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MCC II-Materiais Cerâmicos
MCC II-Materiais Cerâmicos
MCC II-Materiais Cerâmicos
Engenharia Civil
Materiais Cerâmicos
Definição
Cerâmicas, (do grego keramikos, matéria queimada) são materiais inorgânicos e não metálicos, compostos
da ligação interatômica entre elementos metálicos e não metálicos. Usualmente, estas ligações são de óxidos,
nitretos e carbetos; podem ,ainda, conter alumina (AL203),sílica (SiO2) e minerais argilosos (sendo, nesse caso,
denominadas Cerâmicas Tradicionais).Destaca-se ainda que alguns óxidos cerâmicos apresentam
comportamento magnético. Visualmente, podem ser transparentes, translúcidas ou opacas.
Obs.: resposta à questão 01 do questionário!
Ligações Químicas
Na cerâmica, as ligações atômicas variam de puramente iônicas a puramente covalentes, podendo haver uma
combinação destes dois tipos de ligação; o grau de natureza iônica dependerá da diferença de eletronegatividade
entre os átomos da ligação.
Para ligações predominantemente iônicas, o material possuirá determinadas propriedades mecânicas:
rigidez e resistência (à compressão) relativas, ausência de ductilidade (apresentam extrema fragilidade em relação
à tração), isolamento térmico e elétrico, e resistência à altas temperaturas e à ambientes severos. Aqui, a estrutura
cristalina é determinada pela magnitude da carga dos íon e pelos seus raios..
Quando o caráter iônico é baixo , têm-se uma ligação predominantemente covalente resultando no
compartilhamento de elétrons, permanecendo as propriedades de dureza, ausência de ductilidade e isolamento
elétrico.
Obs.: resposta à questão 02 do questionário!
Classificação e Aplicação
Conforme CALLISTER,2018 (p. 541), “a maioria dos materiais cerâmicos enquadra-se em um esquema
de aplicação-classificação que inclui os seguintes grupos: vidros, produtos estruturais à base de argila, louças
brancas, refratários, abrasivos, cimentos, carbonos, e as cerâmicas avançadas recentemente desenvolvidas”.
▪ Amorfas (Vidros) : mesma composição das estruturas cristalinas, mas que possuem processamento
diferente (são fundidos a,aproximadamente,1500 ºC e resfriados até solidificar, recebendo formato que
for desejável).
Samantha Carla
Engenharia Civil
▪ Vidros-Cerâmicos : peças para irem ao forno, peças para irem à mesa, janelas de fornos e tampas
de fogões de cozinha — principalmente por sua resistência mecânica e excelente resistência a choques
térmicos. Eles também servem como isolantes elétricos e como substratos para placas de circuitos
impressos, e são utilizados como revestimentos em arquitetura e para trocadores de calor e regeneradores.
Podem ser transparentes ou opacos.
▪ Refratários : possuem alta resistência térmica ,capacidade em permanecer não reativos e inertes
quando expostos a ambientes severos e isolamento térmico. Comumente comercializados em forma de
tijolos ,uma de suas aplicações típicas incluem revestimentos de fornos para usos variados. O
desempenho de um material refratário depende em grande parte da sua composição e daí existem várias
classificações — argila refratária, de sílica, básica e refratários especiais. A porosidade deve ser controlada
para produzir um tijolo refratário adequado, pois a resistência mecânica, a capacidade de suportar carga
e a resistência ao ataque por materiais corrosivos aumentam, todas, com a redução da porosidade. Ao
mesmo tempo, as características de isolamento térmico e a resistência a choques térmicos são diminuídas.
Obviamente, a porosidade ótima depende das condições de serviço.
▪ Cerâmicas abrasivas : usadas para desgastar, polir ou cortar outros materiais, ,sendo obrigatório
possuírem dureza ou a resistência ao desgaste, alto grau de tenacidade e alta resistência térmica. São
usados em várias formas — colados a discos de esmerilhamento, como abrasivos revestidos e como grãos
soltos. No primeiro caso, a estrutura da superfície deve conter alguma porosidade para evitar
aquecimento excessivo.
Samantha Carla
Engenharia Civil
Cerâmicas Tradicionais
#Importante: Muitos desses produtos contêm também aditivos não plásticos, os quais influenciam as
mudanças que ocorrem durante os processos de secagem e queima, assim como as características da peça
acabada. (CALLISTER,2018,p.555).
1. Extração e Tratamento
A extração da argila é feita ,geralmente, por outras empresas não ligadas diretamente à produção de
cerâmicas.Com a utilização de retroescavadeiras e similares, extrai-se a argila das jazidas ,a céu aberto. Após a
extração, o material é transportado para estocagem.
Usualmente, o armazenamento é feito a céu aberto ,em lotes separados conforme características da matéria-
prima ou considerando seu índice de plasticidade. O período de armazenamento vai de 3 a 6 meses, a fim de se
obter estabilidade nas reações físico-químicas da argila e facilidade na desagregação dos torrões de argila.
Esse material costuma vir de forma heterogênea, em pedaços grandes, sendo necessário passarem pela
desintegração a fim de diminuir o diâmetro das partículas. Os processos podem incluir:
▪ Britagem : quando a matéria prima está seca e dura, esse processo possibilita a ocorrência de quebra
da argila.
▪ Moagem: diminui a granulometria, tornando-a mais homogênea.
2. Mistura
Com movimentos circulares, o equipamento realiza a quebra dos torrões existentes e a homogeneização da
massa com a água misturada, obtendo plasticidade adequada. Essa massa cerâmica deve descansar por um período
de 24 a 48 horas ,em local protegido de intempéries.
Sua principal função é homogeneizar a matéria-prima, sendo uma etapa relevante para obtenção de produto de
alta qualidade, redução de perdas e melhoria do desempenho ambiental. Assim, recomenda-se:
▪ Boa homogeneização da argila (tanto do sistema argila/argila quanto do sistema argila/água),com adição
centralizada de água, podendo utilizar água quente (reaproveitada de outros processos) para facilitar
absorção de água do grão argiloso.
É também na mistura que ocorre a adição dos resíduos de incorporação ; sobre estes, Callister (2018,p.570)
discorre :
[...] os minerais não argilosos incluem o sílex, ou quartzo finamente moído, e um fundente, como
o feldspato. O quartzo é usado principalmente como material de enchimento, pois é barato,
relativamente duro e quimicamente não reativo. [...] Apresenta pouca alteração durante um
tratamento térmico à temperatura elevada, pois tem temperatura de fusão bem mais alta que a
temperatura normal de queima; quando fundido, no entanto, o quartzo tem a capacidade de
formar um vidro.
Quando misturado com argila, um fundente forma um vidro com ponto de fusão
relativamente baixo. [...] Como seria esperado, as mudanças que ocorrem durante os processos de
secagem e de queima, e as características da peça acabada, são influenciadas pelas proporções desses
três constituintes: argila, quartzo e fundente. Uma porcelana típica pode conter aproximadamente
50% de argila, 25% de quartzo e 25% de feldspato.
3. Laminação
O equipamento ,composto de dois cilindros, é responsável pela compactação
e melhor homogeneização da massa de argila, tornando-a menos porosa
(aumentando, assim, a densidade dos agregados formados.)
A qualidade da laminação determina a qualidade do acabamento dos
produtos, evita perdas e pode levar a uma redução no consumo de energia na
queima, visto que a granulometria do material diminui. (FEAM,2013)
Samantha Carla
Engenharia Civil
4. Conformação e Corte
Devido à natureza da matéria prima, a massa de argila é altamente plástica e deformável, o que possibilita sua
moldagem sem formação de trincas. Para tanto, deve-se considerar também que seus limites de escoamento ( fim
do comportamento elástico do material e o início do comportamento plástico) são extremamente baixos,
exigindo que a consistência da massa produza um limite de escoamento suficiente para permitir inalteração da
forma durante manuseio e secagem.
Entre os processos de conformação, estão:
→ Extrusão
Método utilizado na fabricação de tijolos, tubos, blocos cerâmicos e azulejos. A extrusora (também
chamada Maromba) recebe a massa para compactação através de uma esteira, caindo num compartimento no
fundo. A massa de argila sofre golpes enquanto recebe água, tornando-se plástica; simultaneamente, o ar é
removido para aumentar a densidade. Por fim, a massa plástica é pressionada por um parafuso sem fim a passar
através de um bocal ,apropriado ao tipo de peça a ser produzida. Como resultado obtém-se uma coluna extrusada,
para confecção de blocos, ou em tarugos, para fabricação de telhas. Os furos ,no caso dos Blocos ,são formados
por pinos removíveis colocados dentro do molde.
Como é requerido uma massa de boa plasticidade ,é comum haver misturas entre argilas magras e gordas a fim
de se obter plasticidade adequada.
Samantha Carla
Engenharia Civil
→ Corte
Assim que sai do extrusor, o corpo cerâmico em estado homogêneo é cortado (manualmente ou
automaticamente ) nas dimensões desejadas. Por inspeção visual, as peças são selecionadas e encaminhadas para
a secagem ou retornam à mistura, no caso das defeituosas.
→ Prensagem
É comum na conformação de telhas combinarem o método de extrusão e prensagem .Após ser cortada nas
dimensões adequadas, a massa plástica granulada (com baixo teor de umidade) é colocada uniformemente em
um molde. Em seguida, através da força da prensa, a massa é moldada no formato final de telha.
#Importante: A identificação requerida pela NBR 15310 é feita em estágios diferentes para telhas e
blocos cerâmicos: no primeiro caso, ocorre na prensagem, enquanto no segundo ocorre após a extrusão
,durante o corte.
5. Tratamento Térmico
Após a conformação, as peças ainda possuirão umidade. Assim, devem passar por tratamento térmico para
adquirir as propriedades mecânicas desejáveis. Nesta etapa, a peça sofrerá redução de massa, desenvolvimento
de novas fases cristalinas (endurecimento),formação da fase vítrea e aglutinação dos grãos.
→ Secagem
Pode ser natural (exposição do produto ao ar livre) ou em ambientes controlados aquecidos nas
temperaturas adequadas (entre 100 e 120 °C) como as estufas, o que aumenta a produtividade.
Samantha Carla
Engenharia Civil
Conforme FIEMG (2009), o processo de secagem natural pode ser melhorado seguindo as orientações:
Ainda, recomenda-se que o material seja levado o mais rápido possível ao forno, uma vez que a argila tem a
capacidade de reabsorver umidade contida no ar. No entanto ,deve-se atentar que a umidade esteja baixa o
suficiente (aproximadamente abaixo de 0,5%) ,uma vez que a taxa de aquecimento alta poderá provocar
trincas ,empenos e erupções na superfície pela perda acelerada de água.
Obs.: resposta à questão 08 do questionário!
→ Queima
Esta etapa é importante, uma vez que material é responsável por uma série de transformações físico-
químicas das peças como: perda de massa, desenvolvimento de novas fases cristalinas, formação de fase
vítrea sinterização)dos grãos. Os produtos são submetidos a temperaturas elevadas, que para a maioria dos
produtos situa-se entre 800º C a 1.000º C, em fornos contínuos ou intermitentes.
Os materiais são inseridos no forno (alimentado com combustível ) ,com os furos na vertical no caso dos
Blocos. O processo usualmente se dá pelo ganho de certa temperatura do material, atingindo um patamar de
queima, seguido do resfriamento até temperatura ambiente, onde o tempo desse processo varia conforme o
produto .Os fornos mais antigos possuem uma taxa de aquecimento mais lenta para garantir que a distribuição
do calor seja uniforme .
Segundo FAEM (2013), “durante o patamar (tempo em que o material fica na máxima temperatura), quanto
mais tempo o produto permanecer na temperatura máxima melhor será a qualidade do mesmo. Recomenda-se
o mínimo de 6 horas de patamar para produtos vazados e 10 horas para telhas e produtos maciços.”
Destaca-se ainda que o resfriamento deve ser controlado, a fim de evitar surgimento de fissuras e trincas,
podendo considerar o diagrama de fases de cada produto.
▪ Sinterização
A sinterização é um fenômeno físico-químico que ocorre no aumento
de temperatura, promovendo diminuição da porosidade (aumento da
densidade), retração das peça, crescimento, formação de ligações
fortes entre partículas vizinhas, mudanças de fases e transporte de
massas.
Obs.: resposta à questão 03 do questionário!
▪ Vitrificação
Consiste na formação gradual de um
líquido que flui para o interior da peça
,preenchendo parte do volume de seus
poros por tensão superficial ou por
capilaridade, juntamente com
contrações.
Com o resfriamento da peça, essa fase
se torna uma matriz vítrea que confere
densidade e resistência à peça,
resultando numa microestrutura final
vitrificada, com algumas particuladas
inertes de quartzo e pouca porosidade.
Uma vez que essa reação ocorre pelo aumento da temperatura ,o grau de vitrificação depende desta, bem como
do tempo de queima (é proporcional a esta temperatura) e da composição da peça. Essa temperatura de
formação da fase vítrea pode ser reduzida ainda pelo uso de agentes fundentes, como feldspato.
Obs.: resposta à questão 04 do questionário!
Referências
WILLIAM,D. CALLISTER. Ciência e engenharia de materiais : uma introdução / William D. Callister, Jr.
David G. Rethwisch ; tradução Sergio Murilo Stamile Soares. - 9. ed. - [Reimpr.]. - Rio de Janeiro : LTC,
2018.