Cerâmicas, Polímeros e Utilização na Indústria de Petróleo

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Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO – Campus São Mateus Centro Universitário Norte do Espírito Santo ENGENHARIA DE PETRÓLEO

CERÂMICAS, POLÍMEROS E SUAS UTILIZAÇÕES NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO

Gabriel Oliveira Pena Layz Queiroz Kruschewsky Pedro Moreira Chaves

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Gabriel Oliveira Pena Layz Queiroz Kruschewsky Pedro Moreira Chaves

CERÂMICAS, POLÍMEROS E SUAS UTILIZAÇÕES NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO

Trabalho apresentado à Faculdade Federal do Espírito Santo, como requisito obrigatório para obtenção de crédito na disciplina de Ciência dos Materiais.

Orientador: Prof José Rafael Cápua Proveti São Mateus Outubro de 2010

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Agradecimento às professoras Patrícia Fontes e Christiane Mapheu Nogueira pelo suporte e auxílio na execução do trabalho.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO ——————————————————————————————- 07

2 – CERÂMICAS ———————————————————————————————- 11 2.1 – Estruturas Cerâmicas ——————————————————————- 12 2.1.1 – Estruturas Cristalinas ———————————————————- 12 2.1.2 – Estruturas dos Silicatos ——————————————————- 14 2.1.3 – Estrutura do Carbono ——————————————————— 17 2.1.4 – Imperfeições das Cerâmicas ————————————————- 18 2.1.5 – Difusão em Compostos Iônicos ——————————————— 20 2.1.6 – Diagrama de Fases das Cerâmicas —————————————– 20 2.2 – Propriedades Mecânicas das Cerâmicas —————————————— 24 2.2.1 – Fratura Frágil ——————————————————————– 24 2.2.2 – Deformação Plástica das Estruturas em Camadas ——————— 26 2.2.3 – Deformação Viscosa do Vidro ———————————————– 27 2.2.4 – Comportamento Tensão-Deformação ———————————— 28 2.3 – Tipos e Aplicações das Cerâmicas ————————————————— 30 2.3.1 – Cerâmicas Vermelhas ——————————————————— 30 2.3.2 – Materiais de Revestimento ————————————————– 31 2.3.3 – Cerâmicas Brancas ————————————————————- 31 2.3.4 – Materiais Refratários ———————————————————- 32 2.3.5 – Isolantes Térmicos ————————————————————- 32 2.3.6 – Abrasivos ————————————————————————- 34 2.3.7 – Vidros —————————————————————————– 35 2.3.8 – Vitrocerâmicos —————————————————————— 35 2.3.9 – Cimento Portland ————————————————————– 36 2.3.10 – Cerâmicas Avançadas ——————————————————– 37 2.4 – Processamento e Fabricação das Cerâmicas ————————————- 39

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.1 – Preparação da Matéria-Prima ———————————————– 39 2.4.2 – Preparação da Massa ———————————————————- 40 2.4.3 – Formação de Peças ———————————————————— 40 2.4.3.1 – Colagem ou Fundição ——————————————— 41 2.4.3.2 – Prensagem ———————————————————– 41 2.4.3.3 – Extrusão ————————————————————– 42 2.4.3.4 – Torneamento ——————————————————– 42 2.4.4 – Tratamento Térmico ———————————————————– 42 2.4.4.1 – Secagem ————————————————————– 42 2.4.4.2 – Queima ————————————————————— 43 2.4.5 – Acabamento ——————————————————————— 43 2.4.6 – Esmaltação e Decoração —————————————————— 44 2.4.6.1 – Tipos de Esmaltes ————————————————– 44 2.4.6.2 – Preparação de Esmaltes (Vidrados) —————————- 45 2.4.6.3 – Aplicação do Esmalte ———————————————- 45 2.4.6.4 – Corantes ————————————————————– 45 2.4.6.5 – Decoração ———————————————————— 46

3 – POLÍMEROS ———————————————————————————————- 47 3.1 – Estrutura Polimérica ——————————————————————– 49 3.1.1 – Forças Moleculares em Polímeros —————————————– 49 3.1.2 – Funcionalidade —————————————————————— 49 3.1.3 – Peso Molecular —————————————————————– 50 3.1.4 – Forma Molecular ————————————————————— 51 3.1.5 – Estrutura Molecular ———————————————————– 51 3.1.5.1 – Polímero Linear —————————————————– 51 3.1.5.2 – Polímero Ramificado ———————————————- 51 3.1.5.3 – Polímero em Rede ————————————————- 52 3.1.6 – Configurações Moleculares ————————————————– 52

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1.6.1 – Encadeamento —————————————————— 52 3.1.6.2 – Taticidade ———————————————————— 53 3.1.6.3 – Isomeria Cis-Trans em Dienos ———————————– 54 3.1.7 – Copolímero ———————————————————————- 54 3.1.7.1 – Aleatório ————————————————————- 54 3.1.7.2 – Alternado ———————————————————— 54 3.1.7.3 – Em Bloco ————————————————————- 55 3.1.7.4 – Enxertado ———————————————————— 55 3.1.8 – Cristalinidade do Polímero ————————————————— 55 3.1.8.1 – Polímero Amorfo ————————————————— 55 3.1.8.2 – Polímero Cristalino ———————————————— 55 3.1.8.3 – Polímero Semi-cristalino —————————————– 55 3.1.8.4 – Fatores que influenciam na cristalinidade do polímero — 56 3.2 – Propriedades Mecânicas e Características dos Polímeros ——————- 57 3.2.1 – Divisão dos Polímeros ——————————————————— 57 3.2.1.1 – Termoplásticos —————————————————– 58 3.2.1.2 – Termorrígidos (Termofixos) ————————————- 58 3.2.1.3 – Elastômeros (Borrachas) —————————————– 58 3.2.2 – Viscoelasticidade dos Polímeros ——————————————– 59 3.2.2.1 – Viscoso —————————————————————- 59 3.2.2.2 – Elástico —————————————————————- 59 3.2.2.3 – Viscoso Intermediário ——————————————— 60 3.2.3 – Características da Fratura —————————————————- 60 3.2.4 – Polimerização ——————————————————————- 60 3.2.4.1 – Polimerização por Adição —————————————- 61 3.2.4.2 – Polimerização por Condensação ——————————- 63 3.2.5 – Aditivos para Polímeros —————————————————— 65 3.3 – Aplicações Diversas ——————————————————————— 66 3.3.1 – Revestimentos —————————————————————— 66

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.3.2 – Adesivos ————————————————————————– 66 3.3.3 – Películas ————————————————————————– 67 3.3.4 – Espumas ————————————————————————– 67 3.3.5 – Tubulações e Conexões Hidrosanitárias ———————————- 67 3.3.6 – Aditivos Químicos ————————————————————– 68 3.4 – Polímeros e o Meio Ambiente ——————————————————- 69 3.4.1 – O PVC e o Ambiente ———————————————————– 70

4 – IMPORTÂNCIA E UTILIZAÇÃO DE POLÍMEROS E CERÂMICAS NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO —————————————————————————————————– 71 4.1 – Cimentação de Poços de Petróleo ————————————————– 72 4.2 – Fluidos de Perfuração —————————————————————— 73 4.3 – Restauração de Poços de Petróleo ————————————————- 74 4.4 – Recuperação de Óleos nos Poços de Petróleo ———————————– 75 4.5 – Filtro de Cerâmica ———————————————————————– 76 4.6 – Fibra Ótica ——————————————————————————— 77

5 – CONCLUSÃO ——————————————————————————————— 78

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ————————————————————————– 80

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 1 – INTRODUÇÃO

Engenharia de materiais é o ramo da engenharia voltado para a pesquisa de materiais e de novos usos industriais para os materiais já existentes. O engenheiro, portanto, pesquisa e cria materiais, como resinas, plásticos, cerâmicas e ligas metálicas, além de aperfeiçoar suas propriedades e estabelecer novas combinações, que resultam em processos inéditos.

A Ciência dos Polímeros é multidisciplinar com grande colaboração da Química, Física e das Engenharias. A Química de Polímeros é a parte desta ciência que cuida da síntese, caracterização e estudo das propriedades dos polímeros. No Brasil, há diversos grupos de pesquisa nesta área e existe até uma associação: a Associação Brasileira de Polímeros (ABPol).

Polímeros são compostos orgânicos e reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital. Até o século XIX somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono. Isso caracteriza a 1ª fase da história dos polímeros. Na 2ª fase, a teoria da Força Vital é derrubada. Com essa derrubada as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam. A 3ª Fase, período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos.

O primeiro polímero a ser sintetizado em laboratório foi o polietileno, em uma indústria na Inglaterra, mas esse polímero só ficou conhecido anos depois durante a Segunda Guerra Mundial. Nessa época desempenhou um importante papel: como isolante elétrico de radares militares. Tais equipamentos foram muito importantes durante a guerra, pois, por meio deles, era possível perceber não só a chegada de inimigos, como também situar as tropas de controle.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Na tentativa de substituir a seda, descobriu-se a fibra de nylon (New York London, em referência aos dois maiores mercados consumidores da época). Posteriormente, surgiram vários tipos de polímeros, que permitiram uma modificação muito grande nos costumes do mundo atual.

Além dos polímeros sintéticos, que invadiram o cotidiano do homem moderno, existem os naturais que o homem convive há muito mais tempo e que agora também encontram novas aplicações devido ao desenvolvimento da ciência dos polímeros. A celulose, usada tradicionalmente na indústria de papel, por exemplo, pode ser modificada quimicamente e adquirir diversas outras aplicações.

Muitas outras áreas se beneficiaram com a ciência de polímeros. Hoje, num consultório odontológico, por exemplo, se faz cura de resina com luz ultravioleta em restaurações dentárias. Isto é ciência de polímeros que se transformou em aplicação. Uma indústria de tintas usa materiais poliméricos de diversos tipos. A indústria de cosmético tem incorporado o uso de polímeros em diversas de suas formulações. A indústria automobilística tem reduzido o peso dos veículos e, portanto, o consumo de combustível, pela substituição de peças metálicas por “plásticos de engenharia”.

Nossos descendentes, no futuro, talvez se refiram à nossa época como sendo a era dos plásticos. Embora o primeiro polímero sintético só tenha sido obtido em 1907, hoje os plásticos já estão onipresentes em nosso cotidiano. Muitos dos utensílios domésticos, automóveis, embalagens e até mesmo roupas, são feitas com polímeros.

Entretanto, foi a partir da década de 1960, com o início do processo de modernização das embalagens utilizadas para produtos industrializados, que os problemas começaram a surgir. Pelas características de serem descartáveis, alguns materiais poliméricos, como as garrafas PET de refrigerante, acarretam problemas ambientais. Embora biodegradáveis, estes polímeros obtidos de derivados do petróleo não são biopolímeros, designação consagrada para polímeros biodegradáveis obtidos a partir de fontes renováveis e que muito recentemente têm conhecido uma enorme expansão, e então são acumulados no ambiente, conservando por muitos anos suas propriedades físicas, já que possuem elevada resistência.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Os polímeros ou plásticos mais comuns são obtidos a partir de monômeros extraídos diretamente do petróleo, como o etileno, propileno e butadieno, originando assim os materiais tecnicamente conhecidos como polietileno, polipropileno e polibutadieno respectivamente.

“A arte, a ciência e a tecnologia de fabricação de compostos sólidos, que são formados pela aplicação de calor, e algumas vezes calor e pressão, constituídos em grande parte por materiais inorgânicos, não metálicos, são denominados materiais cerâmicos” (KINGERY BARSOUM).

A procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o homem à experimentação de diversos materiais aglomerantes. Os romanos chamavam esses materiais de “caementum”, termo que originou a palavra cimento. A cerâmica é, portanto, o material mais antigo produzido pelo homem, existindo há cerca de dez a quinze mil anos. É um material de imensa resistência, sendo frequentemente encontrado em escavações arqueológicas.

Ela nasceu no momento em que o homem começou a utilizar-se do barro endurecido pelo fogo. Desse processo de endurecimento, obtido casualmente, multiplicou-se e evoluiu até os dias de hoje.

Além de sua utilização como matéria-prima constituinte de diversos instrumentos domésticos, da construção civil e como material plástico nas mãos dos artistas, a cerâmica é também utilizada na tecnologia de ponta, mais especificamente na fabricação de componentes de foguetes espaciais, justamente devido a sua durabilidade. Na medicina, vem sendo utilizada na prótese de ossos e dentária, na pecuária australiana, reveste os chips que injetados dentro do animal, possibilitam uma contagem mais precisa e segura, é ainda o material mais utilizado quando existe a necessidade de um produto resistente a altas temperaturas, como é o caso do trem bala no Japão, onde a cerâmica é colocada nos trilhos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software O setor industrial da cerâmica é bastante diversificado e pode ser dividido e setores que possuem características bastante individualizadas e com níveis de avanço tecnológico distintos: cerâmica vermelha, materiais de revestimento, materiais refratários, louça sanitária, isoladores elétricos de porcelana, louça de mesa, cerâmica artística (decorativa e utilitária), filtros cerâmicos para uso doméstico, cerâmica técnica e isolantes térmicos. No Brasil existem todos estes segmentos, com maior ou menor grau de desenvolvimento e capacidade de produção.

Corpos cerâmicos são usados em diversas etapas na indústria do petróleo. Seu uso é tão abrangente que engloba desde os testes de laboratório, tais como os de caracterização de poços, extração e refino do óleo, diversos processos de separações até vários tratamentos de descarte de resíduos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2 – CERÂMICAS

As cerâmicas representam alguns dos materiais mais antigos e mais ambientalmente duráveis para a engenharia. Elas também representam alguns dos materiais mais avançados, sendo desenvolvidos para a indústria aeroespacial e eletrônica.

As cerâmicas são compostos formados entre elementos metálicos e não-metálicos, ligados quimicamente entre si fundamentalmente por ligações iónicas e/ou covalentes; na maioria das vezes, elas consistem em óxidos, nitretos e carbetos. Por exemplo, alguns dos materiais cerâmicos mais comuns incluem o óxido de alumínio (ou alumina, Al2O3), o dióxido de silício (ou sílica, SiO2), o carbeto de silício (SiC), o nitreto de silício (Si3N4) e, ainda, o que alguns referem como sendo as cerâmicas tradicionais, aquelas que são compostas por minerais argilosos, assim com o cimento e o vidro. Em relação ao comportamento mecânico, os materiais cerâmicos são relativamente rígidos e resistentes (a rigidez e a resistência são comparáveis àquelas dos metais). Adicionalmente, as cerâmicas são tipicamente muito duras. Por outro lado, devido à existência de planos de deslizamento independentes, ligações iônicas e/ou covalentes e ordem a longa distância, elas são extremamente frágeis (ausência de ductilidade) e altamente suscetíveis à fratura.

Devido a ausência de elétrons livres esses materiais são tipicamente isolantes à passagem de calor e eletricidade e são mais resistentes a altas temperaturas e a ambientes severos do que os metais e os polímeros, graças as suas altas temperaturas de fusão. Em relação às suas características ópticas, as cerâmicas podem ser transparentes, translúcidas ou opacas e algumas à base de óxidos exibem comportamento magnético.

A imagem das cerâmicas é usualmente associada a objetos de arte, pratos, vasos, etc. Evidentemente são produtos cerâmicos, mas eles fornecem uma idéia muito ínfima sobre a dimensão e o universo da indústria de cerâmica nos dias atuais, já que é quase impossível abrir os olhos sem ver um produto cerâmico ou um produto que depende de um engenheiro ou cientista cerâmico para sua existência.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.1) ESTRUTURAS CERÂMICAS

A maioria das estruturas cerâmicas pode ser pensada como composta de íons carregados eletricamente, no lugar dos átomos, já que a ligação atômica em materiais cerâmicos é parcialmente ou totalmente iônica. Os cátions (íons metálicos) são carregados positivamente, pois eles cederam seus elétrons de valência aos ânions (íons não metálicos) que são carregados negativamente. As cerâmicas são formadas por pelo menos 2 elementos e suas estruturas cristalinas são geralmente mais complexas do que as de metais.

2.1.1) Estruturas Cristalinas Duas características dos íons componentes em materiais cerâmicos cristalinos influenciam a estrutura do cristal: a magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes e; os tamanhos relativos dos cátions e dos ânions.

Devido a importância da carga elétrica na estrutura do cristal, ele deve ser eletricamente neutro, isto é, com todas as cargas positivas dos cátions em contrabalanceamento com as cargas negativas dos ânions. A fórmula química de um composto indica a razão entre o número de cátions e o número de ânions ou a composição que atinge esse balanço de cargas. No fluoreto de cálcio, por exemplo, cada íon cálcio possui uma carga elétrica +2 (Ca+2), enquanto a cada íon flúor está associada uma única carga negativa (F-). Dessa forma, devem existir duas vezes mais íons F- do que íons Ca2+, o que pode ser observado na fórmula química para esse composto: CaF2.

O segundo critério influencia uma vez que os elementos metálicos cedem elétrons quando ficam ionizados, os cátions são extremamente menores do que os ânions, devido

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software a isso, a ração [raio_cátion / raio_ânion] é menor do que a unidade. Os cátions necessitam de quantos ânions vizinhos for possível, e vice-versa.

Estruturas cerâmicas cristalinas estáveis se formam quando os ânions que circundam um cátion estão em contato com este cátion, afetando assim na estabilidade da estrutura.

Uma razão crítica ou mínima é estipulada para que o contato entre os ânions e o cátion seja estabelecido, dependendo do número de coordenação, através de considerações puramente geométricas.

? Estruturas cristalinas binárias do tipo AX: Alguns dos materiais cerâmicos usuais são aqueles que existem números iguais de cátions e ânions que mantêm a neutralidade elétrica, onde o A representa o cátion e o X o ânion. Ex: NaCl, CsCl, ZnS.

? Estruturas cristalinas binárias do tipo AmXp: Este tipo de estrutura ocorre quando as cargas dos cátions diferem entre si. E o índice m e/ou p diferem da unidade. Ex: CaF2, Li2O, SiO2, Al2O3.

? Estruturas cristalinas ternárias do tipo AmBnXp: Indicando compostos com mais de A densidade das estruturas cristalinas é obtida através da seguinte equação:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Onde: n’ = o número de fórmulas unitárias dentro da célula unitária

?AC = a soma dos pesos atômicos de todos os cátions na fórmula unitária

?AA = a soma dos pesos atômicos de todos os ânions na fórmula unitária

VC = o volume da célula unitária NA = número de Avogadro, 6,023 x 10²³ fórmulas unitárias/mol

2.1.2) Estruturas dos Silicatos Muitos materiais cerâmicos contêm silicatos, em parte, porque os mesmos são abundantes e baratos e, em parte, porque possuem certas propriedades distintas que são úteis para o engenheiro. Provavelmente, o silicato mais conhecido é o cimento “portland”, o qual tem a grande vantagem de poder formar um ligante hidráulico nos agregados rochosos, Muitos outros materiais de construção tais como tijolos, telhas, vidro, vidrados, são também feitos de silicatos, Entre outras aplicações dos silicatos se incluem isolantes elétricos, materiais de laboratório e fibras de vidro.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Unidades tetraédricas silicato: A unidade estrutural dos silicatos é o tetraedro “SiO4”, no qual um átomo de silício é cercado, tetraedricamente, por quatro oxigênios.

? Unidades tetraédricas duplas: A segunda das formas de superar a deficiência de elétrons produz uma unidade tetraédrica dupla. Um dos oxigênios é compartilhado por dois tetraedros obtidos de átomos metálicos adjacentes.

? Estruturas em cadeia: Imediatamente se percebe que, se um dos átomos de oxigênio pode ser compartilhado por dois tetraedros adjacentes, isso também é possível para os demais. Podendo ter, em teoria, comprimentos infinitos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Estruturas em camadas: O arranjo das unidades tetraédricas segundo um plano, ao invés de segundo uma linha, torna possível as estruturas de muitos minerais cerâmicos tais como argilas, micas e talcos.

? Estruturas tridimensionais: A repetição das unidades tetraédricas nas três direções produz uma estrutura tridimensional. Nessas estruturas, cada oxigênio está compartilhado por dois tetraedros adjacentes e, obviamente, cada silício cercado por quatro oxigênios.

? Estruturas vítreas: O vidro é um silicato vítreo. Da mesma forma que um líquido, é um material amorfo, mas ao contrário dos líquidos mais comuns, o vidro tem uma estrutura tridimensional contendo ligações covalentes. Consequentemente é mais rígido que a maior parte dos líquidos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.1.3) Estrutura do Carbono

O carbono é o sexto elemento da tabela periódica, ele possui dois isótopos estáveis (com números de massa 12 e 13) e 4 radioativos (números de massa 10, 11, 14 e 15). Na natureza, há formas menos puras de carbono, como o coque e o negro-de-fumo e duas formas alotrópicas puras: o diamante e a grafite, diferindo entre si quanto à organização cristalina em que se apresentam.

? Diamante: É extremamente duro e forma cristais altamente refrativos. A dureza do diamante resulta da sua estrutura cristalina covalente, na qual, cada átomo de carbono está ligado covalentemente e muito próximo a quatro outros, situados nos vértices de um tetraedro, criando uma macromolécula tridimensional.

? Grafite: Ocorre naturalmente e também pode ser obtida pelo processo de Acheson, que envolve o aquecimento de coque com argila para formar carbeto de silício, SiC, que perde o silício a 4150°C, ficando o grafite. No grafite, os átomos de carbono estão arranjados em camadas e cada átomo está circundado por outros três, com os quais forma ligações simples ou duplas. As camadas são mantidas juntas por forças fracas de Van der Waals. O grafite é um bom condutor de calor e eletricidade ao longo das camadas. Tem várias aplicações incluindo contatos elétricos, equipamentos para altas temperaturas e lubrificantes sólidos. Grafite misturado com argilas constitui a mina dos lápis.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Fulereno: Forma alotrópica do Carbono descoberta em 1985. Existe como moléculas discretas que formam uma estrutura oca com 60 átomos de carbono. A estrutura molecular lembra uma bola de futebol e é constituída de 20 hexágonos e 12 pentágonos arranjados de modo que entre dois pentágonos não haja uma aresta comum. O material C60 no estado sólido está arranjado numa estrutura cúbica de faces centradas, resultando num material mole e com baixa condutividade elétrica.

2.1.4) Imperfeições das Cerâmicas As propriedades dos materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições, devido a isso, é necessário o estudo dos tipos de imperfeições existentes.

Todos os materiais possuem um grande número e vários tipos de defeitos ou imperfeições, muitas propriedades dos materiais são influenciadas pelos desvios da

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software cristanilidade perfeita. As propriedades dos materiais nem sempre são prejudicialmente influenciadas, características específicas podem ser introduzidas pela adição controlada de uma determinada imperfeição. As imperfeições cristalinas geram irregularidades na rede em uma ou mais direções com dimensões na ordem de um diâmetro atômico.

A classificação das imperfeições cristalinas está relacionada com a dimensão ou a forma destas. Podendo ser classificadas em: Imperfeições cristalinas pontuais;

Nas cerâmicas os defeitos pontuais ocorrem de maneira similar aos metais, entretanto, como os materiais cerâmicos possuem no mínimo 2 tipos de íons (cátions e ânions), os defeitos pontuais podem aparecer para cada um desses tipos.

Eletroneutralidade é o estado que ocorre quando há um número igual de cargas positivas e negativas dos íons, em conseqüência disso, os defeitos nos materiais cerâmicos nunca ocorrem sozinhos. Neste caso, a compensação de carga leva à formação de vazios, para manter o composto neutro.

Outros tipos de imperfeições são os Defeitos Frenkel e Schottky, aquele é um tipo de defeito que envolve uma vacância catiônica e um par de cátions intersticiais, este é um defeito causado por um par de vacâncias, uma catiônica e outra aniônica.

Vale saber que a não-estequimetria pode alterar a eletroneutralidade do mateiral, ela ocorre quando o íon possui mais uma carga de valência e gera um excesso de cargas elétricas localizadas, podendo causar algum tipo de defeito.

A deformação plástica é muito rara nas cerâmicas, já que o escorregamento causa a aproximação das coroas eletrônicas que são repelidas impedindo a deformação plástica, sem contar os poucos planos de escorregamento existentes. As poucas cerâmicas que possuem escorregamento, são monocristais, onde o escorregamento ocorre a curta distância logo refazendo a ordem cristalina e são em cerâmicas do tipo sal de rocha ou do tipo fluorita, com pouca importância em aplicações estruturais.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.1.5) Difusão em Compostos Iônicos

A difusão nas cerâmicas, por serem compostos formados por íons, ocorre geralmente através de um mecanismo por lacunas, com o objetivo de manter a neutralidade das cargas do material. As lacunas de íons ocorrem em pares, se formam em compostos não-estequiométricos, e são criadas por íons de impurezas substituicionais que possuem estados de carga diferentes daquelas dos íons hospedeiros. Uma transferência de carga elétrica está associada ao movimento de difusão de um único íon. Para manter a neutralidade desejada no local das cargas na vizinhança desse íon em movimento, é necessário que uma outra espécie com uma carga igual e oposta acompanhe o movimento de difusão do íon.

2.1.6) Diagramas de Fases das Cerâmicas 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. Assim como os metais a maioria dos materiais cerâmicos não é pura, contém impurezas ou adições que resultam em soluções sólidas fases não cristalinas ou fases multi-cristalinas.

Através dos diagramas de fases, é possível: se determinar a temperatura de fusão de cada composto puro; a influência da temperatura de fusão quando dois compostos são misturados; a presença ou não e o grau das soluções sólidas; interação de dois compostos formando outros compostos, como por exemplo, SiO2 + Al2O3 formando a mulita; a temperatura onde ocorre troca de estrutura cristalina (polimorfismo); a quantidade e a

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