Os Processos de Materiais Cerâmicos
Por: Bruna Duca • 13/8/2019 • Relatório de pesquisa • 3.298 Palavras (14 Páginas) • 505 Visualizações
Relatório referente a atividades desenvolvidas no laboratório de processamento de materiais cerâmicos.
- Introdução
Os materiais cerâmicos estão presentes em diversas aplicações do cotidiano, desde aplicações farmacêuticas ou cosméticas até na construção civil. Tais materiais são produzidos através de misturas de matérias primas. Estas podem ser naturais, quando extraídas do meio ambiente e atingem seu estado ideal de utilização apenas com operações unitárias ou sintéticas que são obtidas através de processamento ou reação química. A seleção da matéria prima deve observar o teor de sílica, temperatura de queima da mistura, quantidade de fundentes e material orgânico e o processo de conformação a ser empregado.
Basicamente o processamento de materiais cerâmicos envolve quatro etapas: preparação da matéria prima, conformação, tratamento térmico e acabamento. O processo de conformação e seus equipamentos são selecionados de acordo com o tipo de massa cerâmica. Massas semissecas, por exemplo são utilizadas para produtos prensados, em contrapartida massas plásticas são utilizadas no processamento de produtos extrudados. Cada uma delas tem suas propriedades e características que permitem tais processamentos. Estes dois processos foram executados nas aulas de laboratório de processamento de materiais cerâmicos e os resultados das análises e caracterizações realizadas serão discutidos neste relatório.
- Processamento
1.2.1 Prensagem
O processo de prensagem tem o objetivo de promover maior empacotamento das partículas aumentado a densidade, por meio de aplicação de pressão. Este processamento tem três etapas básicas, preenchimento do molde, compactação e extração. Na etapa de preenchimento do molde é feita a dosagem do material a ser colocado na prensagem. O tamanho das partículas e a homogeneidade do material é de extrema importância. Quanto maior tamanho da partícula menor será a densidade de empacotamento. A homogeneidade está relacionada a problemas de dispersão que interferem nas propriedades mecânicas do produto acabado.
Na etapa de compactação a efetiva aplicação de tensão compressiva provoca a redução da porosidade, a quebra de agregados frágeis e a maximização do contato entre as partículas. Este processo envolve três estágios, o empacotamento de grânulos e rearranjo, deformação dos grânulos e por último a densificação dos grânulos. O método de aplicação da força define o tipo de prensagem, que pode ser isostática ou unixial. Na prensagem isostática a pressão é aplicada com igual intensidade em todos os sentidos, promovendo deformação uniforme em toda geometria. A prensagem uniaxial consiste na aplicação da pressão em um único eixo, podendo ser de ação simples ou dupla. Nas atividades que serão descritas neste relatório foi utilizado o processo de prensagem uniaxial de ação simples.
1.1.2 Extrusão
O processo de extrusão consiste em compactar uma massa plástica e força-la através de uma matriz com a geometria adequada ao material a ser produzido. O transporte da massa cerâmica é feito por um parafuso sem fim acoplado ao eixo de um motor. Este processo possui quatro etapas, preparação da matéria prima, alimentação, plastificação e corte. A massa cerâmica para este tipo de processo deve ser uma massa plástica, assim na etapa de preparação da matéria prima é feito um ajuste na umidade da massa até que seja atingida a umidade de plasticidade.
Na plastificação ocorrem esforços mecânicos de compressão e cisalhamento que plastificam a massa cerâmica. O teor de agua adicionado influencia no nível de plasticidade alcançado, sendo especifico para cada argila.
Como é um processo continuo, se faz necessária a etapa de corte nas dimensões adequadas ao produto acabado desejado.
1.1.3 Tratamento térmico
Nos materiais cerâmicos o tratamento térmico é a processo que ocorre a mudança das propriedades mecânicas. O produto deixa de ser “verde”. Este processo pode ser dividido em secagem, queima e sinterização.
A secagem visa a remoção da água não constitucional, a agua que foi adicionada ou naturalmente absorvida como auxiliar no processo de conformação. O fenômeno que acontece neste processo é o de difusão das moléculas de agua para a superfície onde ocorre a evaporação. No início as partículas estão separadas por uma película de agua, à medida que a agua é removida esta distância diminui, evidenciando a contração do material. Se a secagem não ocorrer de forma uniforme pode ocorrer empenamento do produto acabado.
No processo de queima, as temperaturas estão entre 800° e 1400°C, a depender da composição da argila ou propriedades desejadas. Na queima acontece o processo de vitrificação, que consiste na formação gradual de um vidro liquido que flui para o interior da peça preenchendo parte do volume dos poros existentes no produto. O processo de vitrificação começa pela fusão dos fundentes que são responsáveis por abaixar a temperatura de formação da fase liquida. Neste tratamento térmico a contração ocorre em função da redução dos poros.
A sinterização, é por sua vez, um processo termodinâmico de não equilíbrio no qual um sistema de partículas não compactadas adquiri uma estrutura sólida coerente através da redução da área superficial especifica que gera densificação, contração volumétrica e melhores propriedades mecânicas.
Para os corpos de prova confeccionados para a elaboração deste relatório, foram feitos os processos de secagem à 110°C e de queima à 800° e 1000°C.
- Resultados e discussões
2.1 Caracterizações da matéria prima
Umidade de recepção e granulometria
- Prensagem
- Extrusão
2.3.1 - Preparo da matéria prima
A argila utilizada foi a argila marrom original do interior de São Paulo. A umidade de recepção foi calculada onde chegou-se a conclusão que não era necessário o ajuste de umidade para que a massa passasse pelo processamento. A umidade costuma ser ajustada para que a plasticidade da massa seja ideal para o processo de extrusão.
- - Umidade de plasticidade
Massa da argila plástica (g) | Massa da argila seca (g) | UP |
- Processamento
A massa plástica é inserida na extrusora, onde é compactada e forçada por um pistão ou eixo helicoidal, através de uma matriz onde irá adquirir a forma requerida neste caso de paralelepípedo retangular. em seguida, sendo um processo continuo essa coluna é cortada, obtendo-se os corpos de prova na forma desejada. Na tabela 1 estão presentes as dimensões dos corpos crus obtidos após processamento.
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