Estudo dirigido Eletrocerâmicas

Estudo dirigido Eletrocerâmicas.

Aluno: Matheus Vilche Berlandi

DRE:110128348

Principais aplicações cerâmicas:

• Revestimentos Térmicos.
• Radares.
• Suportes para Catalisores.
• Produtos de Alta Dureza.
• Artesanato

Revestimentos Térmicos.

Cerâmicas resistentes a alta temperatura e com baixa condutividade térmica são utilizadas em revestimentos de barreira térmica em veículos aeroespaciais (para proteger do calor da reentrada do veículo na atmosfera bem como das temperaturas extremas no ambiente espacial) e no desenvolvimento (potencial) de aviões hipersônicos. No caso dos veículos espaciais, há exigência de baixos peso e custo e boa durabilidade, e nestes casos, são utilizados compósitos a base de fibras de sílica (SiO2) e alumina (Al2O3) e compósitos carbono-carbono para regiões mais exigidas termicamente.

Radares

Cerâmicos “ferromagnéticos”/ferrimagnéticos (que possuem magnetização espontânea) do grupo das ferritas são utilizados como materiais absorvedores de radiação eletromagnética, com particular interesse na absorção de ondas na faixa de micro-ondas (usualmente utilizadas em tecnologias de radar).

O princípio por trás desse fenômeno pode ser simplificado da seguinte maneira: quando uma onda eletromagnética incide sobre um material ela pode ser refletida, transmitida (refratada) ou absorvida pelo mesmo. Estes processos são caracterizados em termos da permissividade e permeabilidade do material, que descrevem o acoplamento da componente elétrica e da componente magnética da onda, respectivamente, em que a parte imaginária desses coeficientes estão associadas às perdas de energia por absorção no material. As ferritas são capazes de promover grandes perdas energéticas em radiações na faixa de micro-ondas por possuírem alta resistividade e permeabilidade entre 10-15 (sendo geralmente combinadas com um meio absorvedor dielétrico para maior eficiência).

Suportes para Catalisadores

Com relação a processos heterogêneos de catálise (que requerem um substrato) um dos aspectos essenciais para garantir seu desempenho é a maximização da área disponível para a reação acontecer. Para isso, além de utilizar catalisadores de tamanho nanométrico (usualmente nanopartículas), é comum dispersá-los em suportes porosos de modo a garantir boa distribuição destes e otimização da área disponível para a reação.

Como seu papel principal é servir como suporte físico para os catalisadores, cerâmicos altamente porosos são produzidos (chamados monolíticos), em que o requisito básico é a capacidade de ser processado com alta fração de poros e manter resistência mecânica e térmica para as condições de operação do sistema de catálise, sendo em geral, inertes ao processo reacional que se deseja atuar.

Produtos de Alta Dureza

A alumina é talvez o cerâmico com maior relação custo-benefício entre os cerâmicos avançados. Apresenta dureza elevada, alta resistência a abrasão, estabilidade química em vários tipos de ambientes agressivos, entre outras propriedades, fazendo com que seja vastamente utilizada em diversas áreas. Apresentando, no entanto, baixa tenacidade à fratura e resistência mecânica. A zircônia, por sua vez, apresenta boas propriedades mecânicas, tendo tenacidade à fratura elevada (comparada à dos materiais cerâmicos) por um mecanismo de transformação de fase martensítica induzida pela propagação de trincas no material (da zircônia com estrutura tetragonal para a zircônia com estrutura monoclínica), aumentando assim, sua tenacidade, além de possuir elevada resistência à abrasão e ao desgaste e baixa condutividade térmica e elevada temperatura de fusão, sendo usado também em aplicações refratárias.

Outra área de aplicação das cerâmicas avançadas é na fabricação de ferramentas de corte, em razão da dureza elevada e alta resistência à abrasão dos materiais cerâmicos em comparação com as outras classes de materiais. Além disso, em vista da maioria das aplicações com ferramentas de corte envolverem altas velocidades de operação e consequentemente altas

temperaturas de trabalho, é desejável que, além da dureza e alta resistência à abrasão e ao desgaste, o material possua boa condutividade térmica.

As ferramentas de corte a base de cerâmicos são produzidos a partir de material particulado, prensado no formato desejado e sinterizado, de maneira a reduzir a porosidade, densificar e aumentar a resistência do cerâmico. Em alguns casos, são submetidos também a tratamento superficial de modo a reduzir, ao máximo, a densidade de defeitos na estrutura. Materiais tipicamente usados para aplicação em ferramentas de corte são majoritariamente carbetos, nitretos e boretos (ex: Si3N4, SiC, B4C), sendo também utilizados alumina e diamante.

Além do uso na forma de pastilhas de corte sinterizadas, essas ferramentas podem também ser produzidas na forma de compósitos em que as partículas cerâmicas são dispersas em uma matriz (cerâmica ou metálica) de modo a produzir ferramentas de maior tenacidade e mais baratas, como é usualmente o caso das ferramentas que utilizam diamantes sintéticos (apesar de ser utilizado em algumas aplicações na forma sinterizada).

Artesanato

Uma das aplicações mais tradicionais de materiais cerâmicos, dentre os primeiros materiais trabalhados pelo ser humano desde tempos pré-históricos, é na confecção de vasilhames e recipientes para armazenamento de alimento, água e como receptáculo de plantas ornamentais. Para isso eram e são utilizados, ainda hoje, cerâmicos da classe das argilas. Estes materiais são compostos de minerais (da família dos silicatos) com estrutura granular que adquirem caráter plástico na presença de determinado teor de água, sendo possível moldá-lo facilmente de modo que este adquira a forma de interesse. Posteriormente, com a secagem do cerâmico ou exposição ao fogo, endurecem.

Variações na composição das argilas receberam, ao longo dos anos, diferentes nomenclaturas, dando origem às cerâmicas brancas, porcelana, cerâmicas vermelhas, grés, entre outros, no entanto  baseiam-se no mesmo princípio. É importante ressaltar que, apesar de pouca utilidade técnica na sociedade atual, essas cerâmicas tiveram grande importância no desenvolvimento da humanidade (na arte e especialmente no desenvolvimento de sua capacidade de transformar os materiais disponíveis na natureza) e atualmente é usada majoritariamente na produção de produtos de baixo valor agregado e alta produção, como materiais para construção civil e artigos para o lar (tijolos, azulejos, vasos sanitários...) e em artigos de arte (porcelanas finas, vasos ornamentais, entre outros), representando em torno de 75% do mercado de materiais cerâmicos.