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Estrutura e Propriedades dos Estrutura e Propriedades dos materiais cerâmicos Fator de Empacotamento Atômico: FEA Close-packed Cl k d di directions: ti length = 4R = 3a R Unit cell contains: 1 + 8 x 1/8 = 2 atoms/unit cell a atoms 4 π ( 3a/4)3 2 unit cell 3 APF = FEA = 0,68 a3 volume atom volume unit cell 9 Fator de Empacotamento A ô i FEA Atômico Close-packed Cl k d di directions: ti length = 4R = 2a a Ad t d ffrom Adapted Fig. 3.1(a), Callister 6e. FEA = 0 0,74 74 Unit cell contains: 6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 atoms/unit cell atoms volume 4 3 π ( 2a/4) 4 unit cell atom t 3 APF = volume 3 a unit cell 7 Estruturas das cerâmicas Estruturas das cerâmicas • Materiais cerâmicos são formados por elementos metálicos e não metálicos • Ligações podem ser covalentes e/ou iônicas (o que determina é a eletronegatividade) que determina é a eletronegatividade) – Quando a ligação é covalente o que determina o número de coordenação é o número de ligações – Quando a ligação é iônica o que determina o número de coordenação é a relação mínima de raios Estruturas das cerâmicas Estruturas das cerâmicas • Para formar a estrutura as cerâmicas devem g ç satisfazer algumas condições: – Se possuir ligação covalente deve respeitar o número de ligações e os ângulos entre as ligações número de ligações e os ângulos entre as ligações – Se possuir ligação iônica deve respeitar a relação mínima de raios (estabilidade) e a neutralidade mínima de raios (estabilidade) e a neutralidade elétrica. • Estas condições geram estruturas muito mais di õ i i complexas que as observadas para os metais Metals/ Alloys ρ (g/ccm3) 30 20 Platinum Gold W Gold, Tantalum 10 Silver, Mo C Ni Cu,Ni Steels Tin, Zinc 5 4 3 2 1 0.5 0 5 0.4 0.3 Titanium Aluminum Magnesium Graphite/ Ceramics/ Polymers S i Semicond d Composites/ fibers Based on data in Table B1, Callister *GFRE, CFRE, & AFRE are Glass, Carbon, & Aramid Fiber-Reinforced Epoxy composites (values based on 60% volume fraction of aligned fibers p y matrix). ) in an epoxy Zirconia Al oxide Diamond Si nitride Glass-soda Concrete Silicon Graphite PTFE Silicone PVC PET PC HDPE, PS PP, LDPE Glass fibers GFRE* Carbon fibers CFRE* Aramid fibers AFRE* Wood COORDENAÇÃO E RAIO IÔNICO • Coordenação depende da relação rcation i ranion Posições tetraédricas e octaédricas Posições tetraédricas e octaédricas Condição de estabilidade Condição de estabilidade Estruturas cerâmicas Estruturas cerâmicas • • • • • Estruturas tipo MX Estruturas tipo MX2 Estruturas tipo MX Estruturas tipo M2X3 Estruturas tipo M’M’’X3 Estruturas tipo M’M’’ Estruturas tipo M M 2X4 Onde M = elemento metálico e X = elemento não metálico Estruturas tipo MX Estruturas tipo MX As principais estruturas do tipo MX são: • Estrutura do cloreto de sódio • Estrutura do cloreto de césio • Estrutura da blenda de zinco Estrutura da blenda de zinco Estrutura do Cloreto de Sódio Estrutura do Cloreto de Sódio Estrutura do Cloreto de Sódio Estrutura do Cloreto de Sódio • Rede CFC com 2 íons por posição de rede • A célula possui 4 íons de Cl A célula possui 4 íons de Cl‐ 4 íons de Na 4 íons de Na+ (neutralidade elétrica) RNa= 0,102 nm RCl= 0,181 nm RNa/ RCl= 0,564 NC=6 (cada cátion deve ter 6 ânions ao seu redor e cada ânion deve ter e cada ânion deve ter 6 cátions ao seu redor) Estrutura do Cloreto de Césio Estrutura do Cloreto de Césio Estrutura do Cloreto de Césio Estrutura do Cloreto de Césio • Estrutura Cúbica Simples com 2 íons por p ç posição de rede • A célula possui 1 íons de Cl‐ e 1 íons de Cs+ (neutralidade elétrica) (neutralidade elétrica) CsCl RCs= 0,170 nm RCl= 0,181 nm 0 181 nm RCs/ RCl= 0,939 NC=8 (cada cátion deve ter 8 ânions ao seu redor 8 ânions ao seu redor e cada ânion deve ter 8 cátions ao seu redor) TlBr TlI NH4Cl RbCl CuZn AgMg LiHg AlNi BeCu Estrutura da Blenda de Zinco Estrutura da Blenda de Zinco Estrutura do Blenda de Zinco Estrutura do Blenda de Zinco • Estrutura Cúbica de Face Centrada com 2 íons p p ç por posição de rede • A célula possui 4 íons de S‐2 e 4 íons de Zn+2 (neutralidade elétrica) (neutralidade elétrica) RZn= 0,074 nm RS= 0,184 nm 0 184 nm RCs/ RCl= 0,402 NC=4 (cada cátion deve ter 4 ânions ao seu redor 4 ânions ao seu redor e cada ânion deve ter 4 cátions ao seu redor) Estruturas tipo MX2 Estruturas tipo MX • Estrutura da fluorita • Estrutura da cristobalita Estrutura da cristobalita Estrutura da Fluorita Estrutura da Fluorita RCa= 0,100 nm 0 100 RF= 0, 133 nm RCa/ R / RF= 0,752 = 0 752 NC=8 Estrutura da Fluorita Estrutura da Fluorita Estrutura da Cristobalita Estrutura da Cristobalita ‐Estrutura CFC formada por átomos de Si+4 ocupando os pontos da rede CFC e metade das posições tetraedrais. i õ d i ‐ Cada íon Si+4 está ligado a quatro íons O‐2 ‐Cada íon O Cada íon O‐2 está ligado a dois está ligado a dois íons Si+4 . ‐Carater Carater 51% iônico 51% iônico RSi= 0,040 nm RO= 0, 140 nm RSi/ RO= 0,286 NC=4 Estrutura da Cristobalita Estrutura da Cristobalita Estrutura da Cristobalita Estrutura da Cristobalita Estrutura tipo M2X3 Estrutura tipo M • Estrutura da Alumina • O óxido de alumínio Al O óxido de alumínio Al2O3 possui uma possui uma estrutura aproximadamente hexagonal Aqui são mostrados apenas os átomos de alumínio Estrutura tipo M’M’’X Estrutura tipo M M X3 • Estrutura do Titanato de Cálcio CaTiO3 ( (Perovisquita) q ) • Nesta estrutura temos um íon de Ca2+, um íon Ti4+ e três íons O e três íons O22‐. • A estrutura é uma estrutura Cúbica Simples • O material mais famoso é o Titanato de Bário devido as suas propriedades dielétricas devido as suas propriedades dielétricas. Estrutura da Perovisquita Estrutura da Perovisquita Estrutura da Perovisquita Estrutura da Perovisquita Estrutura tipo M’M’’ Estrutura tipo M M 2X4 • Estrutura do MgAl2O4 (Espinélio) Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Estruturas dos Silicatos Ortosilicatos Nenhum dos vértices é compartilhado. Pirosilicatos Piroxênio Formam anéis ou cadeias Anfibólios F Formam cadeias duplas d i d l Folhas de silicatos Folhas de silicatos Argilominerais Argilominerais Caulinita Folhas de silicato com 2 camadas Folhas de silicato com 2 camadas Caulinita Folhas de Silicatos com 3 camadas Folhas de Silicatos com 3 camadas Pirofilita Folhas de silicatos Folhas de silicatos Estrutura dos vidros Estrutura dos vidros Vidro de sílica pura Vidro de soda cal Quartzo Estruturas do Carbono Estruturas do Carbono • Diamante • Estrutura CFC Estrutura CFC com metade das posições das posições tetraedrais ocupadas Estruturas do Carbono Estruturas do Carbono Grafite Estruturas do Carbono ‐ Fullerenos Estruturas do Carbono Estruturas do Carbono Fibras de carbono
