O documento descreve diferentes tipos de cerâmicas à base de silicato, incluindo sua composição, estruturas e aplicações. As cerâmicas discutidas incluem sílica refractária, tijolos refractários, mulita refractária e porcelanas. O documento também explica as estruturas básicas dos silicatos, como cadeias, camadas e estruturas tridimensionais.

1. Cerâmicas a base de Silicato

2. CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS
Composição (% em peso)
SiO2 Al2O3 K2O MgO CaO
Outro
s
Sílica refractária 96 4
Tijolo refractário 50-70 45-25 5
Mulite refractária 28 72 ----
Porcelana
eléctrica
61 32 6 1
Porcelana steatite 64 5 30 1
Cimento Portland 25 9 64 2
Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos
não são usados como materiais estruturais
(não são considerados cerâmicos avançados)

3. Unidade básica dos silicatos
• Muitos materiais cerâmicos,
principalmente do grupo dos
tradicionais contém silicato,
pois são abundantes e
baratos
• A unidade básica dos
silicatos é o tetraedro SiO4
-4
no
qual um átomo de silício é
cercado por quatro oxigênios
(rSi / rO =0,29 tabela NC=4
estrutura tetraedal) cada um
com um elétron disponível
para realizar ligações
químicas
• Existem duas formas dessas
ligações acontecerem:
• Com outros átomos metálicos
• Cada oxigênio pode
compartilhar um par de
elétrons com um segundo
átomo de silício.

4. Ligações entre os tetraedros formando estruturas

5. No caso dos oxigênios se ligarem a outros silícios a
estrutura pode crescer de forma análoga a polimerização
• Estrutura em cadeia:
• Os tetraedros são arranjados
em cadeias simples ou
duplas.
• Exemplos:
• Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2
principal componente da
pedra sabão
• Asbesto (amianto):
Mg3Si2O5(OH)4 Conhecido
material resistente ao calor,
mas cancerígeno e por isso
proibido em muitos países.
• Ligações secundárias
mantém essas cadeias
unidas

6. Estrutura em camada da argila caulin ou caulinita
• Estrutura em camada:
• Os arranjos das unidades
tetraédricas é segundo um plano.
• Ligações mais fracas que as
existentes no tetraedro mantém as
camadas unidas.
• Desta forma surgem propriedades
distintas dos cerâmicos nos
materiais com essa estrutura.
• Exemplos:
• Mica: KAl3Si3O10(OH)2 clivagem
• Argila Al2(Si2O5)(OH)4 caulin
plasticidade
• Talco: Mg3Si4O10(OH)2 lubrificante

7. Estrutura em camada nos silicatos

8. Aspecto da mica: Silicato com estrutura
em camadas

9. Com a adição de água as ligações fracas entre as
camadas são rompidas, causando o escorregamento entre
elas e a deformação observada na argila

10. Estruturas tridimensionais de
silicato (sílica- SiO2)
• Quando os tetraedros se unem
de forma a todos os oxigênios
estarem ligados à átomos de
silício formam-se estruturas
cristalinas tridimensionais.
• Há três formas cristalinas da
sílica:
• Quartzo α,até 570ºC (ao lado)
• Quatzo β, até 870ºC(ao lado)
• Tridimita de 870ºC até 1470ºC
• Cristobalita de 1470ºC até
1713ºC (estrutura ao lado)

11. Noções sobre vidros
• O vidro é um silicato amorfo
(não cristalino) Tem
comportamento de um líquido
mas possui ligações 50%
covalentes e 50% iônicas, ao
contrario da maioria dos
liquidos.
• Na estrutura amorfa do vidro,
podem-se ajustar facilmente
outros átomos, como CaO
Na2O. Esses átomos fazem
ligações preferencialmente do
tipo iônicas que são menos
rígidas que as 50%
covalentes, permitindo que
sejam moldados à
temperaturas mais baixas.

12. Efeito da temperatura sobre os vidros
• 1-Ponto de fusão viscosidade
10 Pa-s (pascal segundo) vidro
é fluído como líquido
• 2-Ponto de trabalho 103
Pa-s O
vidro é facilmente deformável
nessa temperatura
• 3-Ponto de amolecimento 4 x
106
Pa-s Mínima temperatura
de manuseio do vidro
• 4-Ponto de recozimento 1012
Pa-s T na qual a difusão
atômica é suficiente para
remover as tensões residuais
• 5-Ponto de deformação 3 x 1013
Pa-s T menores causarão
fraturas, transição para o
estado vítrio
• 1Pa.s = 10 Poise
(1Pa.s=1Kg/m.s e 1P=1g/cm.s)

13. VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS) Tipos de vidros
SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O CaO MgO K2O ZnO PbO Utilização
Sílica vítrea 100 Vidro alta pureza(*)
Borosilicato 76 13 4 5 1 Vidro p/ química
Vidro
(janelas)
72 1 14 8 4
Vidro
(conten.)
73 2 14 10
Fibra vidro E 54 8 15 22 Fibras p/ compósitos
Verniz 60 16 7 11 6
Enamel 34 3 4 17 42
Revestimento p/
metais

16. PROCESSAMENTO DE VIDROS

17. Processo para fabricação de chapa de vidro

18. Têmpera nos vidros
• Faz-se um resfriamento
rápido no vidro,
normalmente com ar
forçado, gerando tensões
compressivas na parte
externa e trativas na
parte interna, deixando a
peça de vidro mais
resistente ao choque.

19. NOÇÕES DE CERÂMICAS TRADICIONAIS
• A COMPOSIÇÃO GERAL
DAS CERÂMICAS
TRADICIONAIS:
• Argila: Caulim ou caulinita
Al2(Si2O5)(OH)4
• Sílica (quartzo SiO2): Material
de enchimento de alto ponto
de fusão e não reativo
• Feldspato: Fluxo, forma um
ligante vítrio de baixo ponto
de fusão com a argila:
• 3Tipos: potássico: KAlSi3O8
• sódico: NaAlSi3O8
• cálcico: CaAl2Si2O8

20. Aspecto micrográfico de uma porcelana

21. Processamento da cerâmica tradicional
• Faz-se uma suspensão
coloidal dos 3 silicatos em
água que se chama
barbotina
• Essa suspensão é
derramada em moldes de
gesso que são permeáveis
deixando uma camada de
produtos junto ao molde,
que é pré-aquecida por
volta de 120ºC para
remoção da água
• Essa casca é retirada do
molde (Resistência a
verde) e aquecida entre
1200 e 1400 ºC
(porcelanas) para adquirir
resistência mecânica

22. Preparação da barbotina pesagem dos pós
e mistura com água

23. Moldes de gesso

24. Peças de cerâmica tradicional após a
colagem

25. Processo de secagem da argila antes da queima
(sinterização)

26. Relação entre temperatura de queima e a
resistência da cerâmica tradicional
• Quanto maior a temperatura de queima
entre 900ºC e 1400ºC maior a resistência
durabilidade e a densidade (menor a
porosidade)
• T maiores que 1400ºC o corpo pode ficar
muito mole e a peça entrar em colapso

27. Equipamentos empregados para extrusão
de cerâmicos argilosos

28. Processamento da cerâmica tradicional a base de
argila
• São produtos da cerâmica tradicional onde a
argila predomina.
• São fabricados em geral por extrusão adquirindo
resistência a verde
• São secados em T de 110ºC e depois
queimados a 900ºC.

29. Vitrificação: vidrados
• É uma camada contínua de vidro aderente sobre a
superfície de um corpo cerâmico.
• O vidrado pode ser queimado simultaneamente com o
corpo cerâmico (monoqueima) ou em uma segunda
queima, depois de aplicado ao biscoito
• O objetivo do vidrado é fornecer uma superfície dura
não absorvente e de fácil limpeza.