O que é uma Cerâmica de Vidro?
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Os materiais cerâmicos de vidro foram desenvolvidos pela primeira vez nas Fábricas de Vidro de Milho e partilham propriedades tanto do material de vidro dos pais como dos materiais policristalinas. Neste artigo vemos como diferem dos materiais de vidro, como são produzidos, algumas composições típicas e suas aplicações.
Materiais de vidro
Quando pensamos em materiais de vidro, tendemos a pensar em janelas em edifícios, casas e transportes. Embora isto seja verdade, existem muitos tipos diferentes de óculos, com composições variadas.
Os materiais de vidro são geralmente transparentes e muito frágeis (quando não são tratados com calor). A transparência resulta da falta de limites de cereais e poros na estrutura do vidro. Esta falta de limites de cereais também leva à fragilidade, uma vez que as fissuras podem propagar-se sem entraves.
Outra característica dos óculos é a sua falta de ordem na sua estrutura, ou seja, os átomos e moléculas são organizados aleatoriamente. Isto pode ser evidenciado numa análise de difração de raios-X (XRD), onde um vidro não apresentará picos claramente definidos. Um material cristalino, por outro lado, exibe ordem na sua estrutura e geralmente produz picos bem definidos quando analisados por XRD.
A falta de cristalidade na sua estrutura leva a que sejam referidos como amorfos ou vítreos.
Materiais Cerâmicos de Vidro
Os materiais cerâmicos de vidro têm as mesmas composições químicas que os óculos, mas diferem deles na medida em que são tipicamente 95-98% cristalinos em volume, com apenas uma pequena percentagem vítrea. Os cristais em si são geralmente muito pequenos, menos de 1μm e, na maioria das vezes, muito uniformes em tamanho. Além disso, devido à sua cristalidade e à sua rede de limites de cereais, já não são transparentes.
Propriedades de Materiais Cerâmicos de Vidro
Os materiais cerâmicos de vidro são tipicamente caracterizados por:
- Alta força
- Alta resistência ao impacto
- Baixo co-eficiente da expansão térmica, por vezes até co-eficiente negativo da expansão térmica
- Boa resistência ao choque térmico
- Uma gama de propriedades óticas, do translúcido ao opaco e às vezes opalescência.
Produção de Materiais Cerâmicos de Vidro
Os componentes cerâmicos de vidro são formados utilizando os mesmos processos aplicáveis aos componentes de vidro. Para convertê-los de um material de vidro vítreo num material cerâmico cristalino de vidro devem ser tratados ou devitrificados ao calor.
A devitrificação pode ocorrer espontaneamente durante o arrefecimento ou em serviço, mas é mais comummente incorporada para produzir cerâmica de vidro. Envolve aquecer o produto de vidro formado a uma temperatura suficientemente alta para estimular os cristais a nuclear em todo o vidro. A temperatura é então aumentada, o que induz o crescimento dos núcleos, cristalizando o restante vidro.
A nucleação requer um número crítico de átomos convergindo para formar um núcleo. Quando o núcleo atinge o tamanho crítico, ocorre a nucleação. Em muitas composições de vidro, o núcleo é dificultado pelo facto de o material ser à base de sílica e altamente viscoso, dificultando a junção dos átomos necessários. As composições cristalinas também podem ser complexas tornando a nucleação difícil. Estes fatores ajudam a formação e arrefecimento do vidro sem cristalização.
O tratamento térmico de devitrificação deve ser cuidadosamente controlado para garantir a formação do número máximo de núcleos e que estes núcleos se transformem numa estrutura cristalina fina uniforme. Para obter uma elevada concentração de núcleos em toda a estrutura, é comum adicionar um agente nucleante à composição de vidro.
Agentes nucleating
Os agentes nucleating mais comuns são TiO2 e ZrO2. Outros materiais que têm sido usados para agentes nucleating incluem P2O5,grupo platina e metais nobres e alguns fluoretos.
Composições cerâmicas de vidro
Embora existam muitas composições cerâmicas de vidro diferentes, existem 3 famílias principais:
- LAS – Uma mistura de óxidos de lítio, alumínio e silício (Li2O-Al2O3-SiO2),com outros agentes formadores de vidro (por exemplo, Na2O, K2O e CaO).
- MAS – Uma mistura de óxidos de magnésio, alumínio e silício (MgO- Al2O3-SiO2) com agentes formadores de vidro
- ZAS – Uma mistura de zinco, alumínio e óxidos de silício (ZnO- Al2O3-SiO2) com agentes formadores de vidro
Aplicações de Cerâmica de Vidro
Algumas aplicações de cerâmica de vidro incluem:
- Radomes – feito de Corning 9606 (2MgO.2) Al2O3, sistema cordierite)
- Utensílios de cozinha, utensílios de cozinha e fogões – feitos a partir de Corning 9608 (sistema ß-spodumene)
- Espelhos telescópicos – feitos de Owens-Illinois Cer-vit (sistema ß-quartz)
- Isoladores – fabricados a partir do Sistema General Electric Re-X (sistema Li2O.2SiO2)
- O vidro bioativo para biomateriais – Bioglass 45S5 (46,1 mol% SiO2, 26,9 mol% CaO, 24,4 mol% Na2O e 2,5% P2O5) foi aprovado pela FDA e resultaram muitas variações diferentes nesta composição.
- Componentes de engenharia – feitos de Macor, uma cerâmica de vidro máquina
Referências
- Como são definidas as cerâmicas de vidro, cerâmica e vidro? – IWT Global
- Introdução à Cerâmica, Segunda Edição, Kingery W.D, Bowen H.K. e Uhlmann D.R., John Wiley & Sons, 1976.
- A Ciência e Design de Materiais de Engenharia, Schaffer J.P et al, Richard D. Irwin Inc, 1995
- Engenharia Cerâmica Moderna, Richardson D.W., Marcel Dekker Inc., 1992.
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