes nucleantes;

Tendência têm sido a obtenção do vitrocerâmico por sinterização do pó de vidro;

Dessa forma é possível obter vitrocerâmicos com uniformidade microestrutural.

VITROCERÂMICOS

A cristalização pode ser definida como um

processo pelo qual se forma uma fase sólida

estável, com ordenamento cristalino, a partir de

uma fase metaestável estruturalmente

desordenada;

A cristalização o corre em duas etapas: Nucleação

e Crescimento dos cristais;

VITROCERÂMICOS - NUCLEAÇÃO

Surgem núcleos arbitrários pelo sistema;

Vibrações térmicas.

HOMOGÊNEA

Defeitos e interfaces favorecem esse processo;

Redução da barreira termodinâmica.

HETEROGÊNEA

VITROCERÂMICOS – CRESCIMENTO DOS

CRISTAIS

O crescimento de cristais ocorre como uma

continuação da nucleação, em condições

favoráveis, os núcleos alcançam a estabilidade

podem continuar crescendo formando a nova fase

cristalina.

APLICAÇÕES DOS VITROCERÂMICOS

PIGMENTOS

• Corantes: indicam substâncias solúveis na matriz, e

que uma vez misturadas ao meio perdem as

próprias características estruturais e cristalinas,

formando uma mistura homogênea;

• Pigmentos: os quais fornecem a cor através da

simples dispersão mecânica no meio a ser colorido,

formando uma mistura heterogênea.

PIGMENTOS

Estabilidade térmica;

Resistência ao ataque físico químico de abrasivos,

álcalis e ácidos;

Distribuição granulométrica homogênea;

Ausência de emissões gasosas no meio dos vidrados,

pois provocariam defeitos nos mesmos;

Deve ser compatível com os componentes do esmalte

cerâmico.

PIGMENTOS

Pigmentos Orgânicos

Inorgânicos

Naturais

Sintéticos

PIGMENTOS

• Cromóforo se integra estruturalmente na rede cristalina de forma estequiométrica.

Estruturais Espinélios, olivinas verdes e

azuis.

• Cromóforo em forma de partícula coloidal é adsorvido pela estrutura hospedeira, devido forças de quimiadsorção.

Mordentes Cr2O3 na esfera rosa cromo-

estanho

• A partícula cromófora é ocluída em uma matriz encapsuladora;

• O composto cromóforo e a matriz não são solúveis.

Heteromórficos Coral ferro-zircônio

PIGMENTOS

Moagem de óxidos

metálicos ou outros sais

Tratamento térmico em

altas temperaturas

Moagem a seco ou a

úmido

Lavagem

PIGMENTOS

Interpretação da cor: Para que haja a percepção da cor, é

fundamental que coexistam: uma fonte de luz, um

observador e um objeto, sendo que, é importante conhecer

a relação existente entre eles, uma vez que a cor percebida

desse objeto depende da iluminação e do sistema visual do

observador

Qual a cor do retângulo abaixo?

PIGMENTOS

Interpretação da cor: Para que haja a percepção da cor, é

fundamental que coexistam: uma fonte de luz, um

observador e um objeto, sendo que, é importante conhecer a

relação existente entre eles, uma vez que a cor percebida

desse objeto depende da iluminação e do sistema visual do

observador

Qual a cor do retângulo abaixo?

Azul claro?

Verde água?

Verde claro?

MEDINDO A COR

A colorimetria é a ciência que permite quantificar e

descrever fisicamente a percepção humana da cor,

definindo a cor a partir de valores específicos ou

pontos referenciais, excluindo as respostas físio-

psicológicas do observador.

Mas, foi a CIE que estabeleceu os dois sistemas

colorimétricos mais conhecidos atualmente: o

diagrama cromático Yxy, em 1931 e o espaço

colorimétrico L*a*b*, em 1976.

SISTEMAS COLORIMÉTRICOS – CIE

O método do diagrama cromático Yxy, baseia-se no

sistema de percepção das cores pelo olho humano

(tristimulus).

A localização dos pontos correspondentes a cada

cor são calculadas matematicamente à partir da

intensidade relativa dos comprimentos de onda

correspondentes às cores vermelho (x), verde (y) e

azul (z), no espectro da cor que se deseja

caracterizar.

SISTEMAS COLORIMÉTRICOS – CIE

L*a*b* onde L* é luminosidade, em uma escala de 0 a 100, e representa

o percurso do espaço cor, desde o preto ao branco; a* é o eixo que

representa a variação entre o verde, valores negativos, e o vermelho,

valores positivos; b* é o eixo que representa a variação entre o azul,

valores negativos, e o amarelo, valores positivos.

ANÁLISE DO EFEITO DAS VARIÁVEIS DE SÍNTESE

DE PIGMENTOS VITROCERÂMICOS DO SISTEMA

LZSA NA ESTABILIDADE DE PIGMENTOS

CERÂMICOS.

Pesquisa para Tese de Doutorado

IDEIA PRINCIPAL

Pigmento

Incorporação da fonte cromófora antes da fusão;

Incorporação da fonte cromófora após a fusão;

Incorporação da fonte cromófora em conjunto com óxido

de Alumínio.

Vidros do sistema LZSA

Vidro

colorido

Heteromórfico Estrutural

MATERIAIS E MÉTODOS

3ª etapa

Tratamento térmico.

2ª etapa

Preparação e investigação do material obtido;

1ª etapa

Obtenção do vidro desejado;

VIDROS DO SISTEMA LZSA

Vidro A

• 8.6%Li2O-15.6%ZrO2-59.4%SiO2-13.6%Al2O3

Vidro B

• 18.8%Li2O-8.3%ZrO2-64.2%SiO2-8.7%Al2O3

Vidro C

• 11.6%Li2O-16.8%ZrO2-68.2%SiO2-3.4%Al2O3

Vidro D

• 11.7%Li2O-12.6%ZrO2-68.6%SiO2-7.1%Al2O3

VIDRO E VITROCERÂMICO COLORIDO

Adição da fonte cromófora antes da

fusão;

Matéria prima dos vidros + 1,

2 e 3% óxido cromóforo

PIGMENTO HETEROMÓRFICO

Pó de vidro

Adição da fonte cromófora após a fusão;

MECANISMO ENCAPSULAMENTO

Temperatura °C

ZrSiO4

Cr2O3

Fase

Vítrea

PIGMENTO ESTRUTURAL

Pó de vidro + adições de

óxido de alumínio

Os resultados preliminares obtidos confirmam a

possibilidade do desenvolvimento de um pigmento a

partir de uma matriz vitrocerâmica. Os estudos realizados

possibilitaram ainda acrescentar as seguintes

considerações:

O vidro de composição A é inviável para o

desenvolvimento da proposta de trabalho;

As composições C e D tiveram comportamentos

similares, em ambos os casos a formação da fase

preferencial (zirconita) porém ela só se deu completa na

temperatura mais elevada do tratamento;

CONCLUSÕES

Já a composição B se mostrou satisfatória tanto na

formação de fases preferenciais como na temperatura de

síntese, em 800°C temperatura de menor tratamento

térmico;

A escolha da composição do vidro é baseada

primeiramente na possibilidade de produção, é

necessário que a matriz atenda estruturalmente as

necessidades de desenvolvimento do pigmento para as

três sínteses propostas, o vidro B apresentou o

desenvolvimento da fase numa temperatura menor

quando comparado com as outras composições, e ela se

mostrou estável nas temperaturas seguintes de

tratamento térmico;

CONCLUSÕES

A expectativa para as próximas etapas são otimistas,

uma vez que o estudo dos vidros e vitrocerâmicos se

mostraram satisfatórios e a possibilidade de desenvolver

os pigmentos se tornam ainda mais concretos.

CONCLUSÕES

OBRIGADA!