Análise da Cerâmica

1. Introdução

De um modo geral, materiais cerâmicos são compostos de elementos metálicos e não-metálicos, sendo mais frequentes os óxidos, nitretos e carbetos. Alguns exemplos incluem o óxido de alumínio (alumina, Al2O3), dióxido de silício (sílica, SiO2), carbeto de silício (SiC), nitreto de silício (Si3N4) e, além destas, as chamadas “cerâmicas tradicionais”, compostas de argilominerais, bem como cimento, vidro.

Algumas características dos materiais cerâmicos incluem:

• Relativamente rígidos, fortes e muito duros
• Extremamente frágeis (pouca ductibilidade) e relativamente suscetíveis a fraturas (fraturas frágeis)
• Bons isolantes à passagem de calor ou eletricidade e mais resistentes a temperaturas que metais e polímeros.
• Podem ser transparentes, translúcidas ou opacas.
• Podem exibir comportamento magnético

A argila é uma cerâmica tradicional. Trata-se de um material composto de partículas muito pequenas de um ou mais argilominerais. Estes, por sua vez, são minerais constituídos por silicatos hidratados de alumínio e ferro, podendo conter metais alcalinos (p.e sódio, potássio) e alcalino-terrosos (cálcio, magnésio). O termo argila também pode ser usado na classificação granulométrica de partículas, onde a argila é a fração do solo com diâmetro inferior a 0,2 μm.

As argilas, em geral, se apresentam como minerais naturais de granulação fina, textura terrosa e comportamento plástico quando umedecidos. Podem ser provenientes do intemperismo, ação hidrotermal ou da sedimentação em ambientes fluviais, lacustres, marinhos ou eólicos.

Na natureza, os argilominerais são encontrados também associados a outros materiais e minerais, como matéria orgânica, sais solúveis, partículas de quartzo, pirita, mica, calcita, dolomita entre outros. A composição varia de acordo com a jazida de onde é retirada, ou seja, do local, da forma geológica do terreno, da era de formação e da influência hidrotérmica exercida sobre o material. Um dos principais óxidos presentes nas argilas é o óxido de ferro (Fe2O3), responsável pela coloração vermelha desses produtos.

Há subtipos especiais de argilas, que têm definições particulares decorrentes de aplicações tecnológicas, composição química/mineralógica ou origem geológica. Pode-se citar os caulins, bentonitas, argilas refratárias e terra fuler.

Quanto à aplicação, atualmente são os materiais com mais variadas destinações entre todos os extraídos da terra. Podem ser empregados em prospecções geológicas, agricultura, mecânica dos solos e um grande número de indústrias, como a metalúrgica, de petróleo, borracha e, ainda, de cerâmica vermelha (Tabela 1.1).

As argilas são as matérias-primas básicas do setor cerâmico e para esta finalidade, podem ser classificadas em dois grupos:

• Cerâmica vermelha - tijolos, telhas, pisos, lajes e material ornamental.
• Cerâmica branca - material sanitário, louça doméstica, azulejos e pastilhas, porcelanas, isolantes térmicos e elétricos. Neste grupo, destaca-se o caulim.

Tabela 1.1: Uso industrial das argilas. Extraído de “Argilas” – Serviço Geológico do Paraná

Borracha e plásticos   Cimento   Minas para lápis   Perfuração de poços   Tecidos

Cerâmica   Inseticidas  Óleos comestíveis  Produtos farmacêuticos  Tintas

Celulose e papel   Metalúrgica  Petróleo  Sabão

Antes do endurecimento irreversível das cerâmicas através do aquecimento, é necessária uma etapa de conformação, que tem por objetivo dar à massa de pó um formato específico. Em geral, é utilizada a prensagem neste processo, pela facilidade de automação e a baixa retração da secagem (devido ao baixo percentual de umidade requerido), permitindo um bom controle dimensional das peças. Uma última etapa seria a esmaltação, que corresponde à aplicação de uma cobertura vitrificada impermeável que, além do aspecto estético, contribui com uma resistência do produto à abrasão.

Quanto a características químicas das argilas, elas são compostas majoritariamente de silicatos, que tem um caráter iônico, mas também covalente em suas ligações. O endurecimento irreversível das argilas ocorre a elevadas temperaturas (cerca de 1000°C ou mais). As seguintes etapas ocorrerão, de acordo com a temperatura:

• Reações de desidratação:

• Eliminação da água higroscópica e de amassamento. São eliminadas até 100 ou 150°C.
• Eliminação da água de constituição: normalmente compõe 4 a 14% da massa e se elimina até 600 ou 850°C

3(Al2O3·2SiO2·2H2O)caulinita → 3Al2O3·2SiO2 mulita + 2SiO2 cristobalita + 6H2O

Nesta etapa, as argilas perdem a plasticidade; a retração aumenta (devido à saída da água, que leva à aproximação das partículas sólidas); a porosidade aumenta (pois o material não tem plasticidade suficiente para preencher os vazios gerados); o peso e a resistência mecânica diminuem (devido ao aumento da porosidade).