A Influência da Microestrutura no desempenho do Grés Porcelanato Branco

Transcrição

1 A Influência da Microestrutura no desempenho do Grés Porcelanato Branco ( P. T. Cavalcante; M. Dondi; G. Ercolani; G. Guarini; C. Melandri; M. Raimondo e E.R. Almendra) Apresentador ( a ): Patrícia Tenório Cavalcante

2 Sumário Introdução Objetivo Materiais e Métodos Resultados e Discussões Conclusões Agradecimentos

3 Introdução Grés Porcelanato Definição - material cerâmico muito denso, constituído de fases cristalinas, imersas em matriz vítrea, que possui valor de absorção de água < 0,5%. Classificação - grupo BIa (ISO13006).

4 Introdução Ultima década Grés polido

5 Composição do Gres Porcelanato Branco Argilas plásticas e caulim (25-30%) Feldspatos (50-60%) Quartzo (5-10%) Opacificantes como zircão e corundum (5-15%)

6 Relaçãoes... Composição PROPRIEDADES Proceso Mecânicas Microestrutura (sinterizado) Tribológicas Funcionais

7 Objetivo Investigar o comportamento do grés porcelanato polido branco para melhor compreensão dos parâmetros microestruturais cuja interação afeta as propriedades do produto final.

8 Materiais Grés porcelanato polido branco de produção industrial: 4 produtos brasileiros e italianos (denominados de C, E, P e N aleatoriamente).

9 Métodos Composição de fase - Raios X (Rigaku Miniflex, CuK, filtro de Níquel), usando como padrão de intensidade o CaF 2.. Composição química por ICP ( Varian Liberty 200). Porosidade aberta e densidade aparente (ISO ). Densidade (Picnômetro a He da Micromeritics Multivolume 1305).

10 Métodos Flexão a 4 pontos de acordo com a norma EN843-1 (Instron 1195). Módulo de Young de acordo com a norma ENV843-2 (Instron 1195). Tenacidade à fratura de acordo com a norma ENV13234 (Instron 1195). Microdureza Vickers de acordo com a norma ENV843-4 (Zwick 3212). Rugosidade com a norma CEN85 (Taylor-Hobson) Abrasão profunda de acordo com a norma ISO (Gabbrielli)

11 Métodos Abrasão superficial (PEI) de acordo com a norma ISO com 1500,2100,6000 e giros (Gabbrielli). Resistência à manchas e capacidade de limpeza utilizando um pigmento rozo em óleo natural de acordo com a norma ISO e limpando com 1) água quente, 2) sabão neutro e 3) sabão abrasivo e brushing. Medição da intensidade da mancha após cada etapa de limpeza com o uso de colorímetro de acordo com a norma ISO utilizando os parâmetros CIELAB (Hunterlab Miniscan XE Plus).

12 Resultados: Composição química %peso C E N P SiO TiO ZrO Al 2 O Fe 2 O MgO CaO Na 2 O K 2 O

13 Resultados: Composição de fases %peso C E N P Mulita Quartzo Plagioclásio Zircão Corundum Amorfa

14 Discussões Composição de fases e química Há diferenças significativas nas formulações das massas. Composição química indica diferentes formulações caracterizada por baixas quantidades de Ti e Fe, juntamente com altos teores de ZrO 2 para alcançar a coloração mais clara. As amostras são predominantemente sódico (N) ou sódico-potássico (C e E). Em comparação, P já demonstra uma formulação diferente, composto de 58% de SiO 2 e altas porcentagens de Al 2 O 3 e ZrO 2 e predominância do K 2 O sobre o Na 2 O.

15 Propriedades Físicas e Mecânicas C E N P Porosidade aberta (vol %) Porosidade fechada (vol Densidade apar. (g cm -3 ) C E N P Flexão a 4 pontos (MPa) Módulo de Young (GPa) Tenacidade à fratura (MPa Microdureza HV (GPa)

16 Discussões Análise das propriedades físicas Observa-se que os valores de densidade aparente não refletem os valores de porosidade. Ex: P possui maior densidade aparente e maior porosidade. Esses resultados devem ser discutidos com base na contribuição das fases mineralógicas de cada produto a sua densidade.

17 Discussões C = 3.73(PF), 2.47g/cm ZrO 2 N = 4.17(PF), 2.48g/cm ZrO 2 E = 4.77(PF),2.46 g/cm ZrO 2 P = 5.97(PF), 2.51g/cm ZrO 2

18 Propriedades físicas x mecânicas 90 3-points flexural strength 4-points flexural strength 1.36 Mechanical resistance (MPa) Young modulus (GPa) Young modulus Fracture toughness Fracture toughness (MPa m -0.5 ) (1-P)

19 Propriedades mecânicas x % mulita 90 3-points flexural strength 4-points flexural strength 1.36 Fracture toughness 1.32 Mechanical resistance (MPa) Fracture toughness (MPa m -0.5 ) Mullite (%)

20 Análise das propriedades mecânicas Mechanical resistance data correspond well to porosity differences: the higher the porosity, the lower the mechanical strength; sample N is the only exception Young modulus varies in a more complex way with (1- P); it probably depends on the phase composition, as for sample P having the highest amount of zircon and corundum Fracture toughness is positevely correlated with (1-P) For all samples mullite content enhances the mechanical performances, allowing to explain the porcelain strength on the basis of their different phase composition The toughening role played by the mullite is not always so evident

21 Propriedades tribológicas e funcionais C E N P VA (mm 3 ) R a ( m) R t ( m) PEI (mm 3 ) E (AQ) E (SN) E (SA)

22 Propriedades tribológicas x porosidad Superficial abraded volume (mm 3 ) Superficial abrasion Deep abraded volume (mm 3 ) 55 Deep abrasion (1-P)

23 Propriedade tribológica x % mulita x microdureza Volume of abraded material (mm 3 ) Deep abrasion Vickers hardness Vickers hardness (GPa) Mullite (%)

24 Propriedade mecânica x tribológica 6,9 6,8 E C 6,7 Vickers hardness (GPa) 6,6 6,5 6,4 6,3 6,2 P N 6,1 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 Average roughness R a (microns)

25 Discussões The wear resistance tests provide perfectly correlated data for samples C, E and P, while sample N shows a contradictory behaviour resulting as the most and the less resistant to superficial and deep abrasion, respectively; A significant negative relationship comes out when the volume of abraded material is correlated with (1-P), with the anomalous data of sample N whose porosity does not account for its wear resistance; The Vickers microhardness roughly corresponds to the porosity scale; however, the surface hardness is clearly enhanced by mullite.

26 Conclusões É possível correlacionar as propriedades físicas com os parâmetros tribológicos e mecânicos do grés porcelanato branco. As propriedades mecânicas como o módulo de Young e a tenacidade à fratura parecem depender do valor total de porosidade. Ou seja, maior porosidade menor o valor de resistência. Também foi verificado que o conteúdo de mulita está bem correlacionado com as propriedades mecânicas. A dureza e a resistência à abrasão superficial e profunda estão correlacionadas com os valores de porosidade e quantidade de fases cristalinas.

27 Agradecimentos CNPq e Capes Ao grupo de materiais cerâmicos do ISTEC- Itália Ao Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da COPPE/UFRJ.