Ceramicas E Polimeros

Cerâmicas

A palavra Cerâmica provém do grego Keramos que significa “coisa queimada” e, de acordo com esse povo a cerâmica é uma combinação perfeita do que os gregos consideravam os quatro elementos que constituíam o mundo – água, terra, fogo e ar.

• Tipo de Ligação

A maioria dos materiais cerâmicos é composta entre elementos metálicos e não-metálicos, para os quais as ligações interatômicas são ou totalmente iônicas ou predominantemente iônicas, mas tendo algum caráter covalente. São menos densos que a maioria dos metais e suas ligas.

• Estruturas Cerâmicas

Visto que a ligação atômica em materiais cerâmicos é iônica ou parcialmente iônica, a maioria das estruturas cerâmicas pode ser pensada como sendo composta de íons eletricamente carregados – cátions e ânions – em vez de átomos. Suas estruturas cristalinas são geralmente mais complexas do que aquelas de metais, uma vez que são formadas por, no mínimo, dois elementos.

• Estruturas Cristalinas

A magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes e os tamanhos relativos dos cátions e ânions são fatores determinantes na estrutura cristalina dos materiais cerâmicos. Assim, o cristal deve ser eletricamente neutro, ou seja, o número de cargas positivas igual ao número de cargas negativas. E, analisando a influência dos raios atômicos na estrutura cristalina, têm-se estruturas estáveis quando um número máximo de cátions possui um número máximo de ânions como vizinhos, e vice-versa;

• Comportamento Mecânico

Uma grande desvantagem na utilização das cerâmicas reside á propensão à fratura repentina de tipo de material sem necessidade de aplicação de muita energia.

 Fratura Frágil das Cerâmicas

Cerâmicas cristalinas e não-cristalinas, à temperatura ambiente, na maior parte dos casos possuem altíssimo módulo de elasticidade, ou seja, são materiais frágeis; logo, sofrem fraturas antes que qualquer deformação plástica possa ocorrer em resposta a uma carga de tração aplicada.

O processo de fratura frágil consiste da formação e propagação de trincas através da seção reta de material numa direção perpendicular à carga aplicada. O crescimento de trincas em cerâmicas cristalinas ocorre usualmente através dos grãos e ao longo de planos cristalográficos específicos. Concomitantemente ao mecanismo inicial de fratura, um processo de corrosão sob tensão muitas vezes é observado nas pontas das trincas; isto é , a combinação de uma tensão de tração aplicada e dissolução de material conduz a um afilamento e a um alongamento das trincas até que, por fim, uma trinca cresce até um tamanho de rápida propagação. Além disso, a duração da aplicação da tensão que precede a fratura decresce com o aumento da tensão.

Vidros de silicato, porcelanas, cimento portland, cerâmicas com altos teores de alumina, titanato de bário e nitreto de silício são especialmente suscetíveis a este tipo de fratura. Fractografia consiste num método de análise de possíveis causas de fraturas em uma cerâmica; para, então, se tomar medidas para atenuar a possibilidade de acorrer fraturas e, logo, acidentes. Esse tipo de análise é conduzido no caminho de propagação da trinca e pode ser feito, na maior parte das vezes, utilizando-se equipamentos simples e baratos como lentes de aumento ou microscópios ópticos de baixa potência associado a fontes de luz. Quando há a ocorrência de uma fratura e sua propagação, a trinca formada nesse processo interage com a microestrutura do material; essas interações produzem características distintas na superfície da fratura. Além disso, essas características fornecem informações importantes sobre onde a trinca se iniciou e a fonte do efeito que a produziu. Adicionalmente, a medição da tensão que produziu a fratura pode ser útil, servindo como indicativo da fragilidade da peça cerâmica.

 Comportamento Tensão-Deformação

Para se avaliar o comportamento tensão-deformação de materiais cerâmicos é empregado um ensaio de flexão transversal, no qual uma amostra em forma de haste tendo uma seção circular ou retangular é dobrada até à fratura usando uma técnica de carregamento de 3 ou 4 pontos.

 Mecanismos de Deformação Plástica

Apesar de, na temperatura ambiente, as cerâmicas sofrerem fratura antes de se deformar plasticamente, vale analisar a diferença entre a deformação plástica em compostos cerâmicos cristalinos e não-cristalinos. Cerâmicas cristalinas são conhecidamente duras e frágeis, devido à dificuldade de sua estrutura de escorregamento (estrutura rígida). Esta é uma conseqüência da natureza eletricamente carregada dos íons. Para escorregamento em algumas direções, íons de carga similar são colocados muito próximos entre si; o que restringe o escorregamento da estrutura cristalina devido a repulsão eletrostática. Em estruturas cerâmicas de caráter covalente o escorregamento também é limitado, pois se tratam de ligações muito fortes. Já os materiais cerâmicos não-cristalinos se deformam por escoamento viscoso, da mesma forma na qual os líquidos se deformam; a taxa de deformação é proporcional à tensão aplicada. Em resposta a uma tensão cisalhante aplicada, átomos ou íons se deslizam uns sobre os outros quebrando e recompondo ligações interatômicas. Contudo, esses compostos possuem valores de viscosidade extremamente altos à temperatura ambiente, que são atribuídas às forte ligações. À medida que a temperatura é elevada, a magnitude da ligação é diminuída, o movimento de deslizamento ou fluxo dos átomos ou íons é facilitado e, consequentemente, existe uma acompanhante queda na viscosidade.

 Dureza

Os materiais mais duros conhecidos são os cerâmicos. Consequentemente, estes são empregados quando uma ação abrasiva ou moedora é requerida. A tabela abaixo discrimina materiais cerâmicos e seus respectivos valores de dureza medidos de acordo com a dureza Knoop.

Material Dureza em Knoop

Carbeto de Boro (B4C) 2800

Carbeto de Silício (SiC) 2500

Carbeto de Tungstênio (WC) 2100

Óxido de Alumínio (Al2O3) 2100

Quartzo (SiO2) 800

Vidro 550

Polímeros

Os