cerâmicas - faculdade inap
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CERÂMICAS Prof Roberto Monteiro de Barros Filho Prof. jan. 2014 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Histórico Antiguidade Keramos = “coisa queimada” (grego) 8000 A.C.: 1a peça cerâmica da História Japão – cultura Jomon g ((earthenware), ), louça ç 5000 A.C.: artefatos de argila de barro (pottery) 3500 A.C.: torno de oleiro 1000 A.C.: porcelana (China) 2 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Materiais i i Cerâmicos C â i Materiais M t i i cerâmicos â i são ã inorgânicos i â i formados f d por materiais metálicos e não-metálicos, com ligações predominantemente iônica que sob tratamento térmico apresentam elevações expressivas de suas resistências mecânicas : • Normalmente l cristalinos i li (cerâmicas ( i convencionais) i i) • Amorfos (vidros) • Cristalinos Devitrificados (vitrocerâmicos) • Argamassas g (cimento, ( cal, ggesso)) 3 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação - Cerâmica Convêncionais: estruturais, vidros, louças e cimento Avançadas: eletrônicos, ópticos e biomateriais 4 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Cerâmica Vermelha: Compreende p aqueles q materiais com coloração ç avermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas) e também utensílios de uso doméstico e de adorno As lajotas muitas vezes são enquadradas neste grupo porém o mais adorno. correto é em Materiais de Revestimento. Materiais de Revestimento (Placas Cerâmicas): São aqueles materiais, na f forma d placas de l usados d na construção ã civil i il para revestimento i d paredes, de d pisos, i bancadas e piscinas de ambientes internos e externos. Recebem designações tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, grês, lajota, piso, etc. Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 5 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Cerâmica Branca: Este grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos tit íd por um corpo branco b e em gerall recobertos b t por uma camada d vítrea ít transparente e incolor e que eram assim agrupados pela cor branca da massa, necessária por razões estéticas e/ou técnicas. Com o advento dos vidrados opacificados, muitos dos produtos enquadrados neste grupo passaram a ser fabricados , sem prejuízo das características para uma dada aplicação, com matérias-primas p com certo g grau de impurezas, p , responsáveis p pela coloração. p ç Dessa forma é mais adequado subdividir este grupo em: •louça sanitária •louça de mesa •isoladores elétricos para alta e baixa tensão •cerâmica artística ((decorativa e utilitária). ) •cerâmica técnica para fins diversos, tais como: químico, elétrico, térmico e mecânico. Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 6 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Materiais Refratários: Este g grupo p compreende p uma diversidade de p produtos,, q que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem esforços mecânicos, mecânicos ataques químicos, químicos variações bruscas de temperatura e outras solicitações. Para suportar estas solicitações e em função da natureza das mesmas, foram desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a partir de diferentes matériasprimas ou mistura destas. destas Dessa forma, forma podemos classificar os produtos refratários quanto a matéria-prima ou componente químico principal em: sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita, magnesianocromítico, cromíticomagnesiano, i carbeto b d silício, de ilí i grafita, fi carbono, b zircônia, i ô i zirconita, i i espinélio i éli e outros. Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 7 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Isolantes Térmicos: os p produtos deste segmento g podem ser classificados em: p a) refratários isolantes que se enquadram no segmento de refratários, b) isolantes térmicos não refratários, compreendendo produtos como vermiculita expandida sílica diatomácea, expandida, diatomácea diatomito, diatomito silicato de cálcio, cálcio lã de vidro e lã de rocha, que são obtidos por processos distintos ao do item a) e que podem ser utilizados, dependendo do tipo de produto até 1100 oC e c) fibras ou lãs cerâmicas que apresentam características físicas semelhantes as citadas no item b), porém apresentam composições tais como sílica, silicaalumina, alumina e zircônia, que dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de d utilização ili ã de d 2000º C ou mais. i Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 8 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Fritas e Corantes: Estes dois p produtos são importantes p matérias-primas p para p diversos segmentos cerâmicos que requerem determinados acabamentos. Frita (ou vidrado fritado) é um vidro moído, fabricado por indústrias especializadas a partir da fusão da mistura de diferentes matérias matérias-primas primas. É aplicado na superfície do corpo cerâmico que, após a queima, adquire aspecto vítreo. Este acabamento tem por finalidade aprimorar a estética, tornar a peça impermeável aumentar a resistência mecânica e melhorar ou proporcionar impermeável, outras características. Corantes constituem-se de óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos b id a partir i da d mistura i d óxidos de ó id ou de d seus compostos. Os O pigmentos i são ã fabricados por empresas especializadas, inclusive por muitas das que produzem fritas, cuja obtenção envolve a mistura das matérias-primas, calcinação e moagem. Os corantes são adicionados aos esmaltes (vidrados) ou aos corpos cerâmicos para conferir-lhes colorações das mais diversas tonalidades e efeitos especiais. p Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho 9 Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Abrasivos: Parte da indústria de abrasivos,, p por utilizarem matérias-primas p e processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico. Entre os produtos mais conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício. silício Vidro, Cimento e Cal: São três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades, particularidades são muitas vezes considerados à parte da cerâmica Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 10 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação – Cerâmica F t : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmica Fonte Cerâmica de Alta Tecnologia/Cerâmica g Avançada: ç Áreas,, como aeroespacial, p , eletrônica, nuclear e muitas outras e que passaram a exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Tais materiais passaram a ser desenvolvidos a partir de matérias matérias-primas primas sintéticas de altíssima pureza e por meio de processos rigorosamente controlados. Estes produtos, que podem apresentar os mais diferentes formatos, são fabricados pelo chamado segmento cerâmico de alta tecnologia ou cerâmica avançada. avançada Eles são classificados, classificados de acordo com suas funções, em: eletroeletrônicos, magnéticos, ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e nucleares. Como alguns exemplos, podemos citar: naves espaciais, i i satélites, éli usinas i nucleares, l materiais i i para implantes i l em seres humanos, h aparelhos de som e de vídeo, suporte de catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros), ferramentas de corte, brinquedos, acendedor de fogão, etc. Fonte : ABCERAM - Associação Brasileira de Cerâmicafra, 2010 11 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Matéria Prima Naturais: obtidos através de operações físicas – Argila, feldspato... Sintéticas: obtidos através de processos químicos, a partir i de d – Matérias-primas naturais (magnesita, calcita...) – Outras O matérias-primas éi i sintéticas i éi (alumina, ( l i zircônia...) i ô i ) 12 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Cerâmica x Argamassa x Vidro Cerâmica Vidro Seqüência de processamento pó → forma → calor ppó → calor → forma Argamassa calor → pó → forma Tipos 13 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Estabilidade Térmica e Química Material Cerâmica Polímero Metal Característica Resistente a corrosão, oxidação, altas temperaturas Degrada com solventes, altas temperaturas Suscetível a corrosão, oxidação 14 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Condutividade Elétrica Material Resistividade elétrica (ohm-m) Cerâmica 10-6 a 1018 Polímero 108 a 1017 Metal 10-8 a 10-7 15 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Condutividade Térmica Parâmetro que caracteriza a habilidade de um matrial de conduzir calor [Callister, 2002]. Material Condutividade térmica (W/m-K) Cerâmica 1 a 500 Polímero 0,01 , a 0,5 , Metal 10 a 400 16 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Módulo de Elasticidade Razão entre a tensão e a deformação, quando a deformação é totalmente elástica. Também, uma g de um material [[Callister,, 2002]. ] medida da rigidez Material Módulo de elasticidade (GPa) Cerâmica 60 a 430 Polímero 0,002 , a5 Metal 30 a 400 17 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Resistência i ê i Mecânica â i Material Resistência sob tensão (MPa) Cerâmica 100 a 1000 Polímero 1 a 70 Metal 100 a 1700 18 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Deformação f Material Deformação (%) Cerâmica - Polímero 1 a 1400 Metal 1 a 60 19 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Tenacidade à Fratura Medida da quantidade de energia que é absorvida por um material a medida que este fratura. para o Valor crítico do fator de intensidade de tensão p qual ocorre uma extensão da trinca [Callister, 2002]. Material Tenacidade a fratura (MPa-m-1/2) Cerâmica 05a6 0,5 Polímero 0,5 , a6 Metal 20 a 90 20 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Secagem Estágios da remoção de água em corpos cerâmicos: (a) corpo molhado; (b) corpo parciamente seco; (c) corpo completamente seco [Callister, 2001:14]. Perda de água por evaporação(externa) e por difusão (interna): Conseqüência Positiva: diminuição da separação interparticular, contração ç no volume,, aumento da resistência mecânica Conseqüência Negativa: contarção de volume não-uniforme com o empenamento, distorções e aparecimento de trincas, 21 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Si t i ã Sinterização Poro Alterações micro-estruturais em um compacto de pós cerâmicos durante o cozimento: (a) partículas após a prensagem; (b) coalescência das partículas e formação dos poros no início da sinterização; (c) após a sinterização os poros mudam de forma e tamanho[Callister, tamanho[Callister 2001:14} Empescoçamento Contorno de Grão Coalescência C l ê i d de partículas tí l de d pós ó por difusão, dif ã para formar f uma massa mais i densa, cuja a força motriz é redução da área superficial [Callister, 2001:14]. 22 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Sinterização 23 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Si t i ã Sinterização Microscopia eletrônica de Varredura de um compacto de pó de óxido de alumínio que foi sinterizado a 1700 oC durante 6 min. De, W. D. Kingery, H. K. Bower e D.R. Uhlmann, Introducion to Ceramics, 2nd edition p.143. Copyright© 1976 por Jonh Wiley & Sons Sons, New York. Coalescência de partículas de pós por difusão difusão, para formar uma massa mais densa, cuja a força motriz é redução da área superficial [Callister, 2001:14]. 24 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho PLACAS CERÂMICAS PRENSADAS Grupo B 25 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho R f ê i Referências Normas e Documentos de Referência Norma nacional NBR 13.818/1997: Placas Cerâmicas para Revestimento – Especificação e Métodos de Ensaio (descrição dos parâmetros dos ensaios). Laboratório Responsável pelos Ensaios Laboratório de Produtos Acabados do Centro de Tecnologia em Cerâmica – CTC, credenciado pela Coordenação Geral de Credenciamento do Inmetro, localizado em Criciúma, Santa C Catarina. i 26 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Processos 1. Moagem 3. Prensagem 1. Seca 2. Úmida 4 Pré-queima 4. Pré queima 2 Secagem 2. S 1. Atomização 2. Natural 5. Queima 27 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Moagem (seca ou úmida) Colisão Moagem g Bolas Planetário Atritor Rolos Colisão Jato frio 28 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho [Thümmlerr, 1993:13] [Thümmlerr, 1993:10] [Thüm mmler, 1993:10] [Thüm mmler, 1993:7] Tipo T os dee Moinh ho Moinho de Bolas Moinho Planetário Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Moinho Atritor Moinho Rolo 29 [Thümm mler, 1993:7] M i h dde B Moinho Bolas l Moinho de Bolas Esferas cerâmicas g com o tempo p desgastadas 30 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho P Processo produtivo d ti Moagem úmida Moagem seca Barbotina: B b i produto d dda moagem úmida. 31 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Processo produtivo Moagem úmida e atomização Incefra 2010 Incefra, 32 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Processo produtivo Atomização Equipe de Obra - Ed.Pini lelords.blogspot.com.br -2013 ITC - Inst.Tec. Cerâmica UJI – Universitat Jaume I - Espanha 33 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Para a boa qualidade na prensagem de placas cerâmicas é necessário: • Alta pressão na prensa • Pó muito fino • Pó com granulometria variada • Baixa umidade do pó • Pó de forma esférica 34 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Para a boa qualidade na queima de placas cerâmicas é necessário: • Uma pré-queima para a retirada da umidade • Temperatura próxima porém abaixo do ponto de fusão do corpo p cerâmico • Uso de fundentes na massa cerâmica • Elevado tempo de queima 35 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação por propriedades físicas e mecânicas: • Tratamento Térmico • Absorção d’água • Resistência a flexão • Resistência a abrasão superficial • Resistência a abrasão profunda p • Expansão por umidade e expansão térmica • Dureza Mohs • Resistência ao gretamento • Resistência R i tê i ao congelamento l t • Resistência ao deslizamento 36 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Tratamento Térmico Grupo B - placas prensadas • MONOQUEIMA : é o método mais atual que existe. Neste processo a massa e o esmalte são queimados juntos. juntos • BIQUEIMA: Primeiro é feito a queima da base do produto e após aplicação do esmalte sofre uma nova queima. após, queima Obs.: Obs : Os azulejos são produzidos por este sistema. • TERCEIRA QUEIMA: Processo usado para aplicação de materiais especiais, tais como: granilhas, ouro, prata. Sobre o pro-duto já queimado (bases + bases) é aplicado o material especial e novamente queimado. 37 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Tratamento Térmico Grupo B - placas prensadas Incefra, 2010 38 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Absorção d’água d água Grupo B - placas prensadas 39 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Resistência a Flexão Grupo B - placas prensadas 40 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Abrasão Superficial Grupo B - placas prensadas Incefra, 2010 41 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Abrasão Profunda Grupo B - placas prensadas 42 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Dureza Mohs Grupo B - placas prensadas 43 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Resistência ao Choque Térmico Grupo p B-p placas prensadas p Expansão por Umidade G Grupo B - placas l prensadas d 44 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho R i tê i ao Gretamento Resistência G t t Grupo B - placas prensadas Resistência ao Congelamento Grupo B - placas prensadas 45 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Resistência ao Escorregamento g Grupo B - placas prensadas 46 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação por propriedades químicas: • Resistência ao manchamento • Resistência a ataques químicos 47 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Resistência a Ataques Químicos Grupo p B-p placas prensadas p 48 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Resistência ao Manchamento Grupo p B-p placas prensadas p 49 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação por propriedades geométricas • Lados e espessura • Ortogonalidade, retidão lateral e “planaridade” A norma NBR 13818, 13818 permite uma variação admissível de até 0,5 % da bitola. Normalmente somente os porcelanatos são retificados. retificados 50 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação por propriedades visuais Defeitos e Tonalidades Produto A ( extra): pelo menos 95 % das peças em conformidade. P d t B ( comercial): Produto i l) defeitos d f it visíveis i í i a 01 metro t de distância, podendo ter bitolas e tonalidades dif diferentes, t além lé de d outras t deformidades. d f id d Produto C ( caco): defeitos visíveis a 03 metros de distância, possuindo grandes deformidades. Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Cl ifi ã por propriedades Classificação i d d visuais i i Incefra, 2010 Incefra 2010 Incefra, 52 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Como Especificar Tipo Absorção d’água Resist. Flexão PEI ou Dureza R i t Química Resist. Q í i Li Limpabilidade bilid d Grês BIb PEI 4 GLA 4 53 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias 54 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Cerâmica soltando sem argamassa no verso • Argamassa aplicada com o cordão da desempenadeira não esmagado. esmagado 55 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Cerâmica soltando com argamassa no verso. Parede sem argamassa nenhuma fixada sobre o reboco. 56 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Cerâmica soltando por falta de junta de dilatação (expansão térmica ou expansão por umidade) 57 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Cerâmica soltando por ser aplicada sobre superfície pintada 58 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Gretamento em placas cerâmicas cerâmicas. Trincas desordenadas no esmalte • CAUSAS: Dilatamento diferenciado entre o esmalte e a base da cerâmica. â i 59 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Cerâmica soltando sem argamassa no seu verso. Tardóz da cerâmica impresso na argamassa. argamassa Nenhuma aderência aparente. • CAUSAS: Argamassa com tempo em aberto ultrapassado ou excesso de engobe no tardóz da cerâmica. Engobe 60 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • Cerâmica soltando sem argamassa no seu verso. Tardóz da cerâmica impresso na argamassa. Nenhuma aderência aparente. • CAUSAS: Argamassa com tempo em aberto ultrapassado ou excesso de engobe g no tardóz da cerâmica. Engobe 61 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias • O Tardóz T dó (verso) ( ) da d cerâmica â i deve ser limpo com uma escova seca ou pano levemente umedecido e as cerâmicas nunca devem ser molhadas quando usase argamassa g industrializadas. Engobe 62 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias g Junta de Dilatação • Cerâmica soltando por falta de juntas movimentação. de J t de Junta d Movimentação M i t ã • SOLUÇÃO : Reforma R f com junta de movimentação. 63 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias g Argamassa aplicada A li d em pontos t isolados i l d sem o uso da desempenadeira dentada. • Cerâmica soltando por erro na aplicação da argamassa • SOLUÇÃO : Troca de todo o revestimento 64 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Patologias g Mancha d’água e Marca d’água Incefra, 2010 65 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho Curiosidades! A Maior Piscina do Mundo! Quantos azulejos devem ter sido gastos para revesti-la? A MAIOR PISCINA DO MUNDO Resort de San Alfonso del M Mar, em Algarrobo Al b no Chile. Com 1 km de extensão e 80 mil m² e capacidade para 50.000 m³ d água de á C t Custou US$ 1,5 15 bilhão US$ 3,5 milhões para ser construída e gasta US$ 4 milhões por ano de manutenção. t ã T Tem praias i com controle de temperatura, áreas para caiaque, velejar, mergulhar e serviço ser iço de ônibus ônib s aquáticos que levam de uma ponta a outra do resort. Algumas piscinas têm 35 metros de profundidade. 66 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho A li õ Aplicações Revestimento de pastilhas que recobre a fuselagem da nave, composto a base de silicone revestido por material cerâmico. Na reentrada na atmosfera a temperatura pode chegar h até té a 1500 oC 67 Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho