Aula 01: Apresentação da Disciplina e Introdução

Prof. Dr. André Luiz Molisani

Curso de Engenharia de Materiais

e-mail: fsa.molisani@gmail.com

2015 1

APRESENTAÇÃO

DA DISCIPLINA

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CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO

• A disciplina será avaliada por meio de provas bimestrais (P1 a P4), atividades

semestrais (A1 e A2) e o exame final (EX).

• As médias semestrais (MS) serão calculadas da seguinte maneira:

• Média parcial (MP) será calculada da seguinte maneira:

• Média final (MF) será calculada da seguinte maneira:

• A prova substitutiva (PSUB) será aplicada somente para aquele(a) que

perdeu uma das provas bimestrais.

𝐌𝟏𝐒 = 𝟎, 𝟖𝐱𝐏𝟏 + 𝐏𝟐

𝟐+ 𝟎, 𝟐𝐱𝐀𝟏

𝐌𝟐𝐒 = 𝟎, 𝟖𝐱𝐏𝟑 + 𝐏𝟒

𝟐+ 𝟎, 𝟐𝐱𝐀𝟐

𝐌𝐏 =𝐌𝟏𝐬 +𝐌𝟐𝐒

𝟐

MP 5,0 e frequência 75% – Aprovado.

3,0 ≤ MP < 5,0 – Direito a fazer o exame final

(prova com toda a matéria do ano letivo).

𝐌𝐅 =𝐌𝐏 + 𝐄𝐗

𝟐 MF 5,0 e frequência 75% – Aprovado.

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CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO

Nota 1: as atividades são trabalhos que complementam alguns dos temas abordados

nas aulas, sendo apresentadas na forma escrita e/ou na forma de palestra.

A1 – aplicada no 1º semestre.

A2 – aplicada no 2º semestre.

Nota 2: os temas das atividades serão propostos no decorrer do curso, bem como os

procedimentos para elaboração dos referidos trabalhos.

Nota 3: nota zero será atribuída aos trabalhos com abundância de erros de ortografia

e formatação de texto, bem como a reprodução (cópia) de livros e/ou textos

eletrônicos em geral. A mesma nota se aplica ao trabalhos que não

seguirem os procedimentos previamente estabelecidos.

Nota 4: A prova substitutiva poderá envolver toda a matéria ministrada ao longo do

ano letivo ou apenas abordar assuntos relacionados com a prova que não

foi realizada pelo aluno. Isto será defino pelo professor na época em que será realizada a prova.

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EMENTA

Métodos de síntese de cerâmicas avançadas;

Caracterização de cerâmicas avançadas;

Mecanismos de estabilização de suspensões de

cerâmicas avançadas;

Métodos de conformação de cerâmicas avançadas;

Comparação entre os métodos de conformação

aplicados as cerâmicas tradicionais e avançadas;

Processo de sinterização de pós cerâmicos.

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BIBLIOGRAFIA

Adamnson, A; Gast, A. Physical chemistry of surfaces. New York: John Wiley & Sons,

1997.

Kingery, W.D.; Bowen, H. K.; Uhlmann, D.R. Introduction to ceramics. 2nd ed. New

York: Wiley, c1976. (Wiley Series on the Science and Technology).

Reed, J.S. Principles of ceramics processing. 2.ed. New York: John Wiley, c1995.

Barsoum, M.W. Fundamentals of ceramics. New York: Taylor/ Francis, 2003.

Rahaman, M.N. Ceramic processing and sintering, 2ed. New York: Marcel Dekker,

1995.

Carter, C.B; Norton, M.G. Ceramic materials: science and engineering, Springer

Science Business Media, 2007.

Heimann, R.B. Classic and advanced ceramics: from fundamentals to applications,

Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010.

Richerson, D.W. The magic of ceramics, Westerville: The American Ceramic Society,

2000.

Ring, T.A. Fundamentals of ceramic powder processing and synthesis, Academic Press,

1996.

German, R.M. Sintering theory and practice. John Wiley & Sons, Inc., 1996.

Boch, P.; Niepce, J.-C. Ceramic materials: processes, properties and applications,

ISTE Ltd., 2007. 6

INTRODUÇÃO

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DEFINIÇÃO DE CERÂMICA

Cerâmicas podem ser definidas como compostos

sólidos que são formados pela aplicação de calor, e

algumas vezes calor e pressão, consistindo de pelo

menos dois elementos, sendo que um deles é um não

metal. Os demais elementos podem ser metais ou não

metais. (Barsoum, 2003)

Os materiais cerâmicos são inorgânicos e não

metálicos, sendo a grande maioria constituída por uma

combinação de elementos metálicos e não metálicos,

cujas ligações atômicas variam de puramente iônicas

para totalmente covalentes. (Callister, 2001)

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EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS

BC AC

(Richerson, 2000)

Art

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Arg

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CERÂMICAS TRADICIONAIS

Materiais de Origem Mineral

Argilominerais são geralmente

cristalinos e constituídos por

silicatos de alumínio hidrato,

contendo em certos tipos outros

elementos como Mg, Fe, Ca, Na,

K e outros.

Argila é uma rocha finamente

dividida, constituída essencialmente

por argilominerais, podendo conter

minerais que não são considerados

argilominerais (CaCO3, SiO2 e

outros), matéria orgânica e outras

impurezas. 10

CERÂMICAS TRADICIONAIS

Classificação de cerâmicas à base de Silicatos.

(Heimann, 2010)

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CERÂMICAS AVANÇADAS OU TÉCNICAS

Relação entre diferentes materiais. Nível 1 (Metais, Polímeros e Cerâmicas),

Nível 2 (Cerâmicas hidráulicas, Vidros e Cerâmicas “Estrito Senso”), Nível 3

(Cerâmicas Óxidas Avançadas, Cerâmicas Não Óxidas Avançadas e Cerâmicas

Clássicas de Silicatos).

(Heimann, 2010)

(gesso)

(cimento)

(cal)

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CERÂMICAS AVANÇADAS OU TÉCNICAS

Classificação de cerâmicas técnicas.

(Heimann, 2010)

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CERÂMICAS AVANÇADAS OU TÉCNICAS

Materiais Sintéticos

Caracterizados por apresentar elevada pureza;

Exemplos:

Óxidos simples (Al2O3, ZrO2, Y2O3);

Compostos óxidos (Pb(Ti,Zr)O3, BaTiO3, MgAl2O4);

Silicatos (Al6Si2O13, ZrSiO4, Mg2Al4Si5O18);

Silicetos (MoSi2, WSi2, NiSi);

Carbetos (SiC, TiC, B4C);

Nitretos (Si3N4, AlN, TiN);

Oxinitretos (Al23O27N5, Si6-xAlxOxN8-x);

Boretos (AlB2, TiB2, MgB2).

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CERÂMICA AVANÇADA X CERÂMICA TRADICIONAL

Comparativo entre cerâmica avançada e tradicional

Cerâmica Matéria-Prima Estrutura Propriedades Aplicações

Avançada Produtos químicos industriais

Homogênea Densa

Elétrica Magnética Ótica Mecânica Térmica Química Nuclear Biológica Estética

Produtos funcionais

Tradicional (silicatos)

Naturais Minerais industriais

Heterogênea Porosa

Mecânica Estética

Materiais de construção Produtos domésticos

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CERÂMICA AVANÇADA X CERÂMICA TRADICIONAL

(Carter; Norton, 2007)

Conformação

Cerâmica Avançada Cerâmica Tradicional Processamento

Colagem (Slip casting) Colagem de fita (Tape casting) Prensagem uniaxial Prensagem isostática Extrusão Moldagem por injeção

Colagem (Slip Casting) Extrusão

Sinterização Forno (gás ou elétrico) Prensagem à quente Plasma

Forno (gás ou elétrico)

Acabamento Usinagem Revestimento (Coating)

Usinagem Vitrificação (Glazing)

Diferenças de processamento entre cerâmicas avançadas e tradicionais

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CERÂMICAS AVANÇADAS

(Reed, 1995)

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CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS

ALUMINA

NITRETO

DE SILÍCIO

CARBETO

DE SILÍCIO

ALUMINA

NITRETO

DE SILÍCIO

CARBETO

DE SILÍCIO

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CERÂMICAS AVANÇADAS: FERRAMENTAS DE CORTE

Si3N4

Metal Cerâmica

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CERÂMICAS AVANÇADAS: ETRÔNICA, ELÉTRICA E MAGNÉTICA

Substratos de CI´s

Lâminas de Silício

Isoladores Elétricos Capacitores

Cerâmicas piezelétricas

Cerâmicas Magnéticas Smart Skis

Material piezelétrico

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20

BIOCERÂMICAS

Prótese Dentária

Prótese total de Quadril Prótese de joelho 21

CERÂMICAS AVANÇADAS: INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA

Catalizador

Figure 9- 18. Positioning pins used in robotic welding

operations, fabricated from silicon nitride ceramic. 22

Utensílios sanitários

CERÂMICAS TRADICIONAIS

Utensílios Domésticos

Revestimentos Telhas e Tijolos

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Composição

Química

Microestrutura Propriedades

Processo de

Fabricação Intrínseca

(Rahaman, 1995)

RELAÇÕES IMPORTANTES NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICAS

24

EFEITO DA MICROESTRUTURA NAS PROPRIEDADES

(Carter; Norton, 2007) 25

FIM

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