Resumo Materiais Cerâmicos

RESUMO CERÂMICAS

As propriedades desejáveis das cerâmicas são obtidas através de tratamentos térmicas a alta temperatura, conhecido por ignição.

As ligações iônicas nos materiais cerâmicos variam deste totalmente iônica até puramente covalente. Podendo apresentar caráter iônico e covalente junto. O caráter iônico depende da diferença de eletronegatividade entre os átomos, quanto maior, maior o caráter iônico.

ESTRUTURA CRISTALINA

Para materiais cerâmicos com ligação puramente iônica, a estrutura é considerada como sendo composta por dois íons, os cátions e os ânions. Os íons metálicos, cátions, doam elétrons, quanto os íons não-metálicos, os ânions, recebem elétrons. Os cátions são menores que os ânions.

Duas características dos íons componentes influenciam na estrutura cristalina:

• A magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes: O cristal deve ser eletricamente neutro, todas as cargas positivas devem estar contrabalançadas por um número igual de cargas negativas.
• Tamanho relativo dos cátions e dos ânions: Estruturas cristalinas estáveis se formar quando todos os ânions mais próximos aos cátions estão em contato com esse cátion.

Obs. O nível do caráter iônico é depende da eletronegatividade dos átomos.

Obs. O número de coordenação dos materiais cerâmicos é relativo, tomando o cátion como referência, o número de coordenação do cátion é o número de ânions mais próximo. Da mesma maneira, tomando o ânion como referência, o número de coordenação do ânion é o número de cátions mais próximos. Aqui tomaremos sempre o número de coordenação do cátion como referência.

Para cada intervalo da razão Rc/Ra existe um número de coordenação do cátion que determina a geometria de disposição dos ânions.

Número de coordenação do cátion	Razão entre Cátions e Ânions	Geometria de coordenação do ânion
2	<0,155	Linear
3	0,155 – 0,225	Triangulo equilátero planar
4	0,225 – 0,414	Tetraedro
6	0,414 – 0,732	Octaedro
8	0,732 – 1,0	Cubo

Estrutura cristalina do tipo AX

A estrutura cristalina AX é uma representação da composição dos materiais cerâmicos que possuem o número de cátions e de ânions iguais. Por exemplo: NaCl (sal gema), CsCl, ZnS (Blenda de zinco ou esfarelita).

Estrutura cristalina do tipo AmXp

Quando o número de cátions e ânions não são iguais, o composto é representado pela fórmula AmXp. Por exemplo: O composto cerâmico CaF2 (A1X2, m=1 e p=2).

Estrutura Cristalina do tipo AmBnXp

Nesse caso o material cerâmico possui dois tipos de cátions, A e B, e um ânion, X. Por exemplo: O composto cerâmico BaTiO3 (Titanato de Bário ou perovskita), os cátions são o Ba2+ e Ti4+ e o ânion o O2- (m=1, n=1 e p=3).

Formação de Estrutura Cristalina por compactação de planos

Assim como nos metais, onde a estrutura cristalina (CFC e HC) pode ser formada a partir do empilhamento do planos mais densamente empacotados. Nos materiais cerâmicos, várias estruturas cristalinas também podem ser consideradas como sendo formada pela compactação dos planos mais densos.

Conforme ocorre o empilhamento dos planos formado pelos ânions, que são maiores, são criados interstícios onde os cátions vão se alojando. A partir dessa compactação, é possível formar dois tipos de sítios intersticiais chamados de posição tetraédrica e outro de posição octaédrica, com número de coordenação 4 e 6 respectivamente.

Obs. para cada esfera de ânion existirão uma posição octaédrica e duas posições tetraédricas. Essa definição é muito importante para determinar a fração intersticial de sítios ocupados.

Estruturas cristalinas com geometria de coordenação tetraédrica e octaédrica, dependem de dois fatores:

• Empilhamento dos planos densamento compactados pelos ânions, que de acordo com a sequencia de empilhamento podem se arranjar de duas formas, CFC ou HC.
• A maneira que os sítios intersticiais estão ocupados pelos cátions.

Determinação da estrutura cristalina

1. O número de coordenação do cátion diz respeito a compactação dos planos densos de anions.
   4, 6 – CFC
   8 – CS

1. O número de coordenação do anions diz respeito a geometria de organização dentro da célula unitária.
   4 – Tetraédrica
   6 – Octaédrica
   8 – Cúbica Simples

Observação Importante. Na determinação do número de coordenação do cátion ou do ânion, facilita pensar como se fosse linhas tracejadas que saem do cátion ou do ânion e chegam aos ânions ou cátions.

Obs. Essa forma de classificar a geometria do cátion e do ânion tem suas razões, muitas vezes é mais simples trabalhar em função da geometria de organização dos cátions do que em termos de sua célula unitária. Por exemplo, torna se muito mais prático usar vários arranjos de tetraedros comporto por SIO-4 do caracterizar sua célula unitária.

Cálculo da densidade da cerâmica

Assim como para os metais, o cálculo da densidade para materiais cerâmicos é semelhante. A única ressalva é que para calcular sua densidade deve ser levado em consideração soma dos. pesos atômicos de cátions e ânions e sua quantidade na célula.

ρ = n’(ΣAC + ΣAA)

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        Vc NA

Cerâmicas a base de silicato – SiO44+

Os silicatos são compostos principalmente por silício e oxigênio. Os silicatos não são considerados iônicos pois as ligações entre seus a átomos possuem alto caráter covalente, o que torna as ligações direcionais e relativamente fortes.