A CIÊNCIA DOS MATERIAIS

CIÊNCIA DOS MATERIAIS

•  As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas

•  Cerâmica vem da palavra grega keramikos que significa matéria queimada;

•  Os materiais cerâmicos apresentam alto ponto de fusão.

•  São geralmente isolantes elétricos, embora possam existir materiais cerâmicos semicondutoras, condutores e até mesmo supercondutores (estes dois últimos, em faixas especificas de temperatura).



INTRODUÇÃO

•  São comumente estáveis sob condições ambientais severas.

•  Os materiais cerâmicos são geralmente duros e frágeis.

Os principais materiais cerâmicos são:

– Materiais Cerâmicos Tradicionais: cerâmicas estruturais, louças, refratários (provenientes de matérias primas argilosas).

– Vidros e Vitro-Cerâmicas.

– Abrasivos.

– Cimentos.

– Cerâmicas“Avançadas”:aplicaçõeseletro-eletrônicas,térmicas, mecânicas, ópticas, químicas, bio-médicas.

•  Exemplos: SiO2( sílica), Al2O3 (alumina), Mg3Si4O10(OH)2 (talco)



INTRODUÇÃO

Comparações entre os materiais cerâmicas tradicionais e avançados



ESTRUTURAS ATÔMICAS



ESTRUTURAS CRISTALINAS

Para aqueles materiais cerâmicos para os quais a ligação atômica é predominantemente iônica, as estruturas cristalinas podem ser consideradas como sendo compostas por íons eletricamente carregados, ao invés de átomos.

Os íons metálicos, ou cátions estão carregados positivamente, pois eles doaram os seus elétrons de valência para os íons não-metálicos, ou ânions, os quais, por sua vez, estão carregados negativamente.

Duas características dos íons componentes dos cerâmicos cristalinos influenciam suas estruturas: 1 – a magnitude da carga elétrica em cada um dos íons, Obs: os cristais devem ser neutros (cargas balanceadas). 2 – Os tamanhos relativos dos cátions e dos ânions.



RAIOS ATÔMICOS

Uma vez que os elementos metálicos cedem elétrons quando ionizados, os cátions são, geralmente, menores do que os ânions.

A razão rc/ra é menor que a unidade (1).

Estruturas cerâmicas estáveis são aquelas onde os ânions que estão ao redor de um cátion estão todos em contato com aquele cátion.



RAIOS ATÔMICOS

A razão rc/ra e a relação com o número de coordenação (número de ânions que são os vizinhos mais próximos para um cátion)

Os modelos apresentados são baseados em considerações geométricas e comnsiderando os íons como “esferas rígidas”, portanto, essas relações são apenas aproximadas, e existem excessões.



ESTRUTURAS CRISTALINAS

Estrutura cerâmicos AX

A = Cátion

X = nion

Os materiais cerâmicos apresentam tendência a alta compactação, e pode-se observar estruturas CS, CCC, CFC e HC.

Tais arranjos poderiam ser assumidos, desde que os ânions, de maior tamanho, estivessem situados nas posições originais da rede e os cátions, de menor tamanho, nos seus interstícios.

r (raio do cátion) / R (raio do ânion) = NC (número de coordenação)



Estrutura NaCl (sal-gema)

Estrutura CsCl (cloreto de césio)

ESTRUTURAS CRISTALINAS

NC = 0,564 = 6

Estrutura em arranjo CFC dos ânions com interstícios de cátions.

Ex: NaCl, MgO (óxido de magnésio), MnS (sulfeto de manganês) e LiF (Fluoreto de lítio).

NC = 8

A troca entre cátions e ânions produz a mesma estrutura cristalina. Essa não é uma estrutura CCC pois os íons envolvidos são diferentes.



ESTRUTURAS CRISTALINAS

Estrutura ZnS (sulfeto de zinco)

NC = 4

Todos os átomos estão coordenados tetraedricamente. (CFC + tetraédrica)

Posição dos vértices e faces é ocupada por átomos de enxofre enquanto o zinco preenche posições tetraédricas interiores.

Normalmente a ligação atômica nos compostos que exibem esta estrutura são altamente covalentes.

Ex. ZnTe (telureto de zinco) e SiC (carbeto de silício).



ESTRUTURAS CRISTALINAS

Estrutura