Cerâmicas Avançadas: entenda como são feitas e suas aplicações
Assuntos
- Cerâmicas Avançadas: significado e definição
- Propriedades das Cerâmicas Avançadas
- Obtenção de Matéria-Prima e Processamento: como são feitas
- Principais aplicações de Cerâmicas Avançadas
- Limitações e problemas comuns
Neste artigo, compreenda o que significa Cerâmicas Avançadas, como são feitas e quais são suas principais aplicações, limitações e problemas.
Cerâmicas Avançadas: significado e definição
Definem-se os materiais cerâmicos como sendo todos os materiais inorgânicos, de natureza não metálica, obtidos de matérias-primas em pó e geralmente após tratamentos térmicos em temperaturas elevadas.
A Associação Brasileira de Cerâmica classifica esses materiais a partir de suas estruturas e aplicações, nos seguintes grupos: Cerâmicas Vermelhas, Cerâmicas Brancas, Materiais de Revestimento (Placas Cerâmicas), Materiais Refratários, Isolantes Térmicos, Fritas e Corantes, Abrasivos e Vidro, Cimento e Cal, além das Cerâmicas Avançadas/de Alta Tecnologia.
Além de Cerâmicas Avançadas, existem importantes aplicações dos Materiais Cerâmicos na Construção Civil. Clique no link e confira a matéria na íntegra.
As Cerâmicas Avançadas são os materiais desenvolvidos a partir de matérias-primas com alto grau de pureza e processos de alta tecnologia e complexidade. São utilizados nas indústrias de eletroeletrônicos, em equipamentos ópticos, sensores e peças para implantes biológicos, por exemplo, como veremos com maiores detalhes ao longo deste artigo.
Propriedades das Cerâmicas Avançadas
Os materiais cerâmicos são constituídos por elementos metálicos e não metálicos, com ligações iônicas na maioria dos casos.
A composição química e estrutural das cerâmicas, como o grande número de ligações iônicas, conferem alto ponto de fusão a essa classe de materiais. Além disso, costumam ser isolantes elétricos, a despeito de existirem alguns segmentos de materiais cerâmicos semicondutores, condutores e supercondutores, principalmente na classe de Cerâmicas de Alta Tecnologia.
Outras propriedades interessantes são a alta estabilidade química sob condições ambientais severas, alta dureza e alta fragilidade. É importante notar que apesar de serem resistentes ao risco e a grandes esforços compressivos, são sensíveis ao impacto, e por isso são considerados frágeis.
A propriedade mecânica de dureza das Cerâmicas Avançadas e sua relação com a fragilidade dos materiais pode ser determinada a partir do Ensaio de Dureza. Acesse o artigo e entenda.
Além do Ensaio de Dureza, outra técnica empregada é o Ensaio de Tração, a qual determina entre outros parâmetros, a resistência do material a esforços de tração axiais. Clique no link e saiba mais.
Obtenção de Matéria-Prima e Processamento: como são feitas
Matéria-Prima
Inicialmente, a matéria-prima para a fabricação de cerâmicas avançadas/de alta tecnologia é minerada em depósitos naturais ao longo da crosta terrestre. Em seguida, esses materiais são beneficiados, transformando-se em misturas desagregadas ou moídas.
Além desse tipo de matéria-prima tradicional, existem matérias-primas sintéticas, as quais geralmente necessitam apenas de ajustes granulométricos para serem utilizadas na preparação das massas.
Para as cerâmicas avançadas, geralmente as matérias-primas tem elevado grau de pureza e podem ter uma granulometria muito específica, a fim de conferir à peça suas propriedades desejadas.
Massa
As massas cerâmicas são fabricadas a partir de duas ou mais matérias-primas, além de alguns aditivos e água. As diversas combinações desses elementos devem ser proporcionais às propriedades físico-químicas desejadas para a aplicação, e podem ser divididas em secas ou semi-secas, plásticas e suspensões.
Processamento
A primeira etapa para o processamento dos materiais cerâmicos de alta tecnologia é a formação das peças. Geralmente, as técnicas empregadas na fabricação de cerâmicas são extrusão, prensagem, colagem e torneamento. Os métodos se diferenciam em função das características e propriedades desejadas no produto final, além de sua geometria e aspectos de produção.
Após a conformação, o tratamento térmico da peça é realizado, consistindo-se na secagem e na queima do material. Assim, o excesso de umidade da cerâmica é removido e suas propriedades químicas e mecânicas são definidas.
Quer entender a fundo cada etapa do processamento dos materiais cerâmicos? Acesse nosso artigo sobre Fabricação de Cerâmicas: processos e etapas e confira essas e outras informações importantes.
Principais aplicações de Cerâmicas Avançadas
As principais aplicações atuais das Cerâmicas Avançadas são em produtos como cadinhos, navículas, equipamentos médicos e peças biocompatíveis, peças e sensores especiais, tubos, dissipadores cerâmicos, motores e turbinas para sistemas de energia, materiais de corte e componentes eletrônicos.
Limitações e problemas comuns
Um dos maiores problemas dos materiais cerâmicos é a fratura frágil, que ocorre com quase nenhuma deformação plástica antes da fratura, conferindo baixa tenacidade ao material. Portanto, quando solicitada mecanicamente por esforços flexivos, cisalhamento e grandes impactos, pode se romper repentinamente.
Além disso, há algumas limitações para a fabricação de cerâmicas avançadas, pois atualmente não existem variações na confecção da massa e nos parâmetros de processamento que possam evitar a fratura frágil nesses materiais.
Por fim, os principais defeitos nos corpos cerâmicos são o surgimento de trincas e porosidade, causados pela diferença do coeficiente de dilatação entre as partículas da fase cristalina com a matriz ou pela presença de material orgânico na massa durante a queima. Essas trincas e porosidades podem influenciar negativamente a resistência mecânica das peças e sua tenacidade à fratura.
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