A Porcelana Elétrica

PORCELANAS ELÉTRICAS

Porcelanas são cerâmicas produzidas com matérias-primas naturais e utilizadas na fabricação de uma grande variedade de produtos onde se encontram os isoladores de alta tensão, sendo os maiores e mais complexos produtos obtidos destas cerâmicas.

Nos vértices do triângulo estão posicionados os componentes que constituem a estrutura do produto: matérias-primas refratárias (quartzo, alumina/bauxita), matérias-primas plásticas (argilas e caulins) e matérias-primas fundentes (feldspatos e nefelina).

3.2 PORCELANAS TRIAXIAIS

Tradicionalmente a porcelana é produzida com base em 3 matérias primas, cujas proporções determinam as características do material resultante, que são baseadas portanto em um sistema triaxial como mostra a Figura 2. As massas cerâmicas para isoladores elétricos podem ser incluídas nesta representação, em composições variáveis. As porcelanas aluminosas e quartzosas são designadas como porcelanas triaxiais, compostas basicamente de: (1) material refratário, que fornece estabilidade dimensional a peça; (2) material plastificante, a fim de proporcionar plasticidade; e de (3) fundente, que atuará 26 principalmente como formador de fase líquida durante a sinterização (STUDART et al., 1996). Nos vértices do triângulo estão posicionados os componentes que constituem a estrutura do produto: matérias-primas refratárias (quartzo, alumina/bauxita), matérias-primas plásticas (argilas e caulins) e matérias-primas fundentes (feldspatos e nefelina) (CHINELATTO, 2004a).

As principais propriedades tecnológicas das porcelanas triaxiais estão intimamente ligadas a sua microestrutura, que possui influência direta da composição da massa, do processamento e de parâmetros referentes à sua sinterização (queima), como, por exemplo, o controle da atmosfera. Para uma melhor qualidade nas porcelanas triaxiais é necessário ajustar esses fatores ao processamento tradicional na manufatura da porcelana triaxial utilizada para isoladores elétricos.

De fundamental importância no processamento destas porcelanas é a análise e o entendimento das reações que possam ocorrer entre a peça à verde e os gases que formam a atmosfera do forno durante a sinterização. É importante compreender a influência desses parâmetros nas propriedades finais da peça, principalmente no que diz respeito a sua resistência mecânica. O principal objetivo é obter massas de porcelanas triaxiais que forneçam uma máxima resistência mecânica e a baixo custo

Porcelanas triaxiais têm sido por década utilizadas como isoladores elétricos. Essa hegemonia se da devido as suas propriedades dielétricas combinadas com suas excelentes propriedades mecânicas e, principalmente, a capacidade de manutenção dessas propriedades em condições severas, como: umidade e alta temperatura [1].

De uma maneira geral, as porcelanas elétricas são essencialmente compostas de caulim e/ou argila, feldspato e quartzo. Frequentemente, em porcelanas de alta tensão, o quartzo é parcialmente ou totalmente substituído por coríndon para aumentar a resistência mecânica do produto final [3]. Quando tratada termicamente de forma adequada, essas matérias-primas formam uma matriz vítrea com cristais de quartzo/coríndon, mulita e porosidade remanescente. A ação sinérgica destas fases é responsável pelas propriedades acima mencionadas, ao passo que uma adequada seleção das matérias-primas é de suma importância para as características finais do produto.

Um dos pré-requisitos na seleção de matérias-primas para a produção de isoladores elétricos de porcelana é a baixa concentração de óxidos de metais de transição conhecidos como impurezas, tais como TiO2, Fe2O3, Cr2O3 . A presença desses óxidos altera o comportamento elétrico do produto final, provocando principalmente uma redução das propriedades de isolamento devido à condução eletrônica por “small polaron hopping” entre íons com diferentes estados de valência.

VARITORES

Varistores à base de óxido de zinco (ZnO) são dispositivos cerâmicos que apresentam um comportamento elétrico caracterizado pela relação não-linear entre a tensão aplicada e a corrente elétrica resultante, bem como elevada capacidade de absorção de energia.(1,2) A fabricação industrial destes dispositivos é feita a partir da mistura e homogeneização dos pós de ZnO e outros óxidos metálicos que atuam como dopantes, tais como Bi2 O3 , Sb2 O3 , CoO ou óxidos de terras-raras, e subsequentes etapas de conformação e sinterização típicas do processamento cerâmico.(3) O material resultante é uma cerâmica policristalina que apresenta uma singular propriedade de contorno de grão, na qual tem origem a conhecida relação não-linear característica do dispositivo e que é a base de sua utilização para proteção de sistemas e equipamentos elétricos.(1)