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proc mat ceramicos

  1. 1. INTRODUÇÃO AO PROCESSO DE OBTENÇÃOINTRODUÇÃO AO PROCESSO DE OBTENÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOSDOS MATERIAIS CERÂMICOS Profa. Ms. Helainne T. Girão II Semana da Química daII Semana da Química da Faculdade de Educação deFaculdade de Educação de Crateús – FAEC - UECECrateús – FAEC - UECE 26 a 30 de Agosto de 2013 Universidade Estadual do Ceará
  2. 2. 2 Indrodução O que é Cerâmica? Cerâmica vem do grego “keramikos (κεραμικός)” que significa “material queimado”, indicando a necessidade de tratamento térmico para adequar as propriedades
  3. 3. Introdução 3  Numa definição simplificada, materiais cerâmicos são compostos de elementos metálicos e não metálicos, com exceção do carbono.  Muitos materiais cerâmicos têm elevado ponto de fusão e apresentam dificuldade de conformação passando pelo estado líquido.
  4. 4. Classificação 4  Cerâmicas Tradicionais Barro, Argila, Porcelana, Ladrilhos, Tijolos,etc...  Cerâmicas Avançadas Utilizadas em inúmeras aplicações tecnológicas tais como encapsulamento de chips, isolamento térmico do ônibus espacial, revestimento de peças, Biomateriais, etc.
  5. 5. Classificação 5
  6. 6. Classificação 6 Convencionais Estruturais Vidros Louças Cimentos Avançadas Eletrônicos Ópticos Biomateriais
  7. 7. Características Gerais 7 o Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços. o Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros. o São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas. o Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos.
  8. 8. Propriedades dos Materiais  Característica de um material expressa em termo de resposta medida por um estímulo específico na qual é imposto. 8
  9. 9. Propriedades dos Materiais 9
  10. 10. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas 1. Ópticas : Usa como estimulo a radiação eletromagnética ou luminosa, ocasionando índice de refração e refletividade; 10
  11. 11. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas Descreve a maneira com que um material se comporta quando exposto a luz. Assim, um material pode ser: o Transparente o Translúcido o Opaco
  12. 12. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas 12
  13. 13. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas 13
  14. 14. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas Dois mecanismos importantes da interação da luz com a partícula em um sólido são: o Polarização o Transição de elétrons entre diferentes níveis de energia.
  15. 15. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas Polarização Distorção de uma nuvem de elétrons de um átomo por um campo elétrico. Alinhamento de dipolos. Absorção de energia (deformação elástica), resultando em aquecimento Propagação de ondas eletromagnéticas (radiação eletromagnética)
  16. 16. Propriedades dos Materiais 1. Propriedades Ópticas Fotocondutividade Responsável pelas cores que observamos nos materiais Banda de valência Banda de condução Luz visível Faixa de energia 1,8 a 3,1eV
  17. 17. Propriedades dos Materiais 1.Propriedades Óticas –Aplicação o Transparência – Janelas, lentes, artigos de laboratório etc. o Conversão de luz em eletricidade – Laser, eletrônica (LED’s). o Luminescência – Lâmpadas elétricas e telas de TV. o Reflexão – Fibras óticas (telefonia, TV a cabo etc).
  18. 18. Propriedades dos Materiais 2. Propriedades Elétricas 2. Elétricas: O campo elétrico é estimulo para a condutividade elétrica e a constante dielétrica. A taxa de aplicação e duração da aplicação do campo Elétrico depende da espessura e geometria da amostra. 18
  19. 19. Propriedades dos Materiais: 2. Propriedades Elétricas As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser: o isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2) o semicondutores: SiC, B4C o supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11
  20. 20. Propriedades dos Materiais 2. Propriedades Elétricas 20  Piezeletricidade Quando determinado material é induzido a polarização e um campo elétrico é estabelecido através de uma amostra pela aplicação de forças externas.
  21. 21. Propriedades dos Materiais 2. Propriedades Elétricas 21  Outras Características Elétricas dos Materiais:  Ferroeletricidade – Definição: Materiais dielétricos com polarização espontânea, isto é, polarização na ausência de campo. – Ex. BaTiO3 (Perovskita) – OBS: Acima de 127ºC, torna-se cúbica Tc
  22. 22. Propriedades dos Materiais 2. Propriedades Elétricas 22 Cerâmicas 60 Hz 1 MHz Cerâmicas a base de Titanatos - 15 – 10000 Mica - 5,4 - 8,7 Sílica Fundida 4,0 3,8 Porcelana 6,0 6,0 Polietileno 2,3 2,3 Nylon 6,0 6,0 Hidroxiapatite - 5,8 (filme)
  23. 23. Propriedades dos Materiais 3. Propriedades Magnéticas 23  Magnetismo – Fenômeno, segundo a qual os materiais impõe uma força ou influência atrativa ou repulsiva sobre outros materiais.  Dipolos Magnéticos – As forças magnéticas são geradas pelos movimentos de partículas carregadas eletricamente.
  24. 24. Propriedades dos Materiais 3. Propriedades Magnéticas 24
  25. 25. Propriedades dos Materiais 3. Propriedades Magnéticas 25  As propriedades magnéticas macroscópicas dos materiais são uma consequência dos momentos magnéticos que estão associados aos e- individuais.  Momento magnético líquido de um átomo é a soma dos momentos magnéticos de cada um dos seus elétrons constituintes.  OBS: Átomos que possuem camadas eletrônicas totalmente preenchidas não são capazes de serem magnetizados permanentemente . (Ex.: gases inertes como He, Ne, Ar, etc..
  26. 26. 3. Propriedades Magnéticas : Tipos de Magnetismo 26  Diamagnetismo: Forma muito fraca de magnetismo que é não permanente e que persiste somente enquanto um campo externo está sendo aplicado.;  Paramagnetismo: Uma forma relativamente fraca de magnetismo que resulta do alinhamento independente dos dipolos atômicos.
  27. 27. 3. Propriedades Magnéticas : Tipos de Magnetismo 27  Ferromagnetismo: Materiais metálicos possuem momento magnético permanente na ausência de campo externo, manifestando magnetizações muito grandes e permanentes. H = 0 OBS: Materiais dia e paramagnéticos são considerados não-magnéticos, pois exibem magnetização só quando se encontram em presença de campo externo.
  28. 28. Propriedades dos Materiais 4. Propriedades Térmicas 28 Representa em termos de Capacidade Calorífica e condutividade Térmica; Entende-se como a resposta de um material à aplicação de calor. Calor T α
  29. 29. Propriedades dos Materiais 4. Propriedades Térmicas 29 oAs mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são: o Capacidade calorífica ( ⇑ ) o Coeficiente de expansão térmica ( ⇓ ) o Condutividade térmica átomos Ligação Química
  30. 30. Propriedades dos Materiais 4. Propriedades Térmicas 30  Capacidade Calorífica Propriedade que serve como indicativo da habilidade de um determinado material tem para absorver na sua vizinhança. dT dQ C = Energia exigida para produzir uma variação de temperatura Cal / mol.K ou J / mol.K OBS: Por unidade de massa representa o calor específico (J / Kg.K)
  31. 31. Propriedades dos Materiais 4. Propriedades Térmicas 31 o Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços. o Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros. o São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas. o Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos.
  32. 32. Propriedades dos Materiais 4. Propriedades Térmicas 32 Material Capacidade calorífica (J/Kg.K) Coeficiente linear de expansão térmica ((°C)-1 x10- 6 ) Condutividade térmica (W/m.K) Alumínio 900 23,6 247 Cobre 386 16,5 398 Alumina (Al2 O3 ) 775 8,8 30,1 Sílica fundida (SiO2 ) 740 0,5 2,0 Vidro de cal de soda 840 9,0 1,7 Polietileno 2100 60-220 0,38 Poliestireno 1360 50-85 0,13
  33. 33. Propriedades dos Materiais 4. Propriedades Térmicas - Aplicação 33 Uma interessante aplicação, que leva em conta as propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na indústria aeroespacial. Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza. Espessura: 1,27-8,89cm Temperatura °C * Temperaturas de subida
  34. 34. Propriedade dos Materiais 5. Propriedades Mecânicas Descreve a maneira como um material responde a aplicação de força, carga e impacto. Os materiais cerâmicos são: o Duros o Resistentes ao desgaste o Resistentes à corrosão o Frágeis (não sofrem deformação plástica)
  35. 35. Propriedade dos Materiais 5. Propriedades Mecânicas –Aplicação o Componentes de motores de automóveis. o Ferramentas de corte. o Blindagem de veículos militares. o Estruturas de aeronaves. o Construções civis. o Abrasivos para polimentos.
  36. 36. Processamento dos materiais O processamento de materiais cerâmicos à base de argila é feito a partir da compactação de pós ou partículas e aquecimento à temperaturas apropriadas. Principais etapas: Preparação da matéria-prima Tamanho e pureza controlados Moldagem (conformação) Hidroplástica ou fundição por suspensão Secagem Eliminação de água ou ligantes Sinterização Tratamento térmico
  37. 37. Processamento dos materiais 37
  38. 38. Processamento de Materiais 38
  39. 39. Processamento dos materiais Prensagem do pó Fabricação de argilosos, não-argilosos. Cerâmicas eletrônicas. Cerâmicas magnéticas. Compactação através de pressão. Grau de compactação X espaço vazio (partículas) Fundição em fita Produção de substratos para circuito integrados e capacitores. Lâminas delgadas são produzidas através de fundição.
  40. 40. Processamento - Prensagem do Pó Três procedimentos básicos Uniaxial Compactação do pó em molde metálico. Pressão aplicada em uma única direção Isostático Material pulverizado contido em envelope de borracha. Pressão feita por fluido aplicado isostaticamente. Prensagem a quente Conformação e sinterização ao mesmo tempo. Temperatura e pressão uniaxial.
  41. 41. Processamento – Fundição em Fita A mistura passa por uma lâmina, a qual regula a espessura do filme, sendo derramada numa esteira rolante. O filme é seco em um forno e as lâminas são posteriormente separadas.
  42. 42. Técnicas de Caracterizações  Ópticas;  Térmicas;  Mecanicas;  Elétricas; 42
  43. 43. Seleção de Materiais  Propriedades Físicas, Químicas e Mecânicas;  Resistência;  Módulo Elasticidade, Torsão ou Flexão (↓ Carga- Elastômeros);  Fadiga (suportar esforços sem provocar trincas - poliuretano, poliestér e metais em geral); 43
  44. 44. Exemplos de caracterizações das amostras. 44 Hidroxiapatita Ca10(PO4)6(OH)2 Gráfico HAP e HAP Comercial
  45. 45. Exemplos de caracterizações das amostras. 45 Micrografias de HAP
  46. 46. Exemplos de caracterizações das amostras. 46 Intensida Energia (Kev)
  47. 47. Exemplos de caracterizações das amostras. 47
  48. 48. Exemplos de caracterizações das amostras. Espectroscopia Raman – caracterização Óptica Bi4Ti3O12 48
  49. 49. Exemplos de caracterizações das amostras. Espectroscopia Raman – caracterização Óptica Bi4Ti3O12 49
  50. 50. Sites interessantes  http://www.materiais.ufc.br/ - Eng. de Materiais  www.fisica.ufc.br/  http://www.ppgeti.ufc.br/ - Eng. De Teleinformática  www.deq.ufc.br/deq/deq_ppgeq_programa.php - Eng. Química  www.pgquim.ufc.br – Química  www.ppgo.ufc.br – Odontologia  www.bioquimica.ufc.br – Bioquímica  www.ppgb.ufc.br – Boitecnologia  www.labomar.ufc.br – Ciencias Marinhas Tropicais – Labomar  www.fitotecnia.ufc.br – Agronomia: Fitotecnia  www.solos.ufc.br – Agronomia: Solos e Nutrição de Plantas 50
  51. 51. Bibliografia  http://ocw.mit.edu/courses/materials-science-and-engineering/3-051j-materials-for-biomedical-applications- spring-2006/lecture-notes/lecture1.pdf  http://www.uweb.engr.washington.edu/research/tutorials/introbiomat.html  Ferreira Junior, L. D, Desenvolvimento e Aplicações de biocerâmicas, Apresentação no Power Point, UFC, Fortaleza, 2007.  Luiz Henrique Catalani, Introdução à ciência dos biomateriais, Apresentação em PDF, USP, São Paulo.  Silva, C.C, Introdução aos Biomateriais, Apresentação no Power Point, UFC, Fortaleza, 2007.  http://www.scielo.br/pdf/po/v15n1/24189.pdf  A 51

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