Relatório Processos Inorgânicos Experimental

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Escola de Química - DPI - Processos Inorgânicos Experimental - Fabiana da Fonseca

Cerâmica

Conformação e avaliação de corpos cerâmicos por prensagem

Grupo 1:

Camila Carreira Marcos Gusmão Rosana Santos

Rio de Janeiro, 03 de setembro de 2021

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO        2

MATERIAIS        5

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL        5

DADOS        7

RESULTADOS E DISCUSSÕES        12

CONCLUSÃO        19

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        19

1. INTRODUÇÃO

Há muito tempo presente no cotidiano das pessoas está a cerâmica, muito utilizada pelo homem, desde o período neolítico, devido ao seu método simples de produção e vasta aplicação no dia a dia. Os materiais cerâmicos abrangem uma grande variedade de substâncias naturais e sintéticas, como tijolos, revestimentos, pedras, refratários para altas temperaturas e muitos outros.

A cerâmica é a pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e cozimento de argilas ou misturas argilosas, podendo ser utilizados em secagem e cozimento de argilas ou misturas argilosas e que pode ser utilizada em prospecções geológicas, agricultura, mecânica dos solos e em diversas indústrias como metalúrgica, petróleo, entre outros.

A argila, por sua vez, é uma fração do solo e adquire plasticidade em contato com a água. Nas argilas, se encontram minerais, conhecidos como argilominerais, e outros materiais como sais solúveis, mica, pirita, quartzo, calcita e matéria orgânica. A composição das argilas varia de acordo com a jazida onde é retirada, ou seja, do local da formação 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 cor vermelha desses produtos.

Voltando aos materiais cerâmicos e, de forma a compreendê-los melhor, eles são divididos em dois grupos básicos: as cerâmicas tradicionais e as cerâmicas avançadas. As tradicionais compreendem todos os materiais cerâmicos fabricados a partir de matérias-primas que são encontrados na natureza, como argilas, cerâmicas vermelhas e cerâmicas brancas, entre outros. Já as avançadas, também conhecidas como cerâmicas de alta tecnologia, são diferentes das tradicionais devido a um controle mais rígido dos materiais então empregados e das suas etapas de processamento, o que influencia as propriedades e microestrutura do material. As cerâmicas avançadas são compostas por materiais sintéticos de alto grau de pureza, como óxido de alumínio (Al2O3), carboneto de silício (SiC), nitreto de silício (Si3N4), óxido de zircônio (ZrO2), entre outros, preparados por métodos mais elaborados, envolvendo processos controlados e melhor entendimento a nível microscópico (Van Vlack, 1973).

As características principais dos materiais cerâmicos são a sua alta dureza, inércia química e resistência a altas temperaturas. No geral, esses materiais se comportam como bons isolantes elétricos, isolantes térmicos, tem boa resistência à abrasão, porém baixa tenacidade e ductilidade.

Para fabricar as peças cerâmicas, geralmente parte-se de um pó, o qual é conformado, por

diferentes métodos, a fim de se obter a forma desejada. Durante essa etapa do processo, o corpo está fracamente consolidado e é muito frágil, chamado de corpo verde. A etapa de conformação tem como objetivo dar à massa de pó uma forma específica, corpo verde, conferindo a ele resistência mecânica suficiente para o seu manuseio nas próximas etapas.

O método de conformação normalmente utilizado é a prensagem. A prensagem, por sua vez, é uma operação de conformação baseada na compactação de um pó granulado, massa, contido no interior de uma matriz rígida ou de um molde flexível, através da aplicação de pressão. A operação compreende três etapas, ou fases:

1. Preenchimento da cavidade do molde;
2. Compactação da massa;
3. Extração da peça.

Esse procedimento, com três etapas, é o mais utilizado pela indústria cerâmica, graças à sua elevada produtividade, facilidade de automação e capacidade de produzir peças de tamanhos e formas variadas, sem contração de secagem e com baixa tolerância dimensional. Existem duas modalidades distintas de prensagem, a uniaxial e a isostática. Na primeira, a compactação do pó se realiza em uma matriz rígida, por aplicação de pressão na direção axial, através de punções rígidas. Na prensagem isostática, a compactação do pó se dá no interior de um molde flexível, sobre o qual atua um fluido pressurizado, este procedimento assegura uma distribuição homogênea da pressão sobre a superfície do molde.

Depois dessa primeira etapa, ocorre um tratamento térmico a altas temperaturas, sinterização, e a consequente consolidação das partículas em pó, com redução ou eliminação de porosidade, dando origem à microestrutura do material, definindo, então, suas dimensões e propriedades finais. A esmaltação corresponde à aplicação de uma cobertura vitrificada impermeável que, além do aspecto estético, deve conferir ao produto uma determinada resistência à abrasão.

Durante o aquecimento das argilas, diferentes reações termoquímicas ocorrem e a sequência de transição de fase e a composição das fases dependem do tipo e composição das argilas.

REAÇÕES TERMOQUÍMICAS E TERMOFÍSICAS DE ARGILAS

As argilas, ao endurecerem, seguem uma série de etapas subsequente de acordo com a temperatura. Sendo assim, temos:

• Reações de desidratação:

• Eliminação de água higroscópica e de amassamento: na maioria dos casos, são eliminados até 100°C, já as montmorinolitas, um argilomineral, podem retê-la até 150ºC, ocluída.
• Eliminação da água de constituição:

3(𝐴𝑙2. 𝑂3. 2𝑆𝑖𝑂2. 2𝐻2𝑂)𝑐𝑎𝑢𝑙𝑖𝑛𝑖𝑡𝑎 → 3𝐴𝑙2𝑂3. 2𝑆𝑖𝑂2𝑚𝑢𝑙𝑖𝑡𝑎 + 4𝑆𝑖𝑂2𝑐𝑖𝑠𝑡𝑜𝑏𝑎𝑙𝑖𝑡𝑎 + 6𝐻2𝑂

Normalmente, ela compõe de 4 a 14% da massa e se elimina até 600°C, podendo chegar em até 850ºC). Neste ponto, as argilas acabam perdendo plasticidade, a retração aumenta graças a aproximação das partículas sólidas que são menores devido à saída da água. Além disso, a porosidade aumenta porque o material não é tão plástico para preencher os vazios gerados, o peso diminui e a resistência mecânica também, devido os poros e tensões que aparecem no material.