O processo de transformar argila em peças cerâmicas é um dos mais antigos conhecidos pelo homem, com registros antropológicos que chegam a ultrapassar os 10 mil anos de idade, em regiões tão distantes umas das outras quanto a Ásia, a Europa Ocidental e o Oriente Médio. Dos jarros em catacumbas ancestrais à indústria contemporânea, são muitas as aplicabilidades da cerâmica e, ainda que as especificidades da produção variem, todas elas envolvem um processo conhecido como sinterização — por meio do qual partículas de um determinado material (como a argila) são aquecidas em fornos até que se consolidem numa única massa íntegra, rígida e mais resistente. Tratando-se de cerâmica industrial, essa temperatura costuma atingir os 1600 ºC.

O professor doutor Thomaz Restivo e Ana Cugler Moreira, então aluna de Iniciação Científica, no Laboratório de Materiais da Uniso. Foto: Paulo Ribeiro

Contudo, fazer com que um forno chegue a essa temperatura e a mantenha durante horas a fio pode ser bastante caro. E é aí que entra a linha de pesquisa do professor doutor Thomaz Augusto Guisard Restivo, do Programa de Pós-Graduação em Processos Tecnológicos e Ambientais da Universidade de Sorocaba (Uniso), que tem como objetivo popularizar a indústria da fabricação cerâmica e metalocerâmica, tornando possível a utilização de fornos comuns (que atingem temperaturas entre 1200 e 1300 ºC). “Esses fornos de temperaturas mais baixas são mais baratos, o que exige um investimento menor, além de representar uma grande redução no consumo energético. Tudo isso implica tanto em ganhos financeiros quanto ambientais”, diz o professor.

O novo processo de sinterização que torna isso possível — denominado sinterização ativada em estágio intermediário — foi desenvolvido numa parceria da Uniso com o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), envolvendo o acréscimo de aditivos ao pó cerâmico. Esses aditivos incluem nanofibras diversas, nanotubos de carbono e elementos como níquel (Ni), cobre (Cu) e molibdênio (Mo), que são homogeneizados em dispositivos de moagem e ultrassom. Na Uniso, essa etapa aconteceu no laboratório do Núcleo de Estudos Ambientais (NEAS), com a participação dos ex-alunos Ana Cugler Moreira e Sergio Graciano, enquanto integrantes do Programa de Iniciação Científica.

“O que acontece é que a sinterização é um processo que depende que poros internos do material sejam preenchidos. Isso acontece por difusão atômica, que é estimulada pela temperatura. E esse preenchimento é mais frequente quando nanotubos e nanofibras são adicionados à matriz cerâmica, pois esses materiais servem como canais para uma difusão mais rápida dos átomos, mesmo em temperaturas mais baixas”, explica Restivo. Trocando em miúdos, a cerâmica fica pronta mais rapidamente, sem exigir temperaturas tão elevadas.

“Os nossos resultados demonstram que esse novo processo de sinterização é válido, pois faz com que a cerâmica atinja sua densidade final a uma temperatura de 1200 ºC e que os seus poros se fechem a 1300 ºC, o que, no processo convencional, ocorre em temperaturas de 1500 e 1600 ºC, respectivamente”, resumem os pesquisadores. Para que esses resultados possam ser obtidos, o estudo aponta que pequenos nanotubos de carbono e nanofibras de celulose são os melhores aditivos.

“Esta é uma pesquisa que ainda está em curso, porém os nossos resultados já são mensuráveis: essas técnicas estão sendo utilizadas, por exemplo, para o desenvolvimento de um isolante térmico com blindagem contra radiação e, além disso, essa mesma linha de pesquisa da Uniso já gerou outros processos de sinterização, atualmente já patenteados”, conclui Restivo.

Pesquisadores com material utilizado no novo processo, que possibilita redução do consumo energético. Foto: Paulo Ribeiro

Para saber mais: o que é metalocerâmica?

Metalocerâmicas ou cermetos (do inglês, cermets) são compósitos, ou seja, materiais compostos de outros materiais — neste caso, cerâmica e metal — que, quando combinados, adquirem novas características. No caso das metalocerâmicas, o produto resultante apresenta a resistência a altas temperaturas e a dureza das cerâmicas, além da capacidade de deformação — ou seja, de ter a sua forma física alterada — herdada dos metais. Enquanto as cerâmicas técnicas são amplamente aplicadas em equipamentos como velas de motores, revestimentos de minerodutos e componentes resistentes ao desgaste por fricção em indústrias de papel, as metalocerâmicas são usadas em ferramentas de corte e também em processos catalíticos (para aumentar a velocidade de uma reação química), como é o caso da decomposição do gás natural em hidrogênio.

Com base no artigo “Low-temperature densification of ceramics and cermets by the intermediary stage activated sintering method”, de autoria do professor doutor Thomaz Augusto Guisard Restivo, docente do Programa de Pós-Graduação em Processos Tecnológicos e Ambientais da Universidade de Sorocaba (Uniso) e de seus ex-alunos Ana Cugler Moreira e Sergio Graciano, enquanto integrantes do Programa de Iniciação Científica, além de autores externos (Michelangelo Durazzo, Sonia Regina Homem de Mello-Castanho, Victor Bridi Telles e Jorge Alberto Soares Tenorio), publicado pela primeira vez em 13 de julho de 2017.

 Acesse o artigo da pesquisa em inglês: https://link.springer.com/article/10.1007/s10973-017-6560-5