Sistema ZrO2 - CaOSeminário de Físico-Química II

Conhecendo os componentes

•ZrO2 – chamada de zircônia ou dióxido de zircônio

Barra de zi

rcônio

O Zr metálico: metal duro estrutura cristalina hexagonal resistente à corrosão principalmente utilizado no revestimento de reatores nuclearesEstrutura hexagonal

Conhecendo os componentesO ZrO2 (dióxido de zircônio):

é encontrado na natureza cristalizado no sistema monoclínico, no mineral baddeleyíta.

a gema cúbica é produzida em laboratório como imitação do diamante, e ainda não foi encontrada na natureza.

Brilhante de zircônia cúbica

Conhecendo os componentes

O ZrO2 impuro é utilizado:

•em utensílios de laboratório resistentes a mudanças bruscas de temperatura;

•revestimentos de fornos;•material refratário em cerâmicas e vidros;• importante na indústria bélica.

Material bélico

Conhecendo os componentes

•CaO – chamada de cálcia ou óxido de cálcio

Cálcio em atmosfera de argônio

O Ca metálico:

metal mole estrutura cristalina cúbica deface centrada metal mais abundante no corpohumano (1200g em adultos) Estrutura cúbica

Conhecendo os componentes

O CaO (óxido de cálcio):

Cálcia em pó

Estrutura cúbica

sólido branco higroscópico ponto de ebulição: 2850°C ponto de fusão: 2572°C densidade: 3,5 g/cm3

Conhecendo os componentes A CaO é utilizada:

•na indústria de construção civil em argamassas e pintura;

• indústria cerâmica, siderúrgica (obtenção do ferro);

• indústria farmacêutica como agente branqueador e desodorizador;

•na agricultura em produção de hidróxido de cálcio no controle da acidez dos solos.

Pintura com CaO no combate à erosão

Estruturas cristalinas

monoclínica cúbicatetragonal hexagonal

Regra das fases

Um diagrama de fase mostra de um relance as propriedades da substância: ponto de fusão, ponto de ebulição, pontos de transição e pontos triplos.

As linhas que aparecem no diagrama de fase dividem-no em três regiões denominadas sólida, líquida e gás.

Regra das fases

A coexistência de duas fases em equilíbrio implica que:

(T, p) = (T, p)

Devido a esta relação, necessitamos de apenas uma das variáveis intensivas, a temperatura ou a pressão, para a descrição do estado do sistema.

Regra das fases Regra das fases de J. Willard Gibbs :

F = C – P + 2

Onde C é o número de componentes e P é o número de fases.

Diagrama de fases ZrO2

Principais aditivos estabilizadores

MgO Y2O3

CaO

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

Zircônia pura (ZrO2)

monoclínica (1170°C)

tetragonal (1170°C – 2370°C)

Cúbica (2370°C – 2680°C)

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

zircônia tetragonal policristalina (TZP);

zircônia totalmente estabilizada (FSZ), geralmente fase cúbica;

zircônia parcialmente estabilizada (PSZ), que pode conter duas ou três fases polimórficas.

Tipos de cerâmicas de zircônia:

Diagrama de equilíbrio ZrO2 - CaO

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

Regiões de interesse:

Primeira: uma solução sólida com estrutura tetragonal (até ~ 5,5% mol CaO),

sendo termodinamicamente estável entre ~ 1200 ºC e ~ 2300 ºC.

Segunda: campo de fases misto cúbico + tetragonal (se estende ~ 6 a

~ 12,5% mol CaO), para temperaturas superiores a 1140 ºC.

Terceira: compreende a fase cúbica termodinamicamente estável em composições

acima de 12,5% mol de CaO, a temperaturas superiores a 1140 ºC.

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

Aspectos importantes

extensos campos de estabilidade das fases tetragonal + cúbica, e cúbica.

cerâmicas parcialmente ou totalmente estabilizadas podem ser obtidas em amplas faixas de composição.

o extenso campo de fase tetragonal permite a preparação de cerâmicas de zircônia tetragonal policristalina (TZP) dopada com cálcia.

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

Variando o teor de CaO

e as condições deprocessamento e dos

tratamentos térmicos

é possível obter a zircônia:

parcialmente estabilizada (Ca-PSZ);

ou totalmente estabilizada na

fase cúbica (Ca-FSZ);

ou a tetragonal policristalina

contendo cálcia (Ca-TZP) .

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

 A zircônia totalmente estabilizada com cálcia (Ca-FSZ) tem sido muito estudada porque é a que apresenta maior condutividade iônica para este tipo de estabilizante.

A zircônia tetragonal policristalina com cálcia (Ca-TZP) foi muito pouco estudada. Isto está relacionado com a dificuldade de sua obtenção.

Diagrama de fases ZrO2 - CaO

o tamanho mínimo de grãos necessário para reter a

estrutura tetragonal na zircônia, denominado tamanho

crítico, depende do tipo e do teor do dopante.

Influência das dimensões das partículas na estabilização das

estruturas

Cerâmicas sinterizadas de zircônia contendo 4% mol cálcia, o tamanho crítico é 150 nm.

Aplicações Cerâmicas de zircônia (ZrO2)

apresentam elevada resistência química e refratariedade e podem apresentar elevadas propriedades mecânicas e condutividade iônica.

Indústrias:química, petroquímica,

metalúrgica e mecânica.

Cerâmicas de zircônia

Aplicações como elementos estruturais

componentes de bombas; válvulas mecânicas; cutelaria; matrizes de conformação de metais; próteses ortopédicas e dentárias

(biomaterial); refratários eletrólitos sólidos em sensores de oxigênio; baterias e células a combustível.

Próteses dentárias

Componentes variados

Aplicações tecnológicas

células eletroquímicas;

bocais para escoamento de metais fundidos.

A zircônia dopada com cálcia é o material preferido para a confecção de tubos que

são amplamente utilizados em:

Referências bibliográficas

Preparação, sinterização e espectroscopia de impedância da zircônia parcialmente estabilizada com cálcia.

http://www.scielo.br/pdf/ce/v52n323/32091.pdf

Zircônia parcialmente estabilizada de baixo custo produzida por meio de mistura de pós com aditivos do sistema MgO-Y2O3-CaO.

http://www.scielo.br/pdf/ce/v53n326/03.pdf

Seminário apresentado por:

Fabiano dos Santos Silva

Jean César Rodrigues

Letícia Janegitz Pereira

Mariana Saad Sansão