Engenheiros da USP desenvolvem método inovador para produzir vitrocerâmicas

22 de outubro de 2024

 

Vitrocerâmicas são materiais semelhantes à cerâmica convencional, mas com uma diferença. Durante a produção, aquece-se a cerâmica de uma maneira muito específica: acima de sua temperatura de transição vítrea e abaixo da temperatura de fusão. Dessa maneira, a cerâmica cristaliza e se torna mais resistente a choques, mudanças de temperatura, além de boa condutividade térmica e resistência química.

O problema é que o aquecimento do material com fornos convencionais demora muito tempo e a chance de erros na fabricação são maiores pela especificidade da temperatura. Pensando nesse problema, uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP desenvolveu um método inovador para sintetizar vitrocerâmicas em questão de segundos.

A patente Produção Ultrarrápida de Vitrocerâmicas a Partir da Cristalização Induzida por Campo Elétrico foi desenvolvida por Ana Cândida Rodrigues, Isabela Reis Lavagnini, João Vitor Campos e pelo professor Eduardo Bellini, do Departamento de Engenharia de Materiais da EESC-USP. Bellini explica melhor sobre vitrocerâmicas: “Primeiro a matéria-prima é fundida em altas temperaturas, obtendo-se o estado líquido, e esse líquido é resfriado e conformado no formato de uma peça que se deseja utilizar, depois esse vidro passa por um tratamento térmico de cristalização controlada. O método é muito interessante porque permite a obtenção de cristais muito finos, nanométricos e permite obter materiais sem poros”.

Por suas características físicas e químicas únicas, as vitrocerâmicas são empregadas em cooktops, construção civil, biomateriais e até mesmo nos colossais espelhos dos grandes telescópios. O método da equipe de Bellini aquece o material com o uso de eletrodos e cargas elétricas. “O método vem como uma alternativa na etapa da queima. A ideia é aquecer o material como se fosse um resistor. Aplica-se uma corrente elétrica que vai atravessar o material através de dois eletrodos pelo menos. Com isso, tem-se o aquecimento interno do material, produzido por efeito Joule e outros fenômenos que ainda estão sendo estudados. Esse aquecimento é mais eficiente, porque acontece de dentro para fora”, expõe o professor.

Como o aquecimento é produzido apenas pelo campo eletromagnético aplicado ao material, o consumo de energia é bem menor e não é preciso armar e aquecer grandes estruturas de fornos, como em olarias convencionais. O aquecimento diretamente na peça também acelera imensamente o processo que, de horas, baixa para minutos ou segundos.

Contudo, a equipe ainda visualiza desafios para a implementação industrial da técnica. Um deles está relacionado à dinâmica dos eletrodos: “A geometria da peça é sempre limitante, porque nós precisamos fazer a corrente atravessar o material. Então um dente, por exemplo, para um implante, como a gente produziria o contato? Por outro lado, é possível trabalhar com uma pré-forma que depois acaba sendo esculpida para um protético. Na produção dessas pré-formas também podemos acelerar muito com nossa técnica”, explica Bellini.

“O processo vitrocerâmico é pouquíssimo utilizado no Brasil. As vitrocerâmicas que nós conhecemos para aplicações em revestimentos cerâmicos, e as que nós encontramos aqui no mercado nacional para aplicações dentárias também são, na totalidade, importadas,” conta o professor.

O processo de cristalização ultrarrápida desenvolvido pela equipe possui potencial para modificar o mercado nacional de materiais vitrocerâmicos e, com a facilidade de sinterização, outros usos para o material podem ser pensados. Para isso, é preciso achar parceiros comerciais dispostos a utilizar a nova tecnologia: “A Universidade tem uma limitação de escala, nós conseguimos fazer peças pequenas. Só vamos desenvolver os detalhes para fazer isso na escala de produção industrial se nós estivermos atuando em parceria com empresas e indústrias,” completa Eduardo Bellini.

Fontes

• ((pt)) J. Perossi. Engenheiros da USP desenvolvem método inovador para produzir vitrocerâmicas — Jornal da Universidade de São Paulo, 22 de outubro de 2024