Processamento de materiais cerâmicos + H 2 O. Ivone

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2 + H 2 O Ivone

3 Umidade (%) Colagem 100 Líquido Plástico Semi-Sólido Índice de Plasticidade - IP Limite de Liquidez - LL Limite de Plasticidade - LP COLAGEM EXTRUSÃO Sólido Limite de Contração - LC PRENSAGEM 0

4 Processo de moldagem por colagem Processamento de Materiais Cerâmicos

5 Introdução É o processo de conformação de peças cerâmicas utilizando moldes porosos (gesso, polímeros, etc) e barbotinas. Barbotina suspensão estável de materiais cerâmicos na forma de pós em água suficientemente fluida para ser vertida em molde. Processo de escoamento de um líquido através de um leito de partículas sólidas, de espessura variável com o tempo

6 Introdução moldes secos retirada da água da barbotina elevando o limite de escoamento acima do necessário para suportar a peça moldada sob a ação das forças da gravidade barbotina defloculada redução do teor de água - peças mais resistentes

7 Diagrama esquemático do processo de colagem Início Água Após um determinado tempo Água Molde de gesso Absorção de água Parede obtida por colagem Barbotina

8 Passos do processo de colagem Sucção Suspensão Parede Molde Filtrado (a) inicial (b) depois da formação de uma camada de parede

9 Passos do processo de colagem Fundição ou colagem Formação de parede Retirado do excesso Retirada da peça do molde

10 Passos do processo de colagem (1) (2) (3) (4) (5) (1) Montagem do molde (2) Despejamento da barbotina e colagem (3) Drenagem (4) Peça acabada, removida do molde e aparada as rebarbas (5) Desmontagem do molde e remoção da peça acabada

11 Passos do processo de colagem (1) Montagem do molde (2) Enchimento do molde (3) Absorção de água da barbotina (4) Peça acabada, removida do molde e aparada.

12 Exemplos de colagem

13 Produtos cerâmicos obtidos por colagem de barbotina Alumina

14 Moldes Os moldes de gesso são universalmente utilizados no processo de colagem, devido à: elevada porosidade e capacidade de absorção de água da barbotina. Água/CaSO 4 Quanto maior essa relação, maior a porosidade e, consequentemente, maior a absorção do molde. Quanto mais poroso o molde, melhor????? Moldes excessivamente porosos causam rápido encharcamento, gerando grande quantidade de trinca nas peças, tornando-as frágeis ou inutilizáveis.

15 Moldes de gesso Outras propriedades importantes: Custo relativamente baixo Técnicas simples para produzir moldes a partir de modelos padrões A porosidade do molde pode ser controlada Molde pode ser seco e utilizado novamente.

16 Propriedades da barbotina Viscosidade suficientemente baixa para poder ser vertida com facilidade no molde Baixa velocidade de sedimentação quando em repouso Estabilidade das propriedades quando armazenada Habilidade para drenar uniformemente (no molde de gesso) Dar peças resistentes em colagem de peças grandes Não aderir ao molde Baixa retração de colagem após secagem Certa resistência mecânica na forma úmida e seca após colagem

17 Propriedades da barbotina Para se obter corpos com elevada densidade à verde, deve-se controlar a distribuição e o tamanho das partículas, sendo que estes também têm influência na viscosidade da suspensão devido à interação das forças entre partículas (Van der Waals). Quanto menores forem as partículas, maior será sua interação, porém partículas muito finas tendem a aumentar a viscosidade e formar aglomerados. Solução Para aumentar a densidade à verde: suspensão bimodal com melhor empacotamento entre as partículas. Para controlar ação das forças: utilização de aditivos que interferem na intensidade dessas forças provocando alterações na reologia da suspensão.

18 Barbotina - Aditivos Plastificantes Conferir ou aumentar a plasticidade de uma barbotina e posteriormente da peça verde. Defloculantes Estabilizam a suspensão, impedindo a coagulação das partículas, que se unem devido às forças de atração e posteriormente se sedimentam. Sendo assim, em uma suspensão defloculada, não há evidência de qualquer força atrativa, podendo-se obter uma parede de espessura uniforme do topo ao fundo da peça colada.

19 Barbotina - Aditivos Ligantes Aumentar resistência mecânica à verde, suficiente para permitir sua manipulação e armazenagem. O ligante forma pontes orgânicas entre as partículas que resultam numa adesão forte depois da evaporação da água. Atua também como lubrificante entre as partículas, se decompõe a baixas temperaturas sem deixar resíduos, efetivo em concentrações abaixo de 10% em massa.

20 Exemplos de composições de barbotinas para duas cerâmicas distintas Fonte: Rahaman

21 Formação de parede Durante a colagem a água flui por diferença de pressão para o molde de gesso, depositando as partículas sólidas da suspensão na superfície, formando então uma parede com o formato interno do molde. A absorção da água pelo molde e a formação da parede prosseguirão enquanto houver barbotina no molde, porém tornar-se-ão mais lentas à medida que a parede ficar mais espessa. 6/10/15

22 Cálculo da espessura da parede formada A colagem pode ser tratada como um processo de escoamento de um líquido através de um leito de partículas sólidas, de espessura variável com o tempo similar a um processo de filtração à pressão constante: Fluxo do líquido (J) J K( dp / dx) K: permeabilidade média dos poros dp/dx: gradiente de pressão no líquido L : viscosidade da suspensão L Espessura de parede (L) l 2. J. p. t. Rc J: volume da peça/volume de líquido removido Δp: pressão de sucção capilar do molde t: tempo : viscosidade da suspensão R c : 1/K p, em que K p é a permeabilidade da parede (%)

23 Resumo velocidade de formação da parede estrutura da parede resistência à deformação da peça porosidade e distribuição de tamanhos de poros da parede Relacionam-se com: Propriedades do molde porosidade distribuição de tamanhos de poros Características da barbotina composição concentração de sólidos distribuição de tamanhos das partículas morfologia das partículas natureza do líquido suspensor viscosidade e tixotropia da suspensão Temperatura e pressão

24 Defeitos Não uniformidade da espessura de parede Poros na parede externa Dimensões não concordantes Fissuras Outros

25 Defeitos Formação de vazios no interior das peças conformadas: (a) Interrupção da alimentação por obstrução do orifício de carga; (b) Localização incorreta do orifício de carga.

26 Resumo colagem enchimento slip casting Eliminação de parte do líquido de uma suspensão de sólidos (barbotina de 45 a 60% de sólidos dispersos) quando colocada em contato com um molde poroso Efeito da sucção líquido escoa através do molde e forma um depósito de partículas sólidas junto a parede capilar (enchimento tradicional) pressão hidrostática de enchimento (5 a 15 bar molde de gesso e polimérico, respectivamente) Fases enchimento do molde formação da parede vazamento consolidação desmoldagem acabamento Tempo de enchimento Tempo de formação da parede depende das propriedades reológicas da suspensão estrutura capilar do molde permeabilidade da parede formada propriedades reológicas da suspensão

27 Colagem tape casting - Doctor Blade

28 Colagem tape casting - Doctor Blade h d é a altura da fita seca e são fatores de correção w e d densidade da suspensão e d fita seca h 0 e L são a altura e a espessura da lâmina U é a velocidade relativa da lâmina

29 Colagem tape casting - Doctor Blade

30 tape casting - Doctor Blade Fluxograma esquemático para a colagem de fitas de um substrato de alumina

31 tape casting - Doctor Blade

32 F I M

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