09 Ceramicos

PROCESSAMENTO DE CERÂMICOS
1. Características de materiais cerâmicos
- alta dureza (resistência à abrasão) e resistência a elevadas temperaturas
- alta fragilidade
- grande diferença entre resistência à tração e à compressão (5 a 10 vezes). Fazer pré-tensão
(por tratamentos térmicos, químicos ou mecânicos)
- baixa tenacidade
- baixa densidade
- baixa expansão térmica
- baixa condutividade elétrica e térmica
2. Categorias
2.1 Cerâmica Tradicional
- telhas
- tijolos
- fornos
- tubos de esgoto
- peças em porcelana
2.2 Cerâmica Industrial ou Fina
- dissipadores de calor em altas temperaturas
- discos de freio
- turbinas
- peças para setor aero-espacial (camada externa de ônibus espacial)
- trocadores de calor
- semi-condutores
- ferramentas de corte
3. Materiais Cerâmicos
3.1 Materiais “crus”
Cerâmicos encontrados na natureza como a argila. Utilizado basicamente para peças de
cerâmica tradicional.
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3.2 Óxidos
Alumina: alta dureza, resistência média. Muito utilizado como ferramentas de corte,
abrasivos e isolante térmico e elétrico
Zircônia: alta dureza e tenacidade, expansão térmica próxima a do ferro fundido. Utilizado
em peças de motores submetidas a altas temperaturas.
3.3 Carbonetos
Carboneto de tungstênio: dureza e resistência variáveis com teor de cobalto. Muito utilizado
para matrizes e ferramentas de corte
Carboneto de titânio: menor tenacidade que carboneto de tungstênio. Utilizado como
ferramenta de corte
Carboneto de silício: alta dureza e resistência a elevadas temperaturas. Usado como abrasivo
3.4 Nitretos
Nitreto cúbico de boro: segundo material mais duro. Utilizado como ferramenta de corte e
abrasivo
Nitreto de titânio: baixo coeficiente de atrito. Utilizado como revestimento
Nitreto de silício: alta resistência a choques térmicos
Cermets: Mistura de óxidos, carbonetos e nitretos. Alta resistência a elevadas temperaturas.
3.5 Sílica
Alta resistência à temperatura. Utilizado como peças não estruturais. Pode apresentar efeito
piezo-elétrico
3.6 Vidros
Estrutura amorfa contendo 50% de sílica. Propriedades mecânicas variáveis
3.7 Grafite
Forma cristalina do carbono que apresenta alta condutividade térmica e elétrica e boa
resistência a choques térmicos
3.8 Diamante
Material de maior dureza conhecido. Utilizado como ferramenta de corte e abrasivo.
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4. Processamento
Cerâmicos em Geral:
- obtenção de pós de materiais cerâmicos
- mistura com aditivos
- obtenção de forma
- secagem
- cozimento (ou queima)
Vidros:
- fusão
- modelagem
5. Aditivos
- lubrificantes
- umidificantes
- plastificantes
- defloculantes
Perguntas:
1. Quais são as características dos materiais cerâmicos?
2. Tem sentido a fabricação de dissipadores de calor de materiais cerâmicos?
3. Qual a vantagem da zircônia ter o mesmo coeficiente de dilatação do ferro fundido?
4. Quais são as etapas do processamento de materiais cerâmicos em geral?
6. Fundição
Insere-se suspensão coloidal cerâmica em água num molde.
Água é absorvida pelo molde e faz com que uma camada cerâmica fique depositada nas
paredes do molde.
Alcançada a espessura desejada retira-se o excesso de suspensão.
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Baixo controle dimensional e produtividade
Baixo custo
7. Extrusão
Processo similar à extrusão de materiais metálicos e poliméricos.
Utilização de parafuso sem fim para compressão do material contra a matriz.
Obtenção de tubos e peças simples.
8. Injeção
Similar à moldagem por injeção de polímeros.
Alta produtividade
Pode-se adicionar polímeros termoplásticos para funcionar como elemento de liga.
Polímeros são queimados no cozimento.
9. Conformação
Processo similar a conformação por prensagem de metais
Tolerâncias dimensionais médias
Alta produtividade
10.Compressão Seca
Muito parecido com sinterização de metais
Boa tolerância dimensional
Utilizado para fabricação de pastilhas de corte
Altos custos com maquinário de compressão e matrizes (alto índice de desgaste)
11. Compressão Úmida
Similar a compressão seca mas o estado úmido do material facilita a compressão.
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Menores custos
Baixo controle dimensional (contração na secagem)
12. Secagem
Retirada da água do material cerâmico
Deve ser feita sob condições controladas de temperatura e umidade para evitar
empenamento ou mesmo quebra da peça
Contração de 15 a 20% de volume.
Após a secagem material se encontra num estado “verde” (como o compactado-verde da
sinterização) e pode ainda ser modelado de forma branda
13. Cozimento
Também conhecido por sinterização
Aumento da dureza e da resistência da peça já nas geometrias desejadas
Ocorre contração (menor que da secagem) e diminuição da porosidade.
14. Acabamento
Após o cozimento o material pode ser desgastado para que seja obtidas geometrias com
maior controle dimensional. O desgaste pode ser feito por meio de:
- desgaste com rebolo de diamante
- usinagem com ultra-som
- eletroerosão (apenas em cerâmicos com elementos condutores elétricos)
- usinagem por laser
- usinagem por jato d'água
Deve-se tomar muito cuidado na realização de operações de usinagem uma vez que as peças
cerâmicas são muito frágeis
Perguntas:
1. Por que as peças em material cerâmico não apresentam geralmente boa tolerância
dimensional? Qual é o processo que apresenta menores tolerâncias?
2. Quais as diferenças entre as peças em material cerâmico logo depois de moldadas, depois
de secas e depois de cozidas?
3. Como é possível melhorar as tolerâncias dimensionais de uma peça feita em material
cerâmico?
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15. Placas de vidro
Placas de vidro podem ser obtidas por processos específicos de “trefilação” e laminação.
Material deve ser modelado na passagem do estado fundido para o estado amorfo.
16. Tubos de vidro
Obtidos por processo similar a extrusão com utilização de mandril
É necessário injetar ar no interior do tubo recém conformado para evitar que ele se feche.
Mesmo processo pode ser utilizado para obtenção de barras de vidro
17. Fibras de vidro
Obtidas pelo mesmo processo de “trefilação” de chapas, porém restritas a pequenas
dimensões (podem chegar a diâmetros de 2 µm).
Velocidades de trefilação de até 500m/s.
Fibras curtas são utilizadas como material isolante térmico e elétrico.
Também utilizado para fabricação de fibra óptica.
18. Moldagem por sopro (vidro)
Processo com similaridades com o processo de moldagem por sopro de polímeros.
Obtenção de peças ocas e garrafas.
Geralmente aplica-se ao molde óleos ou emulsões que previnem o emperramento da peça na
matriz.
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19. Conformação (vidro)
Similar ao processo de forjamento de metais
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20. Fundição por centrifugação (vidro)
Similar à fundição por centrifugação de metais
21. Aumento da resistência de placas de vidro
Têmpera térmica: processo similar à têmpera de metais mas com diferentes características
micro-estruturais (indução de tensões residuais pela diferença de velocidade de contração)
Têmpera química: Adição de nitratos ou sulfatos que induzem tensões residuais de
compressão na superfície das placas
Vidro laminado: combinação de lâminas de vidro e materiais plásticos
Perguntas:
1. Quais são os produtos dos processos de “trefilação” e de moldagem por sopro de vidros?
2. Quais são os processos de melhoria da resistência de placas de vidro? Explique o motivo
do aumento da resistência.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000
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