Processamento de Materiais Particulados Dachamir Hotza

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Processamento de Materiais Particulados

• Dachamir Hotza
• Universidade Federal de Santa Catarina

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1 INTRODUÇÃO

• 1.1 Breve histórico

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Cerâmica origem, antiguidade

• Keramos coisa queimada (grego)
• 5000 A.C. artefatos de argila (earthenware),
  louça de barro (pottery)
• 3500 A.C. torno de oleiro
• 1000 A.C. porcelana (China)

Norton,1952 Reed, 1995
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Idade contemporânea

• Séc. 18 porcelana (Alemanha), colagem, extrusão,
  forno túnel
• Séc. 19 mecanização, microscopia ótica, cones
  pirométricos
• Séc. 20 raios X, microscopia eletrônica,
  materiais sintéticos, automatização

Norton,1952 Reed, 1995
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Metalurgia do pó origem

• Metalurgia do pó mais antiga do que metalurgia
  convencional (fundição)!
• 440 A.C. pinos de ferro no Parthenon, Atenas,
  Grécia
• 300 D.C. coluna de ferro esponja (6 ton!)
  Qutub-Minar, Delhi, Índia
• Com o advento de processos de fundição a MP
  permaneceu dormente por muitos séculos

Thümmler, 1993
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Metalurgia do pó século 20

• 1910 filamento de lâmpada elétrica de W,
  sinterizado a 3000C
• 1923 metal duro (WC 3-25 Co), sinterizado a
  1400C
• 1928 buchas autolubrificantes (90 Cu 10 Sn
  grafite)
• 1938 peças estruturais de Fe e aço
• Final do séc. 20 compósitos (cermets), cerâmica
  avançada

Norton,1952 Reed, 1995
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1 INTRODUÇÃO

• 1.2 Materiais particulados cerâmica e metalurgia
  do pó

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Materiais particulados

• Materiais particulados (powder materials) são
  obtidos através da conformação de um pó, cuja
  forma é densificada pelo emprego de altas
  temperaturas
• Obtenção/preparação do pó
• Conformação
• Densificação

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Materiais cerâmicos

• Materiais cerâmicos são inorgânicos
  não-metálicos
• Cristalinos
• Não-cristalinos (vidros)
• Parcialmente cristalinos (vitrocerâmicos)
• Argamassas (cimento, cal, gesso)

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Cerâmica, vidro, argamassa
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Cerâmica tradicional x avançada
Barsoum, 1997 Reed, 1995
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Cerâmica definição tradicional

• Minerais de composição inconstante e pureza
  duvidosa são expostos a um tratamento térmico
  não-mensurável, que dura o suficiente para
  permitir que reações desconhecidas ocorram de
  modo incompleto, formando produtos heterogêneos e
  não-estequiométricos, conhecidos com o nome de
  materiais cerâmicos.

Gugel apud Claussen, 1995
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Cerâmica definição moderna

• Materiais cerâmicos são compostos sólidos
  formados pela aplicação de calor, algumas vezes
  calor e pressão, constituídos por ao menos
• um metal (M) e um sólido elementar não-metálico
  (SENM) ou um não-metal (NM),
• dois SENM, ou
• um SENM e um não-metal (NM)

Barsoum, 1997
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Metais e não-metais

• Metais (M) Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al...
• Não-metais (NM) N, O, H, halogênios, gases
  nobres...
• Sólidos elementares não-metálicos (SENM)
  isolantes (B, P, S, C ) ou semicondutores (Si,
  Ge)

Barsoum, 1997
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Tabela periódica dos elementos
Schaffer, 199927
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Tabela periódica dos elementos
Schaffer, 199927
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Exemplos de combinações

• M NM MgO, Al2O3, BaTiO3, YBa2Cu3O7...
• M SENM TiC, ZrB2...
• SENM SENM SiC, B4C
• SENM NM SiO2, Si3N4

Barsoum, 1997
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Cerâmica, vidro, argamassa
pó
forma
calor
pó
calor
forma
calor
pó
forma
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Cerâmica tradicional x avançada
Matérias-primas
Aplicações
Proces-samento
Proprie-dades
Estrutura
Cerâmica
Naturais, minerais industriais (lt98 pureza)
Materiais de construção, produtos domésticos
Prensagem, extrusão, torneamento, colagem queima
Mecânica, estética
Hetero-gênea, porosa
Tradicional (silicatos)
Barsoum, 1997 Reed, 1995
Produtos químicos industriais (gt98 pureza)
Produtos funcionais
Prensagem isostática, moldagem por injeção, tape
casting sinterizacão, reaction bonding
Elétrica, magnética, nuclear, ótica, mecânica,
térmica, química, biológica
Homogênea, densa
Avançada (alto de-sempenho, alta tecno-logia)
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1 INTRODUÇÃO

• 1.3 Comparação entre materiais

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Processamento, estrutura, propriedades
processamento
estrutura
propriedades
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Materiais estrutura e propriedades
Van Vlack,1973
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Ligações atômicas

• Ligações primárias (100 kcal/mol)
• metálica nuvens de elétrons
• iônica doação/recepção de elétrons
• covalente compartilhamento de elétrons
• Ligações secundárias (lt10 kcal/mol)
• Van der Waals dipolodipolo

Van Vlack, 1973
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Ligações atômicas
Van Vlack, 1973







































(d) van der Waals
(a) metálica
(b) iônica
(c) covalente
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Materiais cristalinos e amorfos

• Materiais cristalinos sólidos que apresentam
  ordem de longo alcance (periodicidade maior que
  comprimento de ligações)
• Monocristalinos
• Policristalinos (contornos de grãos)
• Materiais amorfos, vítreos, não-cristalinos
  sólidos que não apresentam ordem de longo alcance
  

Barsoum, 1997
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Estruturas cristalinas e amorfas
Barsoum, 1997
Cristalina Amorfa
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Esquema de policristal
Barsoum, 1997
Contornos de grão
Grão
Orientação da célula unitária no grão A
Grão A
Grão B
Orientação da célula unitária no grão B
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Estabilidade térmica e química
Barsoum, 1997
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Condutividade elétrica
Callister, 1997
30
Condutividade térmica
Callister, 1997
31
Módulos de elasticidade
Callister, 1997
32
Resistência mecânica
Callister, 1997
33
Deformação
Callister, 1997
34
Tenacidade à fratura
Callister, 1997
35
1 INTRODUÇÃO

• 1.4 Produtos e aplicações

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Produtos e aplicações

• Térmica
• Elétrica
• Magnética
• Ótica
• Nuclear
• Química
• Biológica
• Mecânica
• Estética

Barsoum, 1997 Reed, 1995
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Funções térmicas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
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Funções elétricas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
39
Funções magnéticas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
40
Funções óticas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
41
Funções nucleares
Barsoum, 1997 Reed, 1995
42
Funções químicas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
43
Funções biológicas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
44
Funções mecânicas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
45
Funções estéticas
Barsoum, 1997 Reed, 1995
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1 INTRODUÇÃO

• 1.4 Processamento industrial por tecnologia do pó

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Fluxograma genérico
Reed, 199512
48
Conformação prensagem
Lee, 199429
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Conformação plástica
Lee, 199429
50
Conformação colagem
Lee, 199429
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Revestimento cerâmico

• Rota A
• Rota B
• Rota C

Ring, 19962
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Revestimento cerâmico A
Matérias-primas
Dosagem
Aditivos
Moagem/mistura a úmido
Reciclo

• Via úmida
• Prensagem

Ring, 19962
Atomização
Prensagem
Secagem
Acabamento superficial
Tratamento térmico
Acabamento superficial final
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Revestimento cerâmico B

• Via úmida
• Extrusão

Ring, 19962
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Revestimento cerâmico C

• Via seca
• Prensagem

Ring, 19962
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Revestimento cerâmico A, B
Matérias-primas
Dosagem
Aditivos
Moagem/mistura a úmido
Reciclo

• Via úmida
• Prensagem ou extrusão

Ring, 19962
Atomização
Filtro-prensagem
Mistura/deaeração
Conformação plástica
Prensagem
Secagem
Secagem
Acabamento superficial
Acabamento superficial
Tratamento térmico
Acabamento superficial final
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Revestimento cerâmico via úmida
Ring, 19962