Cerâmica Tradicional

No domínio da engenharia, os materiais cerâmicos são frequentemente divididos em dois grandes grupos: Os cerâmicos tradicional e os cerâmicos técnicos.

Os cerâmicos técnicos são formados normalmente por compostos puros ou quase puros, tais como a alumina (Al2 O3), o carboneto de silício (SiC), a zircônia (ZrO2) ou nitreto de silício novos matérias, como cerâmicas piezoeléctricas, fibras ópticas, capacitadores, combustível nucleares, biomatérias (próteses), produtos de alta resistência (abrasivos, ferramentas, de corte SiC,  Al2 O3, carboneto de tungsténio), de alta temperatura (refractários para industria cimentícias, metalúrgica, e vidro) de alta resistência e temperatura (compósitos termo estruturais).

Por sua vez, os cerâmicos tradicionais estão geralmente associados aos matérias silicatadas, fazendo normalmente parte da sua constituição três componentes básicos a argila, a sílica e o feldspato. A argila é responsável pelas propriedades plásticas necessárias à moldagem do material antes de este endurecido por cozedura. A sílica é o esqueleto não deformável dos cerâmicos e o feldspato tem a importante função de reduzir  a  temperatura de fusão da mistura. Os cerâmicos tradicionais incluem os matérias típicos de olaria e os matérias e os matérias utilizados usualmente na construção. Alguns exemplos destes matérias são tijolo, a telha, o grés e o azulejo utilizados na indústria da construção ou a porcelana eléctrica com forte aplicação na indústria eléctrica. 

Estrutura dos cerâmicos  

Conforme referido, os matérias cerâmicos são essencialmente constituídos por elementos metálicos e não-metálicos ligados quimicamente entre si por ligações do tipo iónico e covalente. O carácter mais iónico ou covalente das ligações depende da diferença de electronegatividade entre átomo constituintes desses compostos, que pode ser estimado a partir da equação de Pauling. Consoante o grau de ligação iónica ou covalente serão obtidos diferentes tipos de estruturas cristalinas. Por exemplo, a SiO2, apresenta cerca de 51% de carácter iónicos de 49% de carácter covalente, ao passo que alumina (Al2O3) possui 63% de carácter iónico e 37% de carácter covalente. Já o carboneto de silício (SiC) apresenta ligações muito fortes de carácter quase exclusivamente covalente (89%).

Cerâmicas silicatadas   

Os matérias cerâmicos com estrutura do tipo silicato, constituídos por átomos  de silício e oxigénio ligado entre si de diversas formas, são presença importante nos matérias de construção, como o vidro, o tijolo, as porcelanas, a louça de mesa ou o cimento portland.

Devido à enorme abundância de silício e oxigénio na crosta terrestre e a elevada resistência da ligação Si-O, muitos minerais  existentes na natureza, como a argila, o feldspato e a mica, são silicatos (Boch e Nièpce 2007). A disponibilidade e baixo custo deste tipo de materiais aliado a algumas das suas propriedades específicas, torna-os adequados no domínio da engenharia.

Propriedades mecânicas dos cerâmicos  

  

A resistência mecânica dos matérias cerâmicos é afectada por vários factores incluindo a composição química, a microestrutura e as condições de superfície. A temperatura, o tipo de tensão e o modo como é aplicada também são factores importantes.  

  A resistência à tracção diverge consideravelmente em função do tipo de material cerâmico, podendo variar entre valores inferiores a cerca de 0,7 MPa até cerca de 7GPa. Porém, poucos são os cerâmicos que possuem resistências à tracção superior a 170 MPa, estando usualmente associados a cerâmicos técnicos. Em geral a resistência à compressão é cerca de 5 a 10 vezes superior à resistência à tracção.

Devido às suas ligações iónicas e covalentes, muitos matérias cerâmicos são duros e possuem uma baixa resistência ao impacto. Devido à elevada dureza dos matérias cerâmicos é difícil e custoso manufacturá-los. No entanto, há excepções. Por exemplo, a argila é um material cerâmico que é macio e deformável, devido às forças das ligações secundárias que existem entre as camadas de átomos fortemente ligados de forma iónico e covalente.

A elevada dureza de alguns matérias cerâmicos torna-os úteis para funcionarem como abrasivos para corte desbaste e polimento de matérias de menor dureza. A alumina e o carboneto de silício são dois dos abrasivos mais utilizados.

A resistência dos matérias cerâmicos é afectada por defeitos  existentes na estrutura. As principais fontes  de fractura são fendas superficiais originadas durante o processo de acabamento, poros, inclusões e grãos grandes durante o processamento térmico.   

Nos poros aparecem tensões concentradas que quando excedem um dado valor crítico, forma-se uma fenda que se propaga. Uma vez criadas as condições para início da propagação, as fendas continuam a crescer até ocorrer a rotura. Os poros são também prejudicais porque diminuem a área de distribuição de tensões no cerâmico. Logo, o tamanho e a fracção dos poros nos cerâmicos afectam a sua resistência.

Outras características 

  Em geral os matérias cerâmicos apresentam baixo condutividade térmica devido às ligações iónicas e covalentes entre átomos, pelo que são bons isolantes térmicos. Devido à sua elevada resistência ao calor, os cerâmicos são usados como refractários, ou seja, matérias que resistem à acção de ambiente quentes, tanto líquidos como gasosos. Os cerâmicos tradicionais são igualmente considerados eléctricos. Os cerâmicos tradicionais são igualmente considerados isolantes eléctricos. Os electrões de valências estão presos nas ligações e não estão livres como sucede nos metais (Carter e Norton 2007).     

Um grande número de cerâmicos é estável em ambiente quimicamente e termicamente agressivos (Carter e Norton 2007). A humidade, a vegetação e o fogo são os agentes com pior efeito sobre os cerâmicos. A acção dos dois primeiros é agravada nos produtos de maior porosidade. A acção de fogo reduz a resistência à compressão dos cerâmicos e dado que as peças não se dilatam uniformemente têm tendência a desagradar-se.  

Matérias-primas

As diferentes matérias-primas têm grande influência na reologia da pasta, microestrutura, formação de fases e propriedades da cerâmica final após a sinterização. A escolha e preparação rigorosa da matéria-prima são fundamentais para que esta depois possa ser propriamente transformada em cerâmica durante a sinterização, que ocorre em condições adequadas de temperatura, taxa de aquecimento e atmosfera de queima (Boch e Nièpce 2007).

A qualidade da cerâmica para além de ser afectada pela composição de matérias-primas  é também bastante influenciada pelas próprias propriedades físicas da matéria-prima (Boch e Nièpce 2007), nomeadamente no que concerne à dimensão e forma das partículas, e ao estado de aglomeração, densidade, área superficial e compacidade da mistura granular.

Argila    

Na base dos cerâmicos tradicionais estão os minerais argilosos que quando húmidos adquirem a plasticidade necessária para a fase de conformação. Este material quando seco perde a plasticidade e adquire rigidez. No entanto, a sua futura reidratação restabelece as propriedades inicias da argila. É o processamento térmico que causa transformações físico – químicas irreversíveis na argila, resultando um novo material que perde definitivamente a sua plasticidade e a reidratação deixa de ser possível (Boch e Nièpce 2007). São estas propriedades que conferem à argila a sua singularidade tão apreciada pela indústria cerâmica.  

A argila é a matéria-prima mais espalhada pela superfície terrestre, sendo constituída por vários espécies minerais, entre as quais predominam os minerais argilosos que são filosilicatos supergénicos gerados no decurso da alteração das rochas e da evolução dos solos. Quimicamente os minerais argilosos são silicatos de alumínio hidratados podendo conter outros elementos em menor quantidade, como o potássio, o magnésio, o cálcio e o sódio. Os minerais argilosos mais comum são a caulinite, a ilite, a montmorilonita, a atapulgita e a sepiota. Na presença da água, as argilas adquirem grande plasticidade demonstrando ainda grande coerência quando secas (Carvalho 1978).

Veja os tipos de argilas:  

Argilas puras (cor de cozimento branca)	Argilas impuras
Caulinos e argilas plásticas	Argilas fusíveis ou terracota (produtos de barro vermelho)
Argilas refractárias (caulino, argilas refractárias e altamente a luminosas)	Argila vitrificáveis para produtos de grés

As argilas são ainda denominadas de gordas ou magras consoante possuem maior ou menor quantidade de colóides na sua composição. Naturalmente, as argilas gordas estão associadas a maior plasticidade e maiores deformações durante o cozimento. As argilas mais magras com maior qualidade de sílica tendem a ser mais porosas e menos plásticas.