Diagramas de equilíbrio entre cerâmicas

1. Diagramas de equilíbrio entre cerâmicas

2. Assim como os metais a maioria dos materiais cerâmicos não são puros contém impurezas ou adições que resultam em soluções sólidas fases não cristalinas ou fases multi-cristalinas. Pode-se determinar: T fusão de cada composto puro. Influência na T fusão quando dois compostos são misturados A presença ou não e o grau de soluções sólidas Interações de dois compostos formando outros compostos (SiO2 + Al2O3 formando a mulita 3 Al2O3.2 SiO2 ) T onde ocorre troca de estrutura cristalina – polimorfismo A quantidade e a composição das fases para determinada temperatura e composição Determinar parâmetros e variáveis para a sinterização. Introdução: Como os materiais cerâmicos não são fabricados por fusão, nem sofrem deformação a altas temperaturas a importância dos diagramas é limitada quando comparada aos metais, no entanto para os cerâmicos refratários e em alguns casos específicos como em misturas de materiais cerâmicos podem ser importantes

3. Forma uma solução sólida completa pois: Os 2 íons são semelhantes no tamanho (0,53 Å Al+3 e 0,62 Å o Cr+3) Possuem mesma valência (não causa desbalanço da eletroneutralidade do composto) Possuem mesma estrutura atômica Oxigênio Hexagonal compacto com cátions ocupando 2/3 dos vazios octaédricos Diagrama de equilíbrio isomorfo Cr2O3 +Al2O3

4. MgO e NiO tem o mesmo tipo de diagrama pelas mesmas razões apresentadas no slide anterior

5. Solubilidade parcial no estado sólido Possui um composto intermediário(fase) chamado espinel MgAl2O4 que apesar de ser um composto não é representado por uma reta pois ele é estável sem ser estequiométrico por uma faixa de composições (estequiometria 73% em peso de Al2O3 , 27% de MgO 50% em mol de cada um) Espinel é utilizado como refratário funde a 2100ºC. Apresenta dois pontos eutéticos Diagrama de equilíbrio MgO + Al2O3

6. Diagrama vai até 31% em peso de CaO (50% mol) que corresponde a composição do ZrCaO3. O ZrO2 apresenta 3 estruturas cristalinas Tetragonal Monoclínica e cúbica A transformação de tetragonal para monoclínica, que ocorre a 1150ºC vem acompanhada de uma variação volumétrica de 5% (expansão) que causa fissuras no processamento Esse problema é superado pela adição de 3 a 7% de CaO, pois nas velocidades normais de resfriamento a sol. Sólida monoclínica e o composto CaZr4O9 preditos pelo diagrama não se formam, sendo as fases cúbicas e tetragonal do ZrO2 retidas (P.S.Z. partially stabilized Zirconia) A zirconia P.S.Z. se transforma para monoclínica na presença de tensões. Maiores teores de CaO (7% a 12%) somente a fase cúbica da Zirconia é retida e ela é chamada de zirconia completamente estabilizada (T.S.Z. – zircônia totalmente estabilizada). A zirconia T.S.Z. não se transforma para monoclínica na presença de tensõesA ítria (Y2O3) e a magnésia (MgO) também são usadas como estabilizantes da ZrO2. Diagrama de equilíbrio ZrO2 + CaO

7. Grande importância comercial pois são os principais constituintes de muitos refratários Forma estável da sílica nessas temperaturas é a cristobalita Formação de um composto intermediário chamado mulita 3Al2O3 2SiO2 72% em peso de Al2O3 e funde a 1890ºC Tem um eutético a 1587ºC e 7,7% em peso de Al2O3. Diagrama de equilíbrio SIO2 e Al2O3

8. Noções de refratários • Propriedades dos refratários: • Resistir a altas temperaturas sem fundir ou decompor • Permanecer não reativo e inerte em presença de meios e temperaturas severas • Promover isolamento térmico • Aplicações: • Revestimento de fornos • Revestimento de cadinhos • Revestimento de panelas para refino de metais • Fabricação de vidros • Tratamentos térmicos

9. sílico-aluminosos: de 25 a 40% de Al2O3. + SiO2 T máx. 1587ºC sem líquido em equilíbrio, mas admite-se pequena quantidade de líquido presente durante seu uso sem comprometer a integridade mecânica. Logo a Tmáx dependerá do % de Al2O3 presente, pois quanto mais Al2O3 presente menor a quantidade de líquido pra mesmaT. Tipos de refratários: Argila refratária

10. Tmáx de uso, 1650ºC sendo que pequeno percentual do tijolo estará na forma líquida. Nesses refratários o teos de Al2O3. é considerado uma impureza pois aumenta o percentual de líquido presente reduzindo a temperatura máx de emprego. Faz a mistura cerâmica se aproximar do ponto eutético. Tipos de refratários: Base de sílica (refratários ácidos)

11. Tipos de refratários: Básicos • São ricos em MgO (magnésia ou periclásio) • A presença de sílica é prejudicial em altas temperaturas.por razões semelhantes à presença de alumina nos a base de sílica. • Substitui o refratário ácido (a base de sílica) quando a escória do aço é básica.

12. Refratários especiais • Maior temperatura de utilização,mais resistentes à ataque químico, mas mais caros • Alumina: Al2O3 • Berília: BeO • Zircônia: ZrO2 • Carbeto de silício: SiC • Grafite

13. Características dos refratários • T máx em serviço é inferior à temperatura de sinterização • São empregadas partículas maiores e menores na mistura sendo que as menores funcionam como um ligante das maiores durante a sinterização sendo portanto responsáveis pela resistência mecânica do refratário. • Porosidade deve ser controlada: Grande porosidade maior isolamento térmico e maior resistência ao choque térmico mas menor resistência mecânica e menor resistência ao ataque químico. A porosidade ótima dependerá das condições do serviço. • É comum se utilizar o mesmo refratário mas com teores de porosidade diferentes no mesmo equipamento.

14. Composição de alguns refratários