Cerâmicas Avançadas

Dentre os quatro elementos que compõem a moderna Ciência e Engenharia dos Materiais - Composição e Estrutura, Síntese e Processamento, Propriedades e Desempenho -, a Síntese e Processamento é o elemento básico para a produção de novos materiais com novas propriedades e desempenho, bem como de produtos de alta qualidade e baixo custo, sendo, portanto, um determinante crucial de produtividade industrial e, consequentemente, da competitividade internacional.

Guardadas as devidas proporções quando comparado com os países desenvolvidos, o Brasil possui uma razoável base científica e tecnológica no campo da Ciência e Engenharia de Materiais e em áreas correlatas. Porém face á ausência de ações previamente planejadas e de programas articulados envolvendo as Universidades, Centros de Pesquisas e Indústria, as atividades de P&D, em sua maioria, tem-se restringido aos elementos estrutura e composição e propriedades, não se fechando todo o ciclo de desenvolvimento dos materiais.

O sinergismo entre o desenvolvimento tecnológico, necessidades econômicas e fatores ambientais vem causando uma grande mudança na utilização de materiais. Esta mudança é no sentido de se substituir materiais tradicionais da indústria, principalmente os metais, por outros que tenham um desempenho melhor a um custo menor. Os materiais candidatos para esta substituição são plásticos, cerâmicos, e os seus compósitos. Dentre os materiais estruturais, os cerâmicos especiais (Si3N4, SiC, Al2O3, ZrO2) são o maior dos desafios, pois sua natureza frágil e estatística de comportamento introduz uma alta complexidade nos projetos e no desenvolvimento destes materiais.

Campos de Aplicação das Cerâmicas Especiais

Figura 1 - Os campos de aplicação dos materiais cerâmicos especiais.

Apesar destas dificuldades, esta família de materiais tem tido progressos consideráveis em diversos campos da engenharia, podendo-se citar que, por exemplo, a sua aplicação em motores automotivos e Diesel, turbinas a gás, selos de bombas, ferramentas de corte, abrasivos, membranas, biomateriais, e refratários vem ganhando forte consideração e expansão no mercado. Exemplos claros desta tendência são apresentados pela Toyota, que vem pesquisando materiais cerâmicos para aplicações em altas temperaturas desde os fins da década de 60 e desenvolvendo processos de fabricação de componentes cerâmicos para motores automotivos desde 1979, e pelos projetistas de turbinas a gas (land-based), que esperam perfazer uma economia de energia elétrica de US$ 500.000,00/ano/100MW gerados com a utilização de cerâmicos na parte quente das turbinas.

Processos e Tecnologias de Fabricação

As propriedades das cerâmicas especiais, bem como dos demais materiais, são fundamentalmente influenciadas pela qualidade das matérias primas a partir das quais as mesmas são fabricadas e pela microestrutura final. Assim sendo, qualquer tentativa de controle das propriedades de um produto deve passar pelo entendimento das propriedades básicas dos materiais, bem como pelo processo de fabricação durante o qual a microestrutura final se desenvolve. O processo geral de fabricação das cerâmicas avançadas pode ser esquematizado da seguinte maneira:

Figura 2 - Fluxograma esquemático do processamento cerâmico.

O papel de cada uma dessas etapas e, principalmente, a interrelação entre elas no desenvolvimento da microestrutura responsável pelas propriedades finais do material, tem sido objeto de intensos estudos. Neste sentido, novos processos de obtenção de pós, conformação e sinterização, bem como novas técnicas de caracterização das propriedades, vem sendo bastante estudados tanto sob o ponto de vista científico quanto tecnológico.

Os produtos classificados como sendo cerâmicas especiais são elaborados, em sua grande maioria, a partir de insumos que necessitam de um rigoroso controle, tanto no processo de obtenção do pó, para garantir caraterísticas importantes (pureza e granulometria), quanto durante a conformação e tratamento térmico destes insumos em peças e produtos finais ( sinterização). Os materiais são elaborados visando a obtenção de propriedades que atendam a usos específicos.

O sucesso e a comercialização das cerâmicas especiais de alto desempenho depende basicamente de dois fatores: a qualidade e baixo custo dos insumos ( pós, aditivos, etc.) e o aperfeiçoamento dos métodos de processamento. A capacidade de se encontrar formas eficientes de produção de materiais resistentes, especialmente de formas complexas e com seções espessas, é essencial para atender à demanda o mercado e a diversidade de produtos demandados