Materiais Ceramicos

5- Materiais Cerâmicos
Estruturas e Propriedades

SMM0194 – Ciência e Engenharia de Materiais II
Prof. Eduardo Bellini Ferreira

Materiais cerâmicos
Materiais cerâmicos
• São materiais inorgânicos não-metálicos
fabricados pelo homem
• “Cerâmica” vem do grego “keramikos”,
que significa matéria
que significa “matéria-prima queimada”
queimada
• Os materiais cerâmicos são geralmenteobtidos após tratamentos térmicos em
altas temperaturas, mas existem métodos
altas temperaturas, mas existem métodos
alternativos

Materiais Cerâmicos
Materiais Cerâmicos
• Tradicionais – matéria-prima principal é a argila
(porcelanas de mesa, sanitária, elétrica,
dentária, etc.; tijolos, telhas, azulejos, manilhas,
refratários) e o vidro;
• Cerâmicas de alta tecnologia (desenvolvidasnos últimos 50 anos, junto com grande avanço
do conhecimento da área) – componentes
eletrônicos, de computadores, de comunicação,
indústria aeroespacial, mecânica, etc.

Estruturas Cerâmicas
Estruturas Cerâmicas
• As cerâmicas são compostas por pelo menos
dois elementos, freqüentemente mais que dois
(algumas exceções polêmicas: Si e C)
• As estruturas cristalinas são mais complexas
queas dos metais
ligação atômica varia desde puramente iônica
• A ligação atômica varia desde puramente iônica
até totalmente covalente, e combinações
destas, dependendo da diferença de
destas, dependendo da diferença de
eletronegatividade dos átomos

Relembrando ligações
Relembrando ligações...
• Ligação iônica – elétrons são
iônica
são
transferidos do elemento mais
eletropositivopara o mais
eletronegativo formando íons
eletronegativo, formando íons
(carregados eletricamente), que se
atraem
• Os elétrons ficam localizados, mas
elétrons ficam localizados mas
a ligação é não-direcional
• Ligação covalente – os
elementos apresentam
eletronegatividades
eletronegatividades semelhantes;
elétrons são compartilhados
• Os elétrons ficam localizados e a
ligaçãodirecional
ligação é direcional

Percentual de Caráter Iônico de
várias cerâmicas

Estruturas cristalinas –
cristais iônicos
• Quando a ligação é predominantemente
li
iônica, as estruturas são compostas por
íons eletricamente carregados, em vez
de átomos.
• Íons metálicos, ou cátions, doaram
elétrons estão carregados positivamente
elétrons e estão carregados positivamente
• Íonsnão-metálicos, ou ânions,
receberam os elétrons e estão carregados
negativamente

Estruturas cristalinas –
cristais iônicos
• Duas características influenciam a
estrutura do cristal:
– a magnitude das cargas elétricas
– o tamanho relativo dos cátions e dos ânions
tamanho relativo
cátions dos ânions

Estruturas cristalinas –
cristais iônicos
• Quanto à magnitude das cargas:
– o cristal deveser eletricamente neutro (as
cargas negativas dos cátions devem ser
balanceadas pelas positivas dos ânions)
– a fórmula química de um composto indica a
razão entre número de cátions ânions ou
razão entre o número de cátions e ânions ou
a composição que atinge esse balanço de
cargas
cargas:

• Ex: CaF2 = Ca2+ + 2.F-

Estruturas cristalinas –
cristais iônicos
• Quanto ao tamanhorelativo dos íons:
– Os cátions, em geral, são menores que os
ânions (rC/rA ≤ 1, onde rC = raio iônico do
cátion e rA = raio iônico do ânion) – isso
ocorre, pois os cátions doaram elétrons...
– Cada cátion se organiza de forma a ter o
máximo possível de ânions ao redor (o
mesmo vale para os ânions) – essa condição
é estável enquanto cátions e ânions se
estável enquanto cátions ânions setocam:
ânion
cátion
estável

estável

instável

Número de
coordenação e
geometria do
geometria do
empacotamento

Linear

Triângulo planar

Tetraédrica

Exercício: mostre que a razão
mínima entre os raios do cátion
e do ânion para um número de
do ânion para um número de
coordenação 3 é 0,155:

Octaédrica

Cúbica

NC = 4,6 e 8 são
típicos em cerâmicas

12

> 1,0...