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
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
Classificação - Cerâmica
Convêncionais: estruturais, vidros, louças e cimento
Avançadas: eletrônicos, ópticos e biomateriais
4
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
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.
6
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.
7
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
8
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
9
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
10
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.
11
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
Cerâmica x Argamassa x Vidro
Cerâmica
Vidro
Seqüência de
processamento
pó → forma → calor
ppó → calor → forma
Argamassa
calor → pó → forma
Tipos
13
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
Condutividade Elétrica
Material
Resistividade elétrica (ohm-m)
Cerâmica
10-6 a 1018
Polímero
108 a 1017
Metal
10-8 a 10-7
15
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
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
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
Deformação
f
Material
Deformação (%)
Cerâmica
-
Polímero
1 a 1400
Metal
1 a 60
19
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
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
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
Sinterização
23
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
PLACAS CERÂMICAS PRENSADAS
Grupo B
25
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
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
Moagem (seca ou úmida)
Colisão
Moagem
g
Bolas
Planetário
Atritor
Rolos
Colisão
Jato frio
28
[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
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
P
Processo
produtivo
d ti
Moagem úmida
Moagem seca
Barbotina:
B
b i produto
d
dda
moagem úmida.
31
Processo produtivo
Moagem úmida e atomização
Incefra 2010
Incefra,
32
Processo produtivo
Atomização
Equipe de Obra - Ed.Pini
lelords.blogspot.com.br -2013
ITC - Inst.Tec. Cerâmica
UJI – Universitat Jaume I - Espanha
33
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
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
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
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
Tratamento Térmico
Incefra, 2010
38
Absorção d’água
d água
39
Resistência a Flexão
40
Abrasão Superficial
Incefra, 2010
41
Abrasão Profunda
42
Dureza Mohs
43
Resistência ao Choque Térmico
Grupo
p B-p
placas prensadas
p
Expansão por Umidade
G
Grupo
B - placas
l
prensadas
d
44
R i tê i ao Gretamento
Resistência
G t
t
Resistência ao Congelamento
45
Resistência ao Escorregamento
g
46
Classificação por propriedades
químicas:
• Resistência ao manchamento
• Resistência a ataques químicos
47
Resistência a Ataques Químicos
Grupo
p B-p
placas prensadas
p
48
Resistência ao Manchamento
Grupo
p B-p
placas prensadas
p
49
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
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.
Cl ifi ã por propriedades
Classificação
i d d visuais
i i
Incefra, 2010
Incefra 2010
Incefra,
52
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
Patologias
54
Patologias
• Cerâmica soltando sem
argamassa no verso
• Argamassa
aplicada
com o cordão da
desempenadeira
não
esmagado.
esmagado
55
Patologias
• Cerâmica soltando com
argamassa no verso.
Parede sem argamassa
nenhuma fixada sobre o
reboco.
56
Patologias
• Cerâmica soltando por falta de junta de dilatação
(expansão térmica ou expansão por umidade)
57
Patologias
• Cerâmica soltando por ser aplicada sobre
superfície pintada
58
Patologias
• Gretamento
em
placas
cerâmicas
cerâmicas.
Trincas desordenadas
no esmalte
• CAUSAS:
Dilatamento
diferenciado entre o
esmalte e a base da
cerâmica.
â i
59
Patologias
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
Patologias
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
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
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
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
Patologias
g
Mancha d’água
e
Marca d’água
Incefra, 2010
65
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
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

cerâmicas - faculdade inap

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