2 MAT

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2 MATÉRIAS-PRIMAS

• 2.1 Classificação

2
Classificação

• Naturais obtidos através de operações físicas
• Argila, feldspato...
• Sintéticas obtidos através de processos
  químicos, a partir de
• Matérias-primas naturais (magnesita, calcita...)
• Outras matérias-primas sintéticas (alumina,
  zircônia...)

Ring, 199627
3
Tipos de matérias-primas
Reed, 199536
4
2 MATÉRIAS-PRIMAS

• 2.2 Matérias-primas naturais

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Argilas e argilominerais

• Argila matéria-prima natural constituída
  principalmente de argilominerais, tendo outros
  minerais como impurezas
• Argilominerais aluminossilicatos hidratados que
  podem ser dispersos em partículas finas e
  desenvolvem plasticidade quando misturados com
  água
• Exemplos caulinita, halloysita, pirofilita,
  montmorillonita, mica, ilita

Ring, 199627
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Silicatos

• Silicatos materiais compostos primariamente de
  silício e oxigênio
• Silicatos simples, fórmula unitária SiO4-4, p.
  ex. forsterita (Mg2SiO4)
• Silicatos em camada, fórmula unitária (Si2O5)2-,
  p. ex. argilominerais

Callister, 1997383
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Argilominerais e outros silicatos
Mineral Fórmula química (estrutural ou em óxidos)
Caulinita Al2(Si2O5)(OH)4 ou Al2O32SiO22H2O
Halloysita Al2(Si2O5)(OH)42H2O ou Al2O32SiO24H2O
Pirofilita Al2(Si2O5)2(OH)2 ou Al2O34SiO2H2O
Montmorillonita (Al1,67Na0,33Mg0,33)(Si2O5)2(OH)2 ou 5/6Al2O31/6Na2O1/3MgO4SiO2H2O
Mica moscovita Al2K(Si1.5Al0.5)2(OH)2 ou 3/2Al2O3K2O3SiO2H2O
Talco Mg3(Si2O5)2(OH)2 ou 3MgO4SiO2H2O
Reed, 199538
8
Tetraedro silício-oxigênio SiO44-
Callister, 1997383
9
Camada de silicato (Si2O5)4-
Callister, 1997386
10
Estrutura da caulinita
Callister, 1997387
11
Argilominerais
Reed, 199552
12
Caulinita microestrutura
Norton, 19528
13
Caulinita

• Tipo Silicato de alumínio hidratado de estrutura
  lamelar, argilomineral
• Composição Al2(Si2O5)(OH)4
• Reações
• gt500C se decompõe em metacaulinita, Al2O32SiO2
• gt900C forma mulita, 3Al2O32SiO2, e alumina
• gt1150C forma cristobalita
• Propriedades e aplicação
• Plasticidade na etapa de conformação

Norton, 1952131
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Talco

• Tipo Silicato de magnésio hidratado de estrutura
  lamelar, similar a argilomineral
• Composição Mg3(Si2O5)2(OH)2
• Reações
• 1000C se decompõe em protoenstatita, MgSiO3, e
  enstatita, MgOSiO2
• 1547C se funde
• Propriedades e aplicação
• Alto coeficiente de expansão térmica, usado na
  formulação de azulejos e esmaltes

Ring, 199631
15
Feldspatos
Mineral Fórmula química (estrutural ou em óxidos)
Ortoclásio K(AlSi3)O8 ou 1/2K2O1/2Al2O33SiO2
Albita Na(AlSi3)O8 ou 1/2Na2O1/2Al2O33SiO2
Anortita Ca(Al2Si2)O8 ou CaOAl2O32SiO2
Ring, 199631
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Feldspatos

• Tipo Silicatos de alumínio anidros
• Composição
• K2OAl2O36SiO2 (ortoclásio) K2OAl2O36SiO2
  (albita), CaOAl2O32SiO2 (anortita)
• Reações
• 800-1000C apresenta uma composição próxima do
  eutético (ortoclásio, feldspato potássico)
• Propriedades e aplicação
• Fundentes, insolúveis em água, formadores de fase
  vítrea em corpos cerâmicos e esmaltes

Ring, 199631
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Sílica formas polimórficas
Mineral Observação
Quartzo Forma mais comum
Cristobalita Menos comum, mais impura que quartzo
Tridimita Rara na natureza
Sílica vítrea Rara na natureza, importante produto manufaturado
Van Vlack, 196440
18
Sílica cristobalita e tridimita
Van Vlack, 196440
19
Cristobalita inversão
Van Vlack, 196452
20
Sílica cristalina e amorfa
Callister, 199757
21
Sílica transformação de fases
Norton, 1952132
22
Sílica dilatação de fases
Van Vlack, 1964141
23
Quartzo

• Tipo forma mais comum de sílica, cristais de
  alta pureza gt10 cm
• Composição SiO2 (fases ? e ?)
• Reações
• 550C inversão ?-?
• 1650C se funde
• Propriedades e aplicação
• Dureza, alto ponto de fusão, abilidade de formar
  vidro, usado para prover uma massa sólida ao
  redor da qual a fase vítrea mantém o corpo coeso
  (estabilidade dimensional)

Ring, 199632
24
Triaxial cerâmico
Norton, 195215
25
Funções dos componentes

• Argilomineral plasticidade
• caulinita, ilita, montmorilonita
• Silica estabilidade dimensional
• quartzo
• Feldspato fusibilidade
• ortoclásio, albita

26
2 MATÉRIAS-PRIMAS

• 2.3 Matérias-primas sintéticas

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Produção de pós cerâmicos

• Reações no estado sólido
• hidróxidos, carbonatos, sulfatos ? óxidos
• metais ou óxidos C ? carbetos
• Reações sólido-gás
• Metais O2 ? óxidos
• Metais hidrocarbonetos ? carbetos
• Metais N2 ou NH3 ? nitretos
• Reações em fase gasosa
• Hidrólise de haletos ? SiO2 ou TiO2
• Processos de fundição
• Al2O3, ZrO2

Thümmler, 199352
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Pós a partir de soluções

• Precipitação e filtração
• Pós cerâmicos e metálicos
• Reações hidrotérmicas
• Soluções de ZrOCl2 ? ZrO2
• Vaporização do solvente/desidratação
• Secagem por spray ou congelamento
• Processos sol-gel
• Gotas de líquido ? estado gelatinoso ? pó

Thümmler, 199353
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Pós cerâmicos industrializados

• Alumina (processo Bayer)
• Bauxita NaOH ? Al(OH)3 ? Al2O3
• Zircônia
• ZrSiO4 NaOH ? Na2ZrO3 ? ZrO2
• Carbeto de silício (processo Acherson)
• SiO2 3C ? SiC 2CO
• Nitreto de silício
• 3SiO2 6C 2N2 ? Si3N4 6CO

Reed, 199540
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Pós ultrafinos (nanocristais)

• Reações em fase gasosa
• Si3N4, SiC
• Redução em H2 de cloretos metálicos
• Ag, Cu, Ni, W
• Evaporação/condensação
• Fe, FeNi
• Processamento de soluções

Thümmler, 199358
31
Whiskers e fibras curtas

• Redução em H2 de cloretos metálicos
• 2FeCl3 3H2 ? 2Fe 3HCl
• Processo vapor-líquido-sólido
• Al2O3, SiC, Si3O4
• Pirólise de casca de arroz
• SiC

Thümmler, 199359
32
Pós nanométricos e whiskers
Thümmler, 199360
ZrO2 (lt0,5 µm)
whiskers de SiC