MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA II (EM307) 2º Semestre 2005/06 9. NOVOS MATERIAIS CERÂMICOS

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1 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA II (EM307) 2º Semestre 2005/06 9. NOVOS MATERIAIS CERÂMICOS F. Jorge Lino Alves 1

2 SINTERIZAÇÃO COM REACÇÃO A sinterização com reacção tem vindo a ser bastante utilizada na produção de novos tipos de materiais cerâmicos. Os processos a seguir descritos resultam de trabalhos de investigação que têm sido desenvolvidos a nível mundial. O processo RBAO (alumina obtida por sinterização com reacção) foi inventado em 1990 na Universidade Técnica de Hamburgo-Harburg por um grupo liderado por Nils Claussen e desde aí foi despertando cada vez mais o interesse mundial por esta nova classe de materiais. O processo utiliza a reacção de oxidação de misturas de pós de Al/Al 2 que foram moídos intensamente por atrito e compactados. A mistura é tratada termicamente numa atmosfera de ar, para produzir cerâmicos constituídos essencialmente por alumina. Vantagens relativamente aos processos de produção convencionais: 1. Baixa contracção (podendo obter-se directamente formas muito próximas das finais) 2. Facilidade de maquinagem das peças em verde 3. Microestrutura obtida muito densa (>99%) com grão fino (< 1 µm) 4. Resistência após sinterização é idêntica à dos cerâmicos convencionais 5 C/min 1100 C 1550 C-2h 1 C/min 5 C/min 2

3 TENDÊNCIA ACTUAL Identificação dos mecanismos de oxidação do alumínio puro, assim como os mecanismos através dos quais se processa a reacção de ligação entre partículas. A reacção de oxidação do alumínio é extremamente reactiva (exotérmica), o que exige um ciclo de tratamento térmico bem controlado. Aplicação do processo a outros materiais cerâmicos - RBMO (zircónia, mulite-3al 2.2SiO 2 ) Exemplo de composição química 45 vol.% Al, 45 vol. % Al 2, 10 vol. % ZrO 2 (estabilizada com 2 % mol. Y 2 ) 6 hr de moagem (oxidação do alumínio) e prensagem a 50 MPa 3

4 Possibilidade de maquinar as peças em verde Muito baixas contracções após a sinterização com reacção. Em cima mistura de alumina com alumínio e em baixo já só a alumina. 4

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6 NOVOS COMPÓSITOS CERÂMICOS - METAL BASEADOS EM PROCESSAMENTO COM REACÇÃO As aplicações a alta temperatura do alumínio são limitadas pelo seu baixo ponto de fusão (660 C). Um campo prometedor para aplicações a altas temperaturas é o da fabricação de compósitos que usem metais refractários (Ni, Co, Nb, etc.) ou intermetálicos (MoSi 2, TiAl, FeAl, NbAl 3, Ni 3 Al, etc.) para fazer as ligações (pontes) das fissuras. As aplicações técnicas destes materiais são limitadas pelos elevados custos de processamento. Recentemente, for desenvolvida uma técnica que permite a fabricação de ligas de alumina-aluminatos (3A) com baixos custos Os materiais Sinterização com reacção de misturas de pós, moídos por atrito, de materiais base baratos, tais como o alumínio, alumina, óxidos metálicos (TiO 2, TiO, Fe 2, Nb 2 O 5, etc.) e/ou metais elementares (Ti, Fe, Nb, etc.) para formar compósitos de alumina-aluminatos. 6

7 O Processo Controle minucioso do ciclo térmico que é realizado em vácuo. A reacção de oxidação do Al para formar o respectivo aluminato ou ligas metálicas de aluminatos tem lugar a baixas temperaturas. Para fracções de metal ou intermetálico superiores a 20 %, ambas as fases são contínuas apresentando uma microestrutura interligada. Geralmente a reacção entre o óxido metálico ( Me x O y ) e o alumínio pode ser descrita por: Intensidade 3 Me x O y + 2 Al 3 x Me + y Al 2 Numa segunda fase, o excesso de Al reage com o metal para formar o respectivo aluminato: xme + y Al Me x Al y 7