Ciências e Tecnologia dos Materiais

Ciências e Tecnologia dos MateriaisAula 6 – Materiais Cerâmicos

Prof. Felipe Ferrucio

Materiais Cerâmicos

• Definição:

• Chama-se cerâmica à pedra artificial obtida pela moldagem,secagem e cozedura de argilas ou misturas contendo argilas. Emcertos casos, pode ser suprimida alguma das etapas citadas, masa matéria-prima é a argila. Nos materiais cerâmicos a argila ficaaglutinada por uma pequena quantidade de vidro que surge pelaação do calor de cocção sobre os componentes da argila.

• Possuem grande durabilidade (alta temperatura de fusão). Sãoisolantes térmicos e elétricos. São duros, mas frágeis.


• As Argilas

• Definição

• Materiais terrosos que quando misturados com a agua apresentamalta plasticidade. Constituídas de partículas cristalinas extremamentepequenas formadas por um número estrito de substâncias: os argilo-minerais (uma argila pode ser constituída por um ou mais argilo-minerais).

• As argilas são compostas por partículas coloidais de Ø<0,005mm,com alta plasticidade quando úmidas e que, quando secas, formamtorrões dificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. (ABNT)

• Tipos de depósitos de argila:• Na superfície das rochas, como resultado da decomposição

superficial das mesmas;• Nos veios e trincas das rochas;• Nas camadas sedimentares, onde foram depositadas por ventos e

chuvas;

• Argilas Residuais: Encontradas no local onde se originaram.• Caulins (primários) ricos em quartzo, mica e feldspato.

• Cerâmica Branca

• Argilas Sedimentares: Depósito fica longe da rocha de origem, foitransportada: pela água (estratificada) ou pelo vento (nãoestratificada mas porosa). Mais rica em argilo-minerais e menos ricaem quartzo e restos da rocha de origem.• Caulins (secundários)

• Cerâmica Vermelha


• Tipos de Argila

• Argilas de cor de cozimento branca: Caulins e argilas plásticas;

• Argilas refratárias: Caulins, argilas aglomerantes aluminosas;

• Argilas para a produção de grés;

• Argilas para materiais cerâmicos estruturais, amarelas ou vermelhas;

• Classificação conforme a maior ou menor quantidade de colóides:

• Argilas Gordas: plásticas, se deformam muito no cozimento (argilo-minerais ricos em alumina);

• Argilas Magras: mais porosas e frágeis (argilo-minerais ricos me sílica).


• Componentes das Argilas:

• Caulim

• É a argila com amplo predominância da caulinita, pó branco que é amatéria-prima da porcelana. A caulinita é a forma mais pura deargilo-minerais. Conforme sua pureza, é usada para porcelana,louças, azulejos, refratários e outros materiais.

• Quando umedecida é muito plástica. Ao secar apresenta altaretração.

• Óxido de ferro

• Mistura-se geralmente com a caulinita e dá a cor vermelha ouamarelada da maioria das argilas. Em outros casos forma pintas oumanchas.

• Reduz a plasticidade e a propriedade de ser refratária.


• Componentes das argilas:

• Sílica livre (areia)

• Reduz a plasticidade e o trincamento, mas também diminui a retração e facilita a secagem. Diminui a resistência mecânica mas o pouco que funde no cozimento é que dá o vidrado endurecedor.

• Aumenta a brancura.

• Alumina livre (óxido de alumínio)

• Reduz a plasticidade e a resistência mecânica, mas também reduz as deformações.

• Aumenta a refratariedade.

• Feldspatos (fundentes)

• Diminuem a plasticidade e o ponto de fusão;

• Aumentam a massa específica, resistência e impermeabilidade.


• Componentes das argilas:

• Compostos cálcicos (sais solúveis)

• Dão eflorescências de mau aspecto.

• Reduzem a refratariedade e plasticidade

• Matéria Orgânica

• Aumenta a plasticidade, porosidade e retração;

• Dá cor escura as argilas antes do cozimento.

• A água na Argila

• Água de constituição: faz parte da estrutura da molécula;

• Água de plasticidade ou absorvida: adere a superfície das partículas coloidais;

• Água de capilaridade ou livre: preenche os poros e vazios.


Propriedades das Argilas

• Plasticidade

• Propriedade que um sistema possui de se deformar pelaaplicação de uma forma e de manter essa deformação quando aforça é retirada. Resulta das forças de atração entre partículas deargilo-minerais e a ação lubrificante da água entre as partículaslamelares; forças de atração que podem ser anuladas se apelícula de água entre as lamelas é excessiva.

• Limite de plasticidade

• Teor de água expresso em % de argila seca à 110°C de uma massa plásticade argila, acima da qual a massa pode ser enrolada em cilindros com 3 a4mm de diâmetro e 15cm de comprimento.

• Limite de Liquidez

• Teor de água expresso em % de argila seca a 110°C , acima do qual amassa flui como um líquido, quando agitada.

• ÍNDICE DE PLASTICIDADE

• Índice de Plasticidade = Limite de liquidez – limite de plasticidade

• ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA


• Retração

• Secagem Evaporação da água. Quando a distância entre as partículas diminui, ocorre a retração. A retração é proporcional ao grau de umidade, composição da argila e ao tamanho das partículas.

• Quando a retração não é uniforme, o bloco pode se deformar.

• Fatores que aumentam a plasticidade (aspecto positivo), também aumentam a retração (aspecto negativo).


• Secagem

• A secagem no interior da peça ocorre pela difusão da água até a superfície onde acontece a evaporação. Se a velocidade de evaporação é maior que a velocidade de difusão da água do interior da peça até a superfície, a superfície secará antes do interior e irá se retrair. Ocorre tensão diferencial, ocasionando fissuras e deformação da peça. É necessário controlar a velocidade de evaporação a fim de que ela seja no mínimo da ordem de grandeza da velocidade de difusão da água. É feito o controle da temperatura, umidade e fluxo de ar.

• A espessura da peça terá influencia na secagem.


• Sinterização (queima) Até 110°C: evaporação da água de capilaridade e amassamento.

A partir de 300-400°C: Perda da água absorvida, a argila se enrijece.

Entre 600 e 800°C: Perda de água de constituição.

Combustão da matéria orgânica;

Decomposição da pirita FeS2 Fe2O3 (cor);

Decomposição dos hidróxidos;

Transformação alotrópica do quartzo 573°C

Entre 800 e 950°C Calcinação dos carbonetos óxidos;

Decomposição dos sulfetos;

Acima de 950°C Início da vitrificação (sinterização). A sílica de constituição e as das areais, assim

como os feldspatos, formam uma pequena quantidade de vidro que aglutina osdemais elementos dando após o resfriamento, dureza, resistência e compactaçãoao conjunto. A qualidade de um artigo cerâmico depende da quantidade de vidroformado: é ínfima nos tijolos comuns e grande nas porcelanas.


Fabricação da Cerâmica

• De modo geral, a fabricação dos materiais cerâmicos obdeceàs seguintes fases:

• Extração do barro;

• Preparo da matéria-prima;

• Moldagem;

• Secagem;

• Cozimento;

• Esfriamento;

Em muitos casos, ainda existe a vitrificação especial.


• Extração do Barro

• Cada tipo de cerâmica requer um tipo próprio de barro.

• A importância do tipo do barro é tanta, que muitas vezes asindústrias preferem jazidas localizadas a grande distância dasfábricas, que são instaladas onde há abundância de energia,transporte e mão-de-obra.

• Preparo da Matéria-Prima• Sazonamento ( ou Apodrecimento da Argila)

• A argila é levada para depósitos ao ar livre, onde é revolvidasumariamente e passa por um período de descanso. Tem por finalidade afermentação das partículas orgânicas, transformando-as em coloidais,aumentando a plasticidade.

• Eliminação de impurezas e classificação• Maceração: Desintegração, trituração, peneiramento.

• Para a obtenção de partículas menores

• Loteamento ou Correção do Barro• Correção para dar a mistura a constituição desejada relacionada à

aplicação.• Adição de areia fina ou argila já cozida;• Eliminação de grãos graudos.

• Amassamento e Mistura• Prepara a argila para a moldagem.• Usa-se ou não água.


• Moldagem

• É a operação que dará a forma desejada a pasta ceramica. Pode-se dividir em quarto processos básicos de moldagem:

• Moldagem a seco ou semi-seco (com 4% a 10% de água);

• Moldagem com pasta plástica consistente (com 20% a 35% de água);

• Moldagem com pasta plástica mole (com 25% a 40% de água);

• Moldagem com pasta fluida (com 30% a 50% de água);

• Moldagem a seco ou semi-seco

• É feita por prensagem. A argila é moldada quase seca, mas para adquirir a forma desejada deve ir para prensas de alta potência.

• Essa moldagem é usada para ladrilhos, azulejos além de tijolos e telhas de qualidade superior.


• Moldagem com pasta plástica consistente

• É utilizada na extrusão, que consiste em forçar a massa a passar, sob pressão, através de um bocal apropriado, formando uma fita uniforme e contínua.

• O moldagem por extrusão é usual para tijolos, telhas e refratários.

• Moldagem com pasta plástica mole

• É o processo mais antigo. A cerâmica, bastante pastosa é moldada em moldes de madeira.

• É usado para fabricação de vasos, tijolos brutos.

• É usado na fabricação do adobe, onde formas individuais são utilizadas no processo.


• Moldagem com pasta flúida

• É o chamado processo de barbotina. A cerâmica é dissolvida em água e a solução é então vertida em moldes porosos de gesso.

• É o processo usado para porcelanas, louças sanitárias e peças de formato complexo.


• Secagem• A secagem é tão importante quanto o cozimento, uma vez que ainda

permanece na peça de 5% a 35% de água após a moldagem.• Se a secagem não for efetuada de maneira correta, a quantidade de

água presente na peça prejudicará o cozimento, com o aparecimentode tensões internas e o consequente fendilhamento.

• Existem quatro processos básicos de secagem:• Secagem Natural É o processo comum nas olarias, mas é demorado e

exige grandes superfícies. As vezes é utilizado o calor proveniente dosfornos.

• Secagem por ar quente-úmido o material é posto nos secadores, onderecebe ar quente com alto teor de umidade, até que desapareça a águaabsorvida. Ai então recebe somente ar quente, para perder a água decapilaridade.

• Secadores de túnel São túneis que aproveitam o calor residual dosfornos, pelo qual se faz passar lentamente em vagonetas as peçasdurante a secagem.

• Secagem por radiação infravermelha é pouco usada, em razão docusto e por só servir para peças delgadas. É utilizada para peças deprecisão.


• Cozimento

• É o processo mais importante na fabricação dos materiais cerâmicos. É nele onde ocorrem as reações químicas necessárias a vitrificação e as características finais do produto.

• É de suma importância a eficiência térmica, uma vez que o cozimento usualmente necessita de grandes quantidades de combustível.

• O forno pode ser realizado em fornos contínuos ou intermitentes.Sendo os primeiros os mais eficientes.

• Tipos mais usados de fornos:• Forno de Meda;

• Intermitente comum;

• Forno semícontinuo;

• Forno intermitente de chama invertida;

• Forno de cuba;

• Forno de Hoffman;

• Forno de Túnel;



• Comercialmente os materiais cerâmicos usados na construção civil podem ser dividos em:

• Materiais cerâmicos secos ao ar;

• Materiais cerâmicos de baixa vitrificação;

• Materiais cerâmicos de alta vitrificação:

• Materiais de louça;

• Materiais de grês cerâmico;

• Refratários.


• Adobe

• Argila seca ao ar sem cozimento.

• Utilizado em construções rústicas e/ou de baixa qualidade.

• Pode resistir a tensões de compressão de até 7 MPa, o que é um bom índice.

• Tem como desvantagem o fato de retornar ao regime plástico quando úmida. Por isso a alvenaria confeccionada com adobe deverá ser revestida com material isolante.


• Tijolos Comuns• Tijolos comuns tem alta porosidade, superfícies ásperas e foram

fabricados com pequena prensagem.• A resistência a compressão dos tijolos comuns varia de 1 até 15 MPa,

que será determinada pela qualidade da argila.• Características de Qualidade:

• Procedência;• Transporte Se houve grande porcentagem de quebra durante o

transporte, isto indica que se trata de um material fraco;• Percução Som metálico indica um bom cozimento;• Cor A cor não tem muita importância, mas pode ser observado a cor

dos miolos, que pode indicar material cru ou cores muito carregadas indicarão peças muito vitrificadas;

• Regularidade de forma e igualdade de dimensões;• Arestas vivas e cantos resistentes;• Homogeneidade da massa Ausência de fendas, trincas, cavidade e

corpos estranhos;• Absorção de água entre 15 e 25%;

• Fabricação do Tijolo

• Os processos usados são os mais econômicos possíveis.

• A moldagem é feita com pasta plástica consistente;

• O Cozimento varia entre 900 e 1000 °C;

• Normas:

• Tijolos Maciços Comum:

• NBR 5711 - Tijolo modular de barro cozido – Padronização;

• NBR 6460 – Tijolo maciço cerâmico para alvenaria – Verificação de resistência a compressão;

• NBR 7170 – Tijolo maciço cerâmico para alvenaria – especificação;

• NBR 8041 – Tijolo maciço cerâmico para alvenaria – forma e dimensões;


• Normas

• Blocos Cerâmicos

• NBR 6561 – Bloco cerâmico para alvenaria – Verificação da resistência a compressão;

• NBR 7171 – Bloco cerâmico para alvenaria – Especificação;

• NBR 8042 – Bloco cerâmico para alvenaria – Formas e dimensões;

• NBR 8043 – Bloco cerâmico portante para alvenaria – Determinação da área líquida;


• Telha Cerâmica• O processo de fabricação das telhas é quase idêntico à fabricação

dos tijolos comuns, mas o barro deve ser mais fino e homogêneo. A moldagem é feita por prensagem. A secagem deve ser mais lenta que para tijolos, de modo a diminuir a deformação.

• Características de qualidade:• Regularidade de forma e dimensões;

• Arestas finas e superfícies sem rugosidades (para facilitar o escoamento);

• Homogeneidade de massa, com ausência de trincas, fendas e etc;

• Cozimento parelho;

• Fraca absorção de água e impermeabilidade;

• Peso reduzido;

• Não conter sais solúveis;

• Resistencia mecânica à flexão adequada, mesmo na condição saturada de água.


• Tipos de Telhas

• Capa e Canal:

• São fabricadas pelo processo de prensagem. Se caracterizam por peças côncavas apoiadas nas ripas (canais) e peças convexas apoiadas nos canais (capa).

• Colonial: é oriunda das primeiras telhas do brasil. Apresenta um único tipo de peça destinado tanto para o canal como para a capa.

• Paulista: apresenta a capa com largura ligeiramente inferior à largura do canal, o que confere ao telhado um efeito estético bem diferente daquele obtido com a colonial.

• Plan: Apresenta formas acentuadamente retas, o que agrega um novo padrão estético na cobertura da edificação.


Telha Plan

Telha Colonial

• Encaixe:

• Apresentam bordas e reentrâncias que permitem o encaixe entre elas.

• Francesa: Feita por prensagem, possui encaixes laterais e um ressalto na face inferior para o apoio na ripa.

• Romana: também feita por prensagem, apresentando uma capa e canal interligados na mesma peça.

• Termoplan: é fabricada por extrusão, apresenta furos ao longo de seu comprimento que permitem a passagem do ar, com o intuito de melhorar o desempenho térmico d


Telha Francesa

Telha Romana

Revestimentos Cerâmicos

• O Brasil é o quarto maior produtor mundial de Revestimento Cerâmico,ficando atrás apenas de China, Itália e Espanha, e é o terceiro maiorexportador mundial. Em 1997, foram produzidos 383,3 milhões de metrosquadrados de revestimentos cerâmicos, entre pisos e azulejos, volume13,94% maior que o de 1996. Do total produzido, foram vendidos nomercado interno 339,8 milhões de metros quadrados, ou seja, mais de 88%da produção nacional.


• Classificação dos Revestimento :

• Absorção de Água:

• A absorção da água está diretamente relacionada a resistência mecânica do revestimento.



• Resistência a Abrasão Superficial - PEI:

• A índice PEI classifica os revestimentos cerâmicos acerca a resistênciaque o mesmo apresenta aos esforços abrasivos. O desgaste éprincipalmente causado pelas sujeiras abrasivas presentes nosambientes somada a aplicação dos esforços mecânicos pelos soladosdos sapatos.


• Classificação dos Revestimento :• Resistência a Abrasão Superficial - PEI:

• PEI 1: Produto recomendado para ambientes residenciais onde se caminha geralmentecom chinelos ou pés descalços. Exemplo: banheiros e dormitórios residenciais semportas para o exterior.

• PEI 2: Produto recomendado para ambientes residenciais onde se caminha geralmentecom sapatos. Exemplo: todas as dependências residenciais, com exceção das entradas.

• PEI 3: Produto recomendado para ambientes residenciais onde se caminha geralmentecom alguma quantidade de sujeira abrasiva que não seja areia e outros materiais dedureza maior que areia (todas as dependências residenciais).

• PEI 4: Produto recomendado para ambientes residenciais (todas as dependências) ecomerciais com alto tráfego. Exemplo: restaurantes, churrascarias, lojas, bancos,entradas, caminhos preferenciais, vendas e exposições abertas ao público e outrasdependências.

• PEI 5: Produto recomendado para ambientes residenciais e comerciais com tráfegomuito elevado. Exemplo: restaurantes, churrascarias, lanchonetes, lojas, bancos,entradas, corredores, exposições abertas ao público, consultório, outras dependências.



• Coeficiente de Atrito:

• Corresponde a resistência ao escorregamento que o revestimentocerâmico irá apresentar. Principalmente importante quando daaplicação em áreas externas, rampas, calçadas, ou áreas molhadas.



• Resistência ao Ataque Químico:

• Está relacionada primordialmente a resistência que o esmalteapresenta contra o ataque de produtos químicos (produtos delimpeza). Também é importante a temperatura e o tempo de queimano forno que o material foi submetido durante a fabricação.



• Resistência ao Manchamento (limpabilidade):

• Está relacionada a queima incompleta da matéria-prima.



• Classes de Qualidade:

• Classificação com a qual os produtos são comercializados. Estáprincipalmente relacionada a qualidade e ao padrão construtivo daedificação.


• Argamassas de Assentamento• Argamassas Industrializadas:

• ACI - Argamassa com características de resistência às solicitaçõesmecânicas típicas de revestimentos internos, com exceção daquelesaplicados em áreas especiais, como saunas, churrasqueiras, estufas eoutros.

• ACII - Indicada para uso de ambientes externos. Possui propriedadesque diminuem a interferência das variações de temperatura eumidade típicas do trabalho ao ar livre.

• ACIII - É indicada para condições de altas exigências.

• ACIIIE - É indicada para condições de altas exigências, com tempo emaberto estendido.

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