A palavra "cerâmica" é derivada do grego kerameikos, que significa "feito de terra" ou "terroso".
Esta palavra é facilmente associada a produtos como tijolos, telhas, ladrilho de pisos, manilhas, elementos vazados, cerâmica utilitária, entre outros, e aos processos de fabricação a estes associados, que no Brasil chama-se de "cerâmica vermelha".
No entanto esta palavra pode ser definida de várias formas. De modo geral, materiais cerâmicos são produtos fabricados a partir de matérias-primas, em geral não metálicas, naturais, beneficiadas (exemplos comuns são areia, argilas diversas a algumas rochas) e sintéticas (como alumina e outros óxidos metálicos).Por meio de processamento adequado, as propriedades dessas matérias-primas são alteradas em composição química e suas fases cristalinas. Essa alteração se processa quando os materiais são submetidos a temperaturas elevadas para que propriedades úteis desejadas sejam obtidas
2- Qual é a matéria-prima utilizada nos processos cerâmicos?
A principal matéria-prima utilizada pelas cerâmicas de pisos e revestimentos são os materiais argilosos ou argilas, encontrados com relativa abundância na natureza. O termo argila é usado para designar materiais inconsolidados (argilas de várzeas ou lagos, por exemplo) cujos constituintes mineralógicos apresentem-se em granulometria (tamanho) muito fina, ou para se referir a alguma espécie mineral do grupo dos filossilicatos (argilominerais).
3- Quais são as etapas do processamento cerâmico?
As principais etapas no processamento de materiais cerâmicos, visando a produção de pisos e revestimentos por processo atomizado, podem ser agrupadas simplificadamente, da seguinte forma:
I - Preparação da matéria-prima: é a etapa onde as matérias-primas são misturadas para comporem a massa ou pó. Esta etapa inclui a moagem e a atomização.
II - Conformação (moldagem) e fabricação: etapa onde é conferido, ao pó, preparado na etapa anterior, o formato desejado através de prensagem, e em seguida são aplicadas as decorações (esmaltação).
III - Processamento térmico (queima): nesta etapa as peças cerâmicas são aquecidas a altas temperaturas (de 1000 a até 1200 °C, dependendo do produto) com a finalidade de adquirirem as propriedades definitivas e desejadas de um produto cerâmico.
IV - Acabamento final: Dependendo do processo e produto utilizado as peças queimadas podem ainda passar novamente por outra etapa de queima (produtos biqueima). Mas no geral após o processamento térmico, as peças são classificadas quanto a bitolas e tonalidades, sendo descartadas as peças com defeitos ou fora de especificação.
O conhecimento dos processos e do comportamento das matérias-primas durante o processamento é de vital importância para o desenvolvimento de novos processos e de novos materiais cerâmicos.
4- O que é massa cerâmica?
A massa cerâmica é uma mistura de diferentes tipos de materiais naturais que normalmente são chamados genericamente de argilas. No entanto na massa da Villagres são utilizados, além das argilas rochas como filitos e talcos.
5- O que é um moinho?
O moinho é um cilindro disposto horizontalmente e em seu interior existem esferas de porcelana (ou auto-alumina) e sílex de quartzo (vulgarmente chamados de pedregulhos). Este conjunto é chamado de elementos de moagem, que se chocando entre si e com o material, promovem a moagem, quando colocados em movimento.
6- O que significa barbotina?
A barbotina é composta de partículas sólidas em suspensão num meio aquoso.
7- O que são esmaltes?
Esmaltes são compostos químicos que são aplicados sobre o produto conferindo decoração e resistência a abrasão.
8- O que são pastas?
As pastas são as tintas para a decoração do produto cerâmico.
9- Como é feita a decoração dos produtos cerâmicos?
A decoração dos produtos é realizada por telas serigráficas planas ou rotativas, através da técnica de silk screen. Dependendo do produto ou modelo em processo, podem ser utilizadas diferentes aplicações de esmaltes e tintas serigráficas, além de equipamentos de aplicação ou decoração diferenciados.
10- Quais as etapas do processo de queima?
O processo de queima é composto basicamente de três etapas, que compõem a curva de queima:
1º - Zona de aquecimento lenta;
2º - Zona de queima;
3º - Zona de Resfriamento.
11- Descrição detalhada das etapas do processo de fabricação de cerâmica por processo via úmida.
A) Preparação da Massa
A massa cerâmica é uma mistura de diferentes tipos de materiais naturais que normalmente são chamados genericamente de argilas. No entanto na massa da Villagres são utilizados, além das argilas rochas como filitos e talcos.
Estes materiais, antes de serem usados na produção passam por ensaios de recebimento que avalia a conformidade de suas propriedades evitando variações que possam afetar o produto.
O processo de fabricação de pó por moagem via úmida consiste na preparação de massa na presença de água, ou seja, as matérias primas (argilas e outros materiais) são misturadas e moídas a úmido, para posteriormente, passarem pelo processo de atomização onde ocorre a retirada da água e formação de grânulos que compõem a massa atomizada. É um eficiente processo de preparação do pó, em comparação com a via seca, onde as argilas são moídas a seco (sem a presença de água). Além da composição de várias matérias primas, o produto resultante deste processo via úmida possui alta uniformidade.
A1) Composição da Massa: todo o processo de produção da base cerâmica se inicia com a formulação da massa. A massa é composta por várias matérias primas, escolhidas de forma a obter o produto desejado, em proporções pré-definidas. Cada matéria prima integrante do composto deve possuir características pré-determinadas como absorção de água, retração de queima, módulo de ruptura e resistência à flexão, expansão por umidade, dilatação, cor de queima (que influencia diretamente na cor do produto final), etc., pois assim proporcionará um produto com as características desejadas.
Estabelecida a composição da massa (que funciona como uma receita), realiza-se a pesagem dos "ingredientes" (matérias-primas) e em seguida a carga é transportada até os moinhos de barbotina.
A2) Moagem: O moinho é um cilindro disposto horizontalmente e em seu interior existem esferas de porcelana (ou auto-alumina) e sílex de quartzo (vulgarmente chamados de pedregulhos). Este conjunto é chamado de elementos de moagem, que se chocando entre si e com o material, promovem a moagem, quando colocados em movimento.
Para iniciar a moagem carrega-se o moinho com a carga previamente pesada, e completa-se a carga com água e defloculante. A água é o meio para a moagem a úmido. O defloculante é utilizado para proporcionar maior dispersão entre as partículas facilitando a ação dos meios de moagem. O produto resultante da moagem é denominado barbotina. A barbotina é composta de partículas sólidas em suspensão num meio aquoso.
Após o termino da moagem, a barbotina é descarregada em grandes tanques agitadores, estando pronta para o processo de atomização.
Os controles a serem efetuados no processo de moagem são a densidade e viscosidade da barbotina e o resíduo de moagem. Estas características possuem padrões pré-estabelecidos para que o produto seja o mais homogêneo possível, proporcionando melhor eficiência na etapa seguinte.
A3) Atomização: o processo de atomização é realizado por um equipamento denominado atomizador ou spray-drying, semelhante a um grande funil. O processo consiste basicamente na pulverização da barbotina (através de lanças e bicos de spray) em uma zona de ar quente circulante a alta temperatura, na parte superior do funil.
A água existente na barbotina é retirada sob a forma de vapor e as partículas sólidas sofrem um processo de nucleação e crescimento resultando no pó atomizado, que por gravidade cai para bico do funil, onde é coletado e silado.
Esta massa possui uma determinada distribuição granulométrica (tamanho dos grânulos) e umidade residual, ambas controladas e definidas de acordo com o desejado. O perfeito controle da curva granulométrica do pó atomizado e sua umidade garantem uma prensagem plenamente satisfatória. O produto resultante desta etapa é então transportado até os silos de armazenagem, onde permanece em descanso por determinado período, estando pronto para o processo de prensagem.
B) Prensagem
É a etapa do processo onde ocorre a conformação do pó em formatos pré-definidos. É realizado por grandes prensas hidráulicas / pneumáticas que definem a forma e resistência mecânica do corpo cerâmico para as etapas subseqüentes.
Quanto maior a pressão de prensagem mais resistente se torna a placa cerâmica a verde (assim que sai da prensa). Os controles a serem efetuados no processo de preparação da pasta são a densidade, viscosidade, e teste de queima (análise da cor x padrão estabelecido). Após a preparação e aprovação do lote a pasta segue para a linha de esmaltação onde posteriormente será aplicada nas placas cerâmicas.
C) Secagem
O processo de secagem é importante, pois retira a água residual ainda contida na peça após a prensagem. Realizado por meios de secadores, que podem ser horizontais ou verticais, o processo de secagem é responsável pela redução dos valores de umidade da peça para menos de 1%. Nesta etapa também ocorre a elevação da temperatura da placa, condição de extrema importância para a boa esmaltação do produto.Os controles a serem efetuados no processo de secagem são o peso, resistência a seco, umidade de saída.
D) Preparação de Esmaltes
Esmaltes são compostos químicos que são aplicados sobre o produto conferindo decoração e resistência a abrasão. Todos os esmaltes utilizados em produção geralmente são preparados, de acordo com a sua formulação, através de um processo de moagem.
A pesagem das matérias primas é uma das etapas mais importantes, pois qualquer erro pode influenciar diretamente as propriedades do produto final.
Após a pesagem, a carga é transportada até um moinho, semelhante ao de moagem de massa, porém menor, onde são adicionados água e alguns aditivos químicos. O composto é moído por tempo pré-estabelecido ou até que as características exigidas se enquadrem dentro dos padrões estabelecidos.
Os controles a serem efetuados no processo de moagem de esmaltes são a densidade e viscosidade do esmalte, resíduo de moagem e teste de queima (textura). Em seguida esmalte é transportando até a linha de esmaltação onde deverá ser aplicado sobre as placas cerâmicas.
E) Preparação de Pastas.
As pastas são as tintas para a decoração do produto cerâmico.
A preparação de pasta é um processo mais simples, pois geralmente a sua preparação envolve apenas uma homogeneização de corantes e aditivos e grandes agitadores. Os controles a serem efetuados no processo de preparação da pasta são a densidade, viscosidade, e teste de queima (análise da cor x padrão estabelecido). Após a preparação e aprovação do lote a pasta segue para a linha de esmaltação onde posteriormente será aplicada nas placas cerâmicas.
F) Esmaltação
O termo esmaltação ou linha de esmaltação é empregado geralmente para descrever todo o processo que envolve a aplicação de esmaltes e tintas sobre as placas cerâmicas e situa-se imediatamente após a secagem.
Dependendo do produto ou modelo em processo, podem ser utilizadas diferentes aplicações de esmaltes e tintas serigráficas, além de equipamentos de aplicação ou decoração diferenciados.
Normalmente, a esmaltação se processa em 3 aplicações consecutivas:
1° - Aplicação de Engobe: composto aplicado que sela a superfície da peça, preparando-a para a aplicação da base (esmalte).
2° - Aplicação de Esmalte: composto que após se fundir na queima proporciona resistência a abrasão na superfície da peça.
3° - Aplicação de Tinta (decoração).
Eventualmente algumas linhas de produtos utilizam camadas extras de esmalte de cobertura e granilhas que objetivam tornar os mesmos ainda mais resistentes quanto à abrasão. Outros produtos podem não apresentar aplicação de tintas (ex: produtos monocromáticos).
A decoração dos produtos é realizada por telas serigráficas planas ou rotativas, através da técnica de silk screen. Existem outros equipamentos de decoração, porém os mais utilizados são os acima descritos.
Os controles na linha de esmaltação são a densidade e viscosidade dos esmaltes e tintas, resíduo dos esmaltes e tintas e peso de aplicação de esmaltes e tintas (quantidade aplicada).
G) Queima
Após passar pela linha de esmaltação as placas seguem para o forno onde sofrerão o processo de sinterização. Nesta etapa ocorrem reações que vão desde a fusão de alguns componentes da massa e esmalte até eliminação de gases carboxílicos (CO, CO2, etc.). O produto geralmente sofre uma retração em seu tamanho e perde parte de seu peso, alem de ter a sua resistência mecânica significativamente aumentada. A superfície das placas cerâmicas passa a apresentar, além de colorações definidas, um aspecto brilhante proporcionado pela vitrificação dos esmaltes.
É nesta fase que as placas cerâmicas adquirem as propriedades definitivas desejadas.
O processo de queima é composto basicamente de três etapas, que compõem a curva de queima:
1º - Zona de aquecimento lenta;
2º - Zona de queima;
3º - Zona de Resfriamento.
As temperaturas são controladas em todas as etapas. Sendo assim uma curva de queima é traçada para cada produto. Esta curva depende das características da massa, esmaltes, do ciclo de queima e do produto desejado.
Nesta etapa do processo controla-se a curva de queima dos produtos.
H) Escolha do Produto Cerâmico Final
A etapa de escolha é geralmente compostas de duas operações básicas. A primeira envolve a seleção visual das placas e a segunda a classificação automática quanto às dimensões geométricas e deformações.
H1) Seleção Visual: Na linha de escolha as placas cerâmicas são classificadas, através de seleção visual, em produtos qualidade A, B e C. Os critérios para classificação, definidos pela Norma ISO 13006, são:
Produto Qualidade A: o produto pertence à qualidade A quando o observador a distância de 1 m da face da peça não verificar defeito algum. Permite-se no máximo 5 % de peças defeituosas no tamanho do lote. Os produtos qualidade A são os únicos garantidos pela Norma Brasileira de Regulamentações NBR 13.818.
Produto Qualidade B: o produto pertence à qualidade B quando o observador à distância de 1 m da face da peça observar defeitos que a 3 metros não foram observados. Não apresenta separação de tonalidade e tamanho. Pode presentar deformações maiores (empeno, curvatura, etc.).
Produto Qualidade C: são produtos que apresentam grandes defeitos geralmente visíveis a uma distância de 3 metros. Não possui separação de tamanho e tonalidade e pode apresentar grandes deformações (empeno, curvatura, etc.).
H2) Classificação Geométrica: A classificação geométrica das placas é realizada, na maioria das empresas, por equipamentos de controle automatizado. Os controles realizados na classificação geométrica são:
Tamanho: durante o processo de queima, as placas cerâmicas sofrem retrações em suas dimensões. Algumas peças podem sofrer uma retração maior que as outras.
Devido a este fato as placas cerâmicas são separadas em diferentes tamanhos atualmente conhecidos por bitolas ou calibres. Estes tamanhos estão especificados nas embalagens das placas cerâmicas assim como as suas tolerâncias são estabelecidas pela norma.
Ortogonalidade: a ortogonalidade demonstra se a peça está dentro ou fora de esquadro, ou seja, se os seus lados são perpendiculares e possuem o mesmo tamanho.
Retitude: A retitude define a curvatura dos lados da peça, se estão voltados para dentro ou para fora.
Curvatura Central: é o desvio vertical do centro da peça em relação a uma diagonal da placa.
Curvatura Lateral: é o mesmo tipo de deformação da anterior, só que em relação aos lados da peça.
Empeno (orelha): é caracterizado pelo desvio de pelo menos um dos vértices da peça em relação ao plano estabelecido pelos outros três.
Os padrões de tolerância para a classificação são especificados pela norma NBR 13.818 e determinados em relação ao tamanho de fabricação da placa cerâmica em análise.
I) Inspeção da Qualidade
Após embalagem e paletização, os produtos são inspecionados e testados em laboratório, para em seguida serem liberados os lotes.
Os controles de inspeção do produto acabado são: a análise visual, absorção de água, carga de ruptura, módulo de resistência à flexão, expansão por umidade, resistência à abrasão (PEI), resistência ao manchamento, resistência ao ataque químico, resistência ao gretamento, resistência ao choque térmico, características geométricas e coeficiente de atrito.
Estas características são analisadas em relação à especificação e declaração do fabricante. A NBR13.818 especifica valores dentro dos quais os produtos devem estar inseridos e os métodos apropriados, para a realização destes ensaios, dependendo do tipo de produto que é fabricado por exemplo: prensado ou extrudado, porcelanato, monoporosa, semi-gresificado, etc.
Todos este controles e etapas de fabricação visam promover ao processo uma maior estabilidade e padronização evitando variações, ao produto uma maior conformidade e qualidade, e a você, a melhoria da qualidade de seu trabalho com a certeza de que o objetivo maior será atingido: A satisfação total de nossos clientes, dentro e fora da empresa.
12- O que é Módulo de Ruptura a Flexão (MRF)?
Este é um ensaio que mede a resistência da massa a se romper quando submetida a uma carga. O ensaio é realizado em um aparelho chamado flexômetro, onde a peça é apoiada nas extremidades e é pressionada contra uma célula de carga que mede a força necessária para que se rompa. Uma equação que considera esta força, a distância dos apoios, a largura e a espessura da placa cerâmica, expressa um índice que chamamos de Módulo de Ruptura a Flexão. Essa expressão é a seguinte:
MRF = 3F . L
2b . e2
Onde:
F = Força de ruptura (N)
L = Distância entre as barras de apoio (mm)
b = Largura do corpo de prova (mm)
e = mínima espessura do corpo de prova (mm)
13- O que significa Absorção de Água?
Este ensaio avalia o ganho de água em peso das placas cerâmicas, quando submersas em água por um determinado período de tempo. Este índice representa indiretamente a porosidade do material cerâmico.
Cinco placas cerâmicas marcadas e pesadas são fervidas durante 2 horas, e em seguida são pesadas novamente. A absorção de água é determinada pela seguinte equação:
AA (%) = Pu-Ps . 100,
Ps
Onde:
Pu = ao peso do corpo de prova úmido (enxuto) em g, após a fervura.
Ps = ao peso do corpo de prova seco em g.
A Absorção de água é um índice importante, pois reflete diretamente a sinterização da peça queimada. A sinterização é um fenômeno complexo e bem conhecido que causa o fechamento dos poros do corpo durante a queima. Contribui também para a sinterização, a fusão das fases minerais ricas em Ca, K, etc. (álcalis) entre outros que são denominados fundentes e preenchem os poros com a fase líquida.
Portanto quanto menor a absorção de água, menor a porosidade e, portanto maior o grau de sinterização. Quanto maior a sinterização (peça mais queimada) maior é o MRF.
14- O que é Expansão por Umidade (EPU)?
Este índice quantifica a expansão da massa cerâmica quando submetida a um pressão de 7 atm e uma temperatura de 150 ºC. Este ensaio é realizado medindo as peças, e em seguida colocando-as em um equipamento denominado autoclave que será responsável pelas condições de temperatura e pressão. Após 4 horas toma-se as peças , que serão medidas novamente, avaliando-se a expansão pela equação, expressa em mm/m.
EPU = L1 - L0 . 1000
L1
Onde:
L0 = medida da largura da peça antes do ciclo.
L1 = medida da largura da peça após o ciclo.
15- O que significa Abrasão (PEI)?
Ensaio que mede a resistência do esmalte ao desgaste. Entende-se por desgaste a perda do aspecto superficial. Este ensaio não deve ser confundido com resistência ao risco (Mohs). Uma parte da placa cerâmica a ser ensaiada é cortada em um quadrado de 10x10 cm. Esta amostra é colocada em equipamento denominado abrasímetro. Nele a peça é submetida a uma sequencia de giros fazendo com que a peça seja friccionada por esferas de aço, areia de córindon e água. Após determinado número de giros faz-se a avaliação do desgaste comparando-se com outras partes cortadas da mesma placa cerâmica.
Esta avaliação é realizada sob condições controladas de luz, distância e altura para padronização do ensaio.A classificação segundo a norma é a seguinte:
P.E.I GIROS
0 100
I 150
II 600
III 750 a 1.500
IV 2.100 , 6000 e 12.000
V Acima de 12.000
16- O que significa Resistência ao Manchamento?
A resistência a manchas é uma característica exigível para produtos esmaltados, uma vez que estabelece a inalterabilidade da superfície frente a agressão provocadas por agentes químicos, assim como a facilidade de serem removidos.
17- O que significa Resistência Química?
A resistência química é um conceito que engloba a avaliação da estabilidade química dos esmaltes de produtos cerâmica quando submetidos a agentes químicos reativos. O objetivo deste ensaio é medir a susceptibilidade do esmalte ser atacado por produtos de limpeza, comuns no mercado, como detergentes, amoníacos, produtos a base de ácidos, ácidos cítricos, etc.
O tipo de ensaio depende do reagente utilizado, que pode ser:
Ácidos de baixa concentração.
Ácidos de alta concentração.
Álcalis de baixa concentração
Álcalis de alta concentração.
Cada tipo de reagente fica em contato com a peça por tempo específico. Sobre a peça coloca-se um pequeno tubo cujo contato com a peça é selado com silicone ou cola. No tubo é adicionado o reagente. Após o tempo de reação retira-se o tubo e analisa-se visualmente sob condições específicas de luz, distancia e ângulo, a superfície reagida, classificando-as de acordo com a norma para cada tipo de reagente.
A resistência a manchas é uma característica exigível para produtos esmaltados, englobada dentro deste grupo de testes, uma vez que estabelece a inalterabilidade da superfície frente a agressão provocadas por agentes químicos, assim como a facilidade de serem removidos.
18- O que significa Resistência ao Gretamento?
Resistência ao gretamento diz respeito a capacidade do esmalte em suportar ciclos de aquecimento e pressão na autoclave sem gretar (tricar). O gretamento ocorre quando a peça sofre EPU e o esmalte não consegue suportar, se fragmentando para compensar o aumento de área.
As peças são avaliadas visualmente aplicando-se azul de metileno no esmalte o observando sua superfície. Após o ciclo de autoclave as peças são novamente analisadas e caso haja gretamento, o azul de metileno impregnará nas trincas salientando-as.
19- O que significa Resistência ao Choque Térmico?
A resistência ao choque térmico é uma característica inerente das placas cerâmicas. Em temperaturas entre 0 e 150 ºC, os produtos cerâmicos suportam bem rápidas variações de temperatura. Este ensaio é considerado importante quando o produto é destinado à lareiras. Para uso industrial existe no mercado produtos refratários de elevada resistência ao choque térmico.
20- O que são Características Geométricas?
As Caracterísitcas Geométricas são características dimensionais e geométricas que são quantificadas em placas cerâmicas.
Dentre elas podemos destacar.
Tamanho: durante o processo de queima, as placas cerâmicas sofrem retrações em suas dimensões. Algumas peças podem sofrer uma retração maior que as outras. Devido a este fato as placas cerâmicas são separadas em diferentes tamanhos atualmente conhecidos por bitolas. Estes tamanhos estão especificados nas embalagens das placas cerâmicas assim como as suas tolerâncias são estabelecidas pela norma.
Ortogonalidade: a ortogonalidade demonstra se a peça está dentro ou fora de esquadro, ou seja, se os seus lados são perpendiculares e possuem o mesmo tamanho.
Retitude: A retitude define a curvatura dos lados da peça, se estão voltados para dentro ou para fora.
Curvatura Central: é o desvio vertical do centro da peça em relação a uma diagonal da placa.
Curvatura Lateral: é o mesmo tipo de deformação da anterior, só que em relação aos lados da peça.
Empeno: é caracterizado pelo desvio de pelo menos um dos vértices da peça em relação ao plano estabelecido pelos outros três
21- O que significa Resistência ao Gelo?
Resistência ao gretamento refere-se a propriedade exigível quando o produto é destinado a exteriores e interiores de instalações frigoríficas ou regiões de clima frio. A resistência ao gelo está ligada com a porosidade aberta do corpo cerâmico.
Ao se congelar nos poros, a água exerce uma grande pressão, levando a fraturas em escamas até a total destruição do produto após sucessivos ciclos.
22- Fluxograma do processo de fabricação de pisos e revestimentos, por processo de atomização.
