Caracterização dos Materiais Cerâmicos

As propriedades dos materiais cerâmicos são determinadas pelas características atômicas e microestruturais dos materiais que o compõem. Essas características são influenciadas pela seleção das matérias-primas e pelo processo de fabricação (REED, 1985).

3.4.1 Distribuição do Tamanho de Partículas

Uma amostra na forma de pó é formada por uma numerosa quantidade de partículas individuais e aglomerados que tendem a possuir uma distribuição contínua de tamanhos compreendidos entre um intervalo de dimensão. O controle da distribuição de tamanho de partículas de um material particulado, juntamente com outras características como a forma e o estado de agregação das partículas, são de fundamental importância na obtenção de um produto acabado de qualidade (NAVARRO et al., 1985). As partículas sólidas constituintes das matérias- primas cerâmicas apresentam uma grande variedade de formas e de estados de agregação. O tamanho de partícula tem uma forte influência na densidade após compactação, plasticidade, resistência mecânica e porosidade (REED, 1985).

Com a determinação do número percentual de partículas que se apresentam com um determinado tamanho, dentro do intervalo, obtém-se uma curva de distribuição de tamanho denominada curva de freqüência. A porcentagem pode ser medida levando-se em consideração o número, o volume, a superfície específica e a massa de partículas que possuem um determinado tamanho em relação ao total. A medida da distribuição do tamanho de partícula pode ser realizada pelas técnicas de peneiramento, contador de Couter, difração a laser ou microscopia de análise de imagens (JUNIOR, 1997).

3.4.2 Absorção de Água

A absorção de água de um material cerâmico sinterizado é um parâmetro utilizado para medir a porosidade aberta e avaliar a fundência do material. Define-se como o ganho em massa,

expresso em porcentagem, que as peças apresentam quando introduzidas em água em ebulição durante um período determinado.

A Tabela 3.2 apresenta a classificação dos revestimentos cerâmicos segundo a norma NBR 13818 (1997) em relação aos grupos de absorção de água.

Tabela 3.2 - Classificação e definição dos revestimentos cerâmicos em relação aos grupos de absorção de água.

Grupos Absorção de água (%) Definição do Produto

BIa 0<AA≤0,5 Porcelanato

BIb 0,5<AA≤3 Grês

BIIa 3<AA≤6 Semi-grês

BIIb 6<AA≤10 Semi-poroso

BIII AA>10 Poroso

3.4.3 Expansão por Umidade

A expansão por umidade é o termo técnico para designar o aumento das dimensões das peças cerâmicas, quando estas, em contato com a umidade, adsorvem água na superfície de seus poros e capilares. A expansão por umidade está relacionada tanto com a composição quanto com a estrutura física do corpo cerâmico (LIRA, 1997). Em quantitativos, é expressa como ∆l/l, onde ∆l é a medida da variação do comprimento, resultante da expansão, e l é o comprimento inicial da

peça anterior à expansão (NBR 13818, 1987).

3.4.4 Retração Linear

A retração linear ocorre devido a uma densificação do material, em decorrência do coalescimento das partículas e da formação de fase líquida durante a sinterização. A fase líquida, formada durante a sinterização, diminui sua viscosidade à medida que aumenta a temperatura,

preenchendo os vazios entre as partículas, permitindo uma diminuição da porosidade e uma maior densificação da peça.

3.4.5 Densidade e Porosidade

A densidade pode ser considerada como uma das mais importantes propriedades do processamento cerâmico. A densidade de um material que contém porosidade microestrutural nula (considerando múltiplas fases e defeitos na estrutura) é chamada de densidade teórica. A densidade aparente é uma medida da densidade do corpo que inclui todas as porosidades, defeitos de retículo e de fases.

A densidade aparente do corpo compactado interfere diretamente nos resultados de módulo de ruptura à flexão (MRF) a seco e, após a sinterização, na retração linear e absorção de água (CORREIA, 1986). O ensaio de densidade dos corpos de prova a seco tem por finalidade avaliar o estado de compactação obtido. A metodologia mais utilizada para medir a densidade aparente é a imersão em líquidos (AMORÓS, 1998).

Relacionando diferentes pressões de compactação empregadas, a densidade aparente após a secagem aumenta linearmente com o aumento da pressão de compactação. Como a densidade do compactado é dada pela razão entre a massa e o volume do mesmo e a massa permanece constante durante a compactação, a forma de se aumentar a densidade é através do volume. Portanto, a densificação depende da facilidade com que os grânulos se deformam plasticamente, ou seja, da sua plasticidade (AMORÓS, 1983).

A picnometria de hélio é largamente utilizada para determinar a densidade teórica de pós. Essa técnica baseia-se no princípio de Archimedes para deslocamento de fluidos e na Lei de Boyle para a determinação do volume. O fluido é um gás que pode penetrar nos poros mais finos, adquirindo com isso uma máxima precisão. Por essa razão o gás hélio é recomendado, uma vez que as pequenas dimensões atômicas asseguram uma penetração entre as cavidades e poros com dimensões de aproximadamente 1 Å (BORASCHI et al., 1996). Duas das principais vantagens do

picnômetro de hélio sobre o tradicional picnômetro com líquido são a facilidade e a rapidez com que o gás penetra nos diminutos espaços entre as partículas, por mais fino que seja o pó.

Segundo CASAGRANDE (2002), a absorção de água e a retração linear de queima diminuem com o aumento da densidade da peça seca e o módulo de ruptura à flexão aumenta. A densidade aparente do pó cerâmico aumenta com uma conveniente distribuição do tamanho de partículas, principalmente com a maior quantidade de partículas finas. Entretanto, a presença de partículas mais finas não pode ser exagerada, sob conseqüência de provocar-se uma separação de partículas finas, resultando em maior porosidade.

A porosidade (aberta, fechada e total) é um importante parâmetro de densidade. Esta propriedade pode ter uma forte influência nas propriedades de um material cerâmico, como por exemplo, reduzir a resistência e permitir a permeabilidade de gases ou líquidos. As técnicas mais utilizadas para avaliar a porosidade do material cerâmico são a porosimetria de mercúrio e a análise microscópica (análise de imagens) (REED, 1995).

3.4.6 Superfície Específica

A área superficial específica é a área superficial das partículas por unidade de massa ou volume do material. A importância dessa característica consiste no fato de que qualquer reação entre as partículas ou entre elas e o meio circunvizinho se inicia nas suas superfícies, de modo que a operação de sinterização será afetada pela reação entre a área superficial e o volume da partícula. A reatividade no estado sólido e sólido-líquido é proporcional à área superficial (REED, 1985). A medida da área superficial específica é geralmente realizada por adsorção física de um gás ou por adsorção química de um corante.

3.4.7 Plasticidade

Entende-se por plasticidade a propriedade de um material úmido deformar-se (sem se romper) pela aplicação de uma tensão de cisalhamento, sendo que a deformação permanece

quando a tensão aplicada é retirada (REED, 1985). A avaliação da plasticidade é feita através da medida de outras propriedades da argila, correlacionadas com a plasticidade.

3.4.8 Resistência à Flexão

O módulo de ruptura é uma característica intrínseca da peça cerâmica. A resistência mecânica de um material determina as limitações do mesmo para aplicações onde o material é solicitado para sustentar uma carga (ACCHAR, 2000). No caso de materiais cerâmicos tradicionais, a medida da resistência mecânica é realizada geralmente por flexão. Segundo PADILHA (1997), a presença de porosidade e de fase vítrea na estrutura dos materiais cerâmicos tradicionais tem um efeito de redução da resistência mecânica. A Tabela 3.3 apresenta a realação entre o módulo de ruptura à flexão (MRF) e as classes de absorção de água de cerâmicas de revestimento (ISO 13006, 1998).

Tabela 3.3 – Módulo de ruptura à flexão (MRF) em relação a classes de absorção de água de cerâmicas de revestimento.

Grupos de Absorção MRF (MPa) Uso recomendado Tipo de Produto

Ia 35-51 Piso e Parede Porcelanato

Ib 30-45 Piso e Parede Grês

IIa 22-35 Piso e Parede Semi-grês

IIb 15-22 Parede Semi-poroso