Cerâmica avançada

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As cerâmicas avançadas são cerâmicas que, diferentemente dos materiais cerâmicos tradicionais, não precisam ser derivados da terra e da argila, podendo ser construídos totalmente dentro de laboratórios, sem a presença do oxigênio em sua estrutura, por meio da criação de ligações químicas entre os átomos de nitrogênio, alumínio e silício.

Justamente por serem sintéticos, essas cerâmicas podem ter mais características controladas pelos cientistas, tornando-os extremamente versáteis para os mais variados tipos de aplicações tecnológicas de ponta.

Existem, por exemplo, métodos de tornar estes cerâmicos mais resistentes a impactos, tendo em vista que o maior problema da cerâmica tende a ser sua fragilidade a tais esforços.[1]

PropriedadesEditar

As cerâmicas avançadas diferem da cerâmica convencional em sua força elevado-mecânica, tenacidade da fratura, resistência de desgaste, propriedades refratárias, dielétricas, magnéticas e óticas. Cerâmicas avançadas ou cerâmicas finas são materiais inorgânicos de alto valor agregado produzidos a partir de pós sintéticos de alta pureza para controle de microestrutura e propriedades.[2]

As cerâmicas podem ser divididas em dois grupos principais: as cerâmicas óxidas e as não óxidas. As ligações atômicas e as estruturas cristalinas desses materiais é que determinam suas propriedades. Os cerâmicos são formados a partir de ligações covalentes, ligações iônicas ou combinações de ambos. A relação entre ligações covalentes e iônicas varia de 4:6 (Al2O3 e cerâmicas óxidas) a 9:1 (SiC e cerâmicas não-óxidas). As diferenças no tipo de ligação atômica são responsáveis pelas diferenças de dureza e módulo Young dos materiais cerâmicos. As cerâmicas com ligações covalentes tipicamente possuem alta dureza, rigidez e alta temperatura de fusão.[3][4]

Como a estrutura cristalina da cerâmica é menos simétrica do que a estrutura dos metais, mesmo o aumento de temperatura, próximo ao ponto de fusão não resulta na ativação de mais do que dois ou três sistemas de deslizamento de discordâncias. Assim, há pouca deformação plástica e a elevada dureza persiste mesmo em altas temperaturas, ao contrário dos metais.[5]

Embora o processo de fabricação dos materiais cerâmicos avançados seja caro  e com alto grau de complexidade, a utilização destes materiais pelas indústrias na fabricação de seus produtos traz benefícios significativos como: maior longevidade, redução de custos de manutenção, aumento da produtividade e aumento da competitividade.[6]

Aplicações ModernasEditar

Com tantas qualidades, os cerâmicos avançados acabaram por tomar boa parte das áreas tecnológicas, por vezes, substituindo os metais. Seja para peças que devem resistir a impactos tremendos, até estruturas que devem passar por altíssimas temperaturas.

A seguir estão listadas três aplicações dos materiais cerâmicos na indústria aeroespacial.

Aplicações ElétricasEditar

A cerâmica avançada sustenta a indústria da eletrônica e de forma geral, o avião é composto por muitas partes eletrônicas. Gradativamente, esses componentes elétricos, tais como sensores, antenas, capacitores e resistores, estão ficando cada vez menores e melhores.  Conseqüentemente, esta é uma área principal do desenvolvimento para a cerâmica avançada.

Desde a década de 1990, a equipe de design do Concorde, a única aeronave supersônica do mundo, selecionou uma vitrocerâmica (MACOR®), uma vez que era necessário um material leve e eletricamente isolante para uso no sistema de controle e gerenciamento do motor. MACOR® foi inicialmente desenvolvido pela Corning, pois queria um material que fosse estável a altas temperaturas e pudesse ser usinado como plástico.

Aplicações estruturaisEditar

Cerâmicas estruturais, não-metais inorgânicos cristalinos, são usadas na indústria aeroespacial como Revestimentos de Barreira Térmica (TBCs) na parte quente do motor. Ou, são usadas em compósitos quer como reforço e / ou como matriz, como CMCs - Cerâmica Compósitos de Matriz. Ser leve e resistente tende a ser um das principais vantagens de um composto cerâmico. A partir daqui, os engenheiros precisam avaliar como o composto irá reagir a uma temperatura elevada na atmosfera e que erosão do impacto terá no sistema e em qual proporção.

As cerâmicas são mais leves que a maioria dos metais e estáveis ​​a temperaturas, substancialmente acima de plásticos técnicos de alto grau. Como resultado desta e de outras propriedades, aplicações de cerâmica estrutural incluem sistemas de proteção térmica em foguetes, cones de exaustão, telhas isolantes para o ônibus espacial, cones de mísseis e componentes do motor.

Procurando por um material performático, a equipe do programa do Ônibus Espacial dos Estados Unidos, decidiu usar a cerâmica de vidro usinável MACOR® e, pontos de articulação, janelas e portas no ônibus espacial reutilizável. Além disso, peças grandes da cerâmica de vidro da Corning foram usadas em um detector de radiação gama espacial da NASA.

Aplicações de turbinasEditar

O uso cerâmicas técnicas para várias partes do motor foi examinado nos últimos 30-40 anos. Atualmente, há muita atividade no desenvolvimento de silício carboneto (compósitos SiC / SiC) para uso em turbinas a jato, concentradas principalmente nas pás da turbina. O vetor principal é a eficiência de combustível, pois os engenheiros procuram o motor a jato sem a necessidade de canais de refrigeração que atualmente param as lâminas de liga metálica de fusão. Se as lâminas fossem feitas de compósitos cerâmicos, poderiam lidar com 1.500-1.600 graus Celsius e o motor poderia funcionar a maiores temperaturas. Portanto, a eficiência energética aumentaria usando menos combustível e o avião poderia voar mais longe ou mais eficientemente.[7]

Ver tambémEditar

ReferênciasEditar

  1. says, Mohammad Shoaib (20 de agosto de 2003). «Advanced Ceramics – The Evolution, Classification, Properties, Production, Firing, Finishing and Design of Advanced Ceramics». AZoM.com (em inglês). Consultado em 2 de dezembro de 2018 
  2. Patil, K C (dezembro de 1993). «Advanced ceramics: Combustion synthesis and properties». Bulletin of Materials Science (em inglês). 16 (6): 533–541. ISSN 0250-4707. doi:10.1007/bf02757654 
  3. Oikawa, M. H.; Bianchi, E. C.; Destro, R. S.; Sousa, R. M.; Canarim, R. C.; Alves, M. C. S.; Aguiar, P. R. (00/2011). «Advanced ceramics in the external cylindrical plunge grinding using the technique of minimum quantity of lubrication (MQL) with diamond wheels.». Matéria (Rio de Janeiro). 16 (1): 560–573. ISSN 1517-7076. doi:10.1590/S1517-70762011000100003  Verifique data em: |data= (ajuda)
  4. Ramesh, K.; Yeo, S.H.; Gowri, S.; Zhou, L. (1 de janeiro de 2001). «Experimental Evaluation of Super High-Speed Grinding of Advanced Ceramics». The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 17 (2): 87–92. ISSN 0268-3768. doi:10.1007/s001700170196 
  5. Inasaki, Ichiro; Meyer, Hans R.; Klocke, Fritz; Shibata, Junji; Spur, Gunther; Tonshoff, Hans K.; Wobker, Hans G. (1999). «Grinding». Elsevier: 190–323. ISBN 9780815514244 
  6. Nóbrega, Marcelo (2004). «Inovações Tecnológicas: aplicações de materiais cerâmicos na indústria automobilística» (PDF). ABEPRO. Consultado em 30 de novembro de 2018 
  7. «Advanced Ceramics in the Aerospace Industry» (em inglês)