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Propriedades de Materiais Cerâmicos, Tipos, Usos, Características
O materiais cerâmicos Eles são compostos de sólidos inorgânicos, metálicos ou não, que foram submetidos ao calor. Sua base é geralmente de argila, mas existem diferentes tipos com diferentes composições.
A argila comum é uma pasta de cerâmica. Também a argila vermelha é um tipo de material cerâmico que possui silicatos de alumínio entre seus componentes. Estes materiais são formados por uma mistura de fases cristalinas e / ou vítreas.
Se eles são constituídos com um único cristal, eles são monofásicos. Eles são policristalinos quando são muitos cristais.
A estrutura cristalina dos materiais cerâmicos depende do valor da carga elétrica dos íons e do tamanho relativo dos cátions e ânions.
Quanto maior o número de ânions que margeiam o cátion central, mais estável será o sólido resultante.
Os materiais cerâmicos podem estar na forma de sólido denso, fibra, pó fino ou película.
A origem da palavra cerâmica é encontrada na palavra grega keramikoscujo significado é "coisa queimada".
Processando
O processamento de materiais cerâmicos depende do tipo de material a ser obtido. Entretanto, produzir um material cerâmico geralmente requer os seguintes processos:
1- Mistura e moagem de matérias primas
É o processo no qual as matérias-primas são combinadas e uma tentativa é feita para homogeneizar seu tamanho e distribuição.
2- Conformação
Nesta fase, a forma e a consistência são dadas à massa que é obtida com as matérias-primas. Desta forma, a densidade da mistura é aumentada, melhorando as suas propriedades mecânicas.
3- Moldagem
É o processo pelo qual uma representação ou imagem (na terceira dimensão) de qualquer objeto real é criada. Moldar comumente um desses processos é realizado:
Pressionado
A matéria prima é pressionada dentro de um dado. A prensagem a seco é frequentemente usada para fabricar produtos refratários e componentes eletrônicos de cerâmica. Esta técnica permite fabricar várias peças rapidamente.
Moldagem em barbonite
É uma técnica que permite produzir a mesma forma centenas de vezes sem erros ou deformações.
Extrusão
É um processo durante o qual o material é empurrado ou extraído através de um dado. É usado para gerar objetos com uma seção transversal clara e fixa.
4- Secagem
É um processo que consiste em controlar a evaporação da água e as contrações que produz na peça.
É uma fase crítica do processo porque depende da peça manter sua forma.
5- Cozinhar
A partir desta fase você recebe o "bolo de esponja". Neste processo, a composição química da argila é alterada de modo a ser frágil mas porosa à água.
Nesta fase, o calor deve subir lentamente até atingir uma temperatura de 600 ºC. Depois desta primeira fase é que as decorações são feitas, quando elas querem ser feitas.
É importante garantir que as peças estejam separadas dentro do forno para evitar deformações.
Propriedades
Embora as propriedades desses materiais dependam em grande parte de sua composição, elas geralmente compartilham as seguintes propriedades:
- Estrutura cristalina No entanto, existem também materiais que não possuem essa estrutura ou apenas em determinados setores.
- Eles têm uma densidade aproximada de 2g / cm3.
- Ele lida com materiais com propriedades isolantes de eletricidade e calor.
- Eles têm um baixo coeficiente de expansão.
- Eles têm um alto ponto de fusão.
- Eles são geralmente à prova d'água.
- Eles não são combustíveis ou oxidável.
- Eles são duros, mas frágeis e leves ao mesmo tempo.
- Eles são resistentes à compressão, desgaste e corrosão.
- Eles têm gelo ou capacidade de suportar baixas temperaturas sem deterioração.
- Eles têm estabilidade química.
- Eles exigem uma certa porosidade.
Classificação
1- cerâmica vermelha
É o tipo mais abundante de argila. Tem uma cor avermelhada que é devido à presença de óxido de ferro.
Quando cozido, é composto de aluminato e silicato. É o menos processado de todos. Se fraturar, o resultado é uma terra avermelhada. É permeável a gases, líquidos e gorduras.
Esta argila é comumente usada para tijolos e pisos. Sua temperatura de cozimento varia de 700 a 1000 ° C, e pode ser coberta com óxido de estanho para obter uma louça stanniferous. Os azulejos italianos e ingleses são feitos com diferentes tipos de argila.
2- Cerâmica Branca
É um material mais puro, é por isso que eles não têm manchas. Sua granulometria é mais controlada e geralmente envidraçada em sua face externa para aumentar sua impermeabilidade.
É usado na fabricação de artigos sanitários e louças. Neste grupo, digite:
A porcelana
É um material que é feito de caulim, um tipo de argila muito pura à qual é adicionado feldspato e quartzo ou sílex.
O cozimento deste material é realizado em duas fases: na primeira fase é cozido a 1000 ou 1300 ° C; e na segunda fase pode chegar a 1800 ° C.
As porcelanas podem ser moles ou duras. No caso de soft, na primeira fase de cozimento atinge 1000 ° C.
Em seguida, é retirado do forno para aplicar o esmalte. E então retorna ao forno para a segunda fase na qual uma temperatura mínima de 1250 ° C é aplicada.
No caso de porcelanas duras, a segunda fase de cozimento é feita a uma temperatura mais alta: 1400 ° C ou mais.
E no caso de decorar, a decoração é definida e vai para o forno, mas desta vez a 800 ° C aproximadamente.
Tem múltiplos usos na indústria para elaborar objetos de uso comercial (utensílios de mesa, por exemplo), ou para objetos de uso mais especializado (como isolantes em transformadores).
3- Refratário
É um material que pode suportar temperaturas muito altas (até 3000 ° C) sem se deformar. São argilas que possuem grandes proporções de óxido de alumínio, berílio, tório e zircônio.
Eles são cozidos entre 1300 e 1600 ° C e devem ser resfriados progressivamente para evitar falhas, rachaduras ou tensões internas.
A norma europeia DIN 51060 / ISO / R 836 estabelece que um material é refratário se amolecer com uma temperatura mínima de 1500 ° C.
Os tijolos são um exemplo deste tipo de material, quando usados para a construção de fornos.
4- Óculos
Óculos são substâncias líquidas à base de silício, que solidificam com diferentes formas quando resfriadas.
Substâncias de fluxo diferentes são adicionadas à base de silício, de acordo com o tipo de vidro que se deseja fabricar. Essas substâncias reduzem o ponto de fusão.
5- Cimentos
É um material composto de calcário e cálcio moído, que se torna rígido quando é misturado com líquido (preferencialmente água) e deixado em repouso. Enquanto molhado, pode ser moldado na forma desejada.
6- Abrasivos
São minerais com partículas extremamente duras e que possuem óxido de alumínio e pasta diamantada, entre seus componentes.
Materiais cerâmicos especiais
Os materiais cerâmicos são duros e resistentes, mas também são frágeis, por isso desenvolveram materiais híbridos ou compostos com uma matriz de fibra de vidro ou polímero plástico.
Materiais cerâmicos podem ser usados para desenvolver esses híbridos. Consiste em materiais compostos de dióxido de silício, óxido de alumínio e alguns metais, como cobalto, cromo e ferro.
Na elaboração destes híbridos são utilizadas duas técnicas:
O sintetizado
É a técnica na qual os pós metálicos são compactados.
A frita
Com esta técnica, a liga é obtida comprimindo o pó metálico juntamente com o material cerâmico em um forno elétrico.
Nesta categoria vêm as chamadas cerâmicas de matriz composta (CMC). Entre estes podem ser listados:
- Carbides
Tais como tungstênio, titânio, silício, cromo, boro ou carboneto de silício reforçado com carbono.
- nitretos
Como silício, titânio, oxinitreto de cerâmica ou sialon.
- Óxidos cerâmicos
Como alumina e zircônia.
- Electrocerâmica
São materiais cerâmicos com propriedades elétricas ou magnéticas.
Os 4 principais usos de materiais cerâmicos
1- Na indústria aeroespacial
Neste ramo, são necessários componentes leves com resistência a altas temperaturas e requisitos mecânicos.
2- Na biomedicina
Nesta área eles são úteis para a preparação de ossos, dentes, implantes, etc.
3- Na eletrônica
Onde esses materiais são utilizados para a fabricação de amplificadores a laser, fibra ótica, capacitores, lentes, isoladores, entre outros.
4- Na indústria de energia
É onde materiais cerâmicos podem resultar em componentes de combustível nuclear, por exemplo.
Os 7 materiais cerâmicos mais destacados
1- Alumina (Al2O3)
É usado para conter metal fundido.
2- nitreto de alumínio (AIN)
É usado como material para circuitos integrados e como substituto do AI203.
3- carboneto de boro (B4C)
É usado para fabricar blindagem nuclear.
4- Carboneto de silício (SiC)
É usado para revestir metais, por sua resistência à oxidação.
5- Nitreto de silício (Si3N4)
Eles são usados na fabricação de componentes de motores automotivos e turbinas a gás.
6- Boreto de Titânio (TiB2)
Também participa da fabricação de armaduras.
7- Urania (UO2)
Serve como combustível para reatores nucleares.
Referências
- Alarcón, Javier (s / f). Química de materiais cerâmicos. Recuperado de: uv.es
- P. Felipe (2010). Propriedades da cerâmica. Retirado de: constructorcivil.org
- Lázaro, Jack (2014). Estrutura e propriedades da cerâmica. Retirado de: prezi.com
- Mussi, Susan (s / f). Cozinhar Retirado de: ceramicdictionary.com
- Revista ARQHYS (2012). Propriedades da cerâmica. Retirado de: arqhys.com
- Universidade Tecnológica Nacional (2010). Classificação de materiais cerâmicos. Retirado de: cienciamateriales.argentina-foro.com
- Universidade Tecnológica Nacional (s / f). Materiais cerâmicos Retirado de: frm.utn.edu.ar
- Wikipédia (s / f). Material cerâmico Retirado de: en.wikipedia.org