Processamento Cerâmico

A obtenção de um produto depende de fatores materiais e não materiais, como por exemplo, os aspectos econômicos do mercado, a resposta dos consumidores, as tolerâncias dimensionais, a qualidade aparente e a produtividade. A fabricação dos produtos cerâmicos constitui uma complexa interação entre matérias-primas, processos tecnológicos, pessoas e investimentos (FONSECA, 2000).

Os parâmetros de processo afetam significativamente as propriedades tecnológicas das massas cerâmicas, a seco e no produto sinterizado. Além da composição químico-mineralógica, é de grande importância um controle das variáveis nas etapas de moagem, compactação, secagem e das condições de sinterização.

3.3.1 Formulação do Sistema

Uma massa cerâmica pode ser considerada adequada quando a relação entre as matérias- primas plásticas e as matérias-primas não plásticas é tal que confira à peça conformada uma suficiente resistência a verde e a seco. A massa cerâmica deve possuir uma adequada composição química e mineralógica, de maneira que as transformações físico-químicas que ocorrem durante o processo de queima forneçam ao produto acabado as propriedades desejadas.

Os diagramas de fases constituem um método claro e conciso de representar graficamente o estado de equilíbrio para uma dada composição, temperatura e pressão (KINGERY et al., 1976). A utilização dos diagramas de equilíbrio de fases no estudo dos materiais cerâmicos torna- se cada vez mais importante. Nesses materiais, parte-se de matérias-primas granulares, quase sempre de diferentes composições e várias granulometrias, que são conformadas de alguma

maneira antes da sinterização. Após a etapa de sinterização, em algumas áreas limitadas da estrutura surgirão novas fases cristalinas, em outras a fusão terá sido completa e, em outras, a matéria-prima inicial pode encontrar-se inalterada. Informações importantes podem ser obtidas através de diagramas de fases, como (SEGADÃES, 1987):

a) temperatura de fusão de cada componente puro;

b) temperatura de fusão quando dois ou mais compostos são misturados;

c) quantidades e composição de fases líquidas e sólidas a uma específica temperatura e fração mássica dos componentes;

d) interação de dois compostos para formar um terceiro composto (ex.: SiO2 e Al2O3 para formação da mulita, 3Al2O3.2SiO2).

3.3.2 Processo de Moagem

O estado de aglomeração das matérias-primas plásticas e a granulometria grosseira dos materiais duros constituem impedimentos à obtenção de misturas uniformes, homogêneas e reativas. Na etapa de moagem, utilizam-se duas tecnologias distintas para a moagem das matérias-primas, moagem via úmido e moagem via seco (FONSECA, 2000).

No processo via úmida, quase sempre, a seleção de matérias-primas para a mistura busca obter uma cor de queima branca para a base produzida. As matérias-primas são moídas junto com uma quantidade de água suficiente para transformá-las em uma suspensão cerâmica bastante homogênea, a qual será submetida a um atomizador transformando a mistura em um pó atomizado com teores apropriados de umidade (COELHO, 1996; BARBA et al., 2002).

Na moagem via seca, a massa básica é formada por dois ou três tipos diferentes de argilas, resultantes das alterações naturais associadas com a mineralogia da argila. As matérias-primas com alto teor de umidade são secas e levadas a um moinho, onde são reduzidas a tamanhos de partículas apropriados. Posteriormente, o pó é umidificado e granulado. Após a moagem, umidificação, prensagem e sinterização, resultam em produtos de queima vermelha para a base produzida (COELHO, 1996; BARBA et al., 2002). Em relação à homogeneidade das suas

propriedades, o pó granulado apresenta desvantagens em relação ao pó atomizado. No entanto, a considerável economia de energia associada ao seu processamento e as vantagens no gerenciamento desse processo produtivo, constituem vantagens para a aplicação mais difundida da tecnologia de utilização de pós granulados (NASSET et al., 1993).

3.3.3 Prensagem

A conformação por prensagem é hoje o processo de conformação mais utilizado na indústria cerâmica, não só porque atende satisfatóriamente às exigências técnicas dos consumidores dos produtos, mas também porque permite uma maior racionalidade nos circuitos de fabricação, levando a índices de produtividade superiores aos demais processos de conformação.

Na prensagem seca (umidade da mistura entre 0 e 10%), utilizada nesta pesquisa, a maior parte do trabalho realizado pelas forças de prensagem é o trabalho de densificação (eliminação da porosidade intragranular), por rearranjo, deformação plástica e fratura dos aglomerados, dos agregados e das partículas. A massa final do objeto conformado é aproximadamente igual à massa de pó ou granulado inicial e as retrações associadas à secagem são reduzidas (FONSECA, 2000).

Relativamente aos outros processos de conformação, a prensagem apresenta as seguintes vantagens:

a) confere ao produto conformado uma elevada resistência mecânica a verde e a seco, devido às elevadas pressões específicas de prensagem utilizadas;

b) permite que sejam atingidas elevadas produtividades, uma vez que é possível automatizar todas as etapas do ciclo de prensagem;

c) facilita a redução do tempo de secagem, devido ao fato de se utilizar pós e granulados com baixa umidade (prensagem seca);

As características da mistura cerâmica que exercem maior influência sobre o comportamento do material na etapa de prensagem são a distribuição do tamanho de partículas e o tipo de composição (AMORÓS, 1983).

Em relação à influência do grau de compactação nas propriedades do produto sinterizado, pode-se constatar que uma maior compactação origina uma maior retração linear e menores valores de absorção de água no produto. Quanto maior a pressão e/ou umidade de compactação (até um limite), maior será a densidade aparente a seco, ou seja, melhor o empacotamento.

3.3.4 Secagem

A operação de secagem destina-se a eliminar a água de processamento presente nas peças conformadas, para aumentar a resistência mecânica dos produtos crus, de modo a suportarem as operações de acabamento, e prepará-los para a operação de sinterização.

3.3.5 Sinterização

Os produtos conformados e secos ainda não possuem as propriedades adequadas para suportarem as condições inerentes à utilização para que foram desenvolvidos. Na etapa de sinterização realizam-se as transformações necessárias para que as propriedades e a microestrutura finais sejam as mais ajustadas ao tipo de aplicação projetada para os produtos. Atingir esses objetivos depende de parâmetros como a temperatura, o tempo, a pressão, a velocidade de aquecimento ou resfriamento e a natureza da atmosfera em que ocorre o tratamento térmico (REED, 1995).