Cerâmicas Técnicas Avançadas

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1 A base do crescimento O BNDES disponibilizou o interessante trabalho perspectivas do desenvolvimento compilando análises e projeções dos principais setores da economia brasileira para o período de Contém a base histórica, considera os cenários internacionais, as projeções das entidades de classe e as intenções de investimento do governo e dos principais players da indústria brasileira. O crescimento dos investimentos mostra diversas oportunidades para a indústria local: Industria (*) + anual -Petroleo e gás % -Sucroalcooleiro % -Extrativa mineral % -Siderurgia % -Petroquimica % -Papel e celulose % -Automotivo % -Energia Eletrica % -Saneamento %. (*) US$ bilhões Investimento É uma boa base para nossos próprios planos de ação. Para os que se interessam, este trabalho está disponivel para download no site do BNDES. As cerâmicas técnicas avançadas certamente se farão presentes nestas indústrias. Este mês trazemos uma tradução livre de um artigo publicado na revista Automotive Purchasing EUA com algumas aplicações automotivas das cerâmicas técnicas avançadas e um artigo sobre o desenvolvimento de novas ligas para ultra-alta-temperaturas utilizando um de nossos materiais, o ZrB2 além do SiC. Não podia deixar de falar também sobre dois de nossos xodós o Nitreto de Boro comparando um pouco com o grafite e o Carbeto de Boro - Tetrabor com sua extraordinária dureza. Desejo a todos um ótimo mês, Nitreto de Boro Solução para lubrificação, temperatura, isolamento e oxidação Obrigado pela acolhida Cerâmicas Técnicas Avançadas para Aplicações Automotivas As cerâmicas convencionais são bastante conhecidas por todos, estão presentes em nosso cotidiano em produtos como pisos e vasos. Já as cerâmicas técnicas são rotineiras na industria automotiva em aplicações como velas de ignição, componentes chaves nos sensores de oxigênio e como substratos para conversores catalíticos. Cerâmicas e cerâmicas técnicas são normalmente produzidas a partir de materiais óxidos como óxido de alumina (Al2O3) e óxido de zirconia (ZrO2). Elas podem ser caracterizadas por sua alta resistência (especialmente à compressão), alta resistência a altas temperaturas e choques térmicos, excepcional resistência ao desgaste, resistência à corrosão e são geralmente isolantes elétricos. Esta combinação única de propriedades permite que sejam utilizadas em uma grande variedade de aplicações. As cerâmicas técnicas avançadas por sua vez, são fabricadas a partir de materiais não óxidos como nitreto de silício (Si3N4), carbeto de silício (SiC), carbeto de boro (B4C), nitreto de alumina (AlN) e nitreto de boro (BN). As propriedades destes materiais são geralmente superiores daquelas cerâmicas técnicas convencionais. As resistências à fadiga de contato e a choque térmico do nitreto de silício, a resistência ao desgaste e corrosão do carbeto de silício, o baixo coeficiente de fricção do nitreto de silício, nitreto de boro e carbeto de silício, a alta dureza do carbeto de boro e a alta condutividade térmica do nitreto de alumina, definem as potenciais aplicações para as cerâmicas técnicas avançadas Aplicações em motores Roletes para trem de válvulas e sistemas de combustível Ceralloy N produzida por Ceradyne estão atualmente em larga escala nas seguintes aplicações: -Roletes para bombas de injeção de combustível dos motores diesel classe 8 -Roletes para válvulas de admissão e exaustão dos motores diesel classe 8 -Roletes do common rail e outras bombas de combustível de alta pressão para motores diesel médios, bem como pesados para aplicações marítimas e locomotivas ferroviárias Cont. na pg 02 Nitreto de Boro - Carbeto de Boro - Carbeto de Silicio - Nitreto de Silicio Diboreto de Titânio - Diboreto de Zircônia Compostos cerâmicos Consulte-nos para conhecer o universo de aplicações

2 Para compreender os benefícios do Ceralloy N, precisamos primeiro entender o mecanismo de falha dos roletes metálicos. Um sistema de roletes metálicos para motores diesel pesados, consiste de um rolete de aço com um pino de bronze. O rolete metálico roda contra o came de aço. A falha começa com o desgaste do pino de bronze e este desgaste é acelerado já que o bronze é um material relativamente macio. O desgaste deste pino torna mais difícil a rotação do rolete metálico. Isto resulta então no travamento do rolete contra o lóbulo do came e por fim o seu arraste, ocasionando a solda fria e a esfoliação tanto do rolete como do lóbulo do came, seguida da falha por fadiga. Alto estress por contato, especialmente o gerado na bomba de combustível acionadas pelo came acelera este processo A solução baseada no Ceralloy N consiste de um rolete de nitreto de silício e um pino de aço endurecido. A utilização do pino de aço endurecido elimina a raiz da falha (pino de bronze) no sistema de roletes metálicos do came. O sistema elimina os problemas de desgaste e esfoliação do rolete metálico. Nitreto de silício tem um coeficiente muito baixo de fricção comparado ao aço e uma massa muito baixa (3.2g/cc. 60% mais leve que o aço) que confere aos roletes de nitreto de silício do came um menor momento de inércia, tornando a rotação mais fácil e reduzindo a chance de travamento contra o lóbulo do came. Do ponto de vista de desgaste o nitreto de silício é muito compatível ao aço. O desgaste medido em um pino de aço num sistema de came com nitreto de silício é 95% menor que o correspondente desgaste num sistema com roletes aço e pino de bronze. Nenhuma solda fria ocorre em função da diferença dos materiais. Os sistemas de roletes do came em nitreto de silício eliminam os principais modos de falha dos roletes metálicos e comprovadamente reduzem o desgaste dos lóbulos do came, aumentado a sua vida útil, mesmo sob maiores estresses de contato. Adicionalmente, nitreto de silício tem uma vida de fadiga de contato por rolamento melhor que sistemas de rolamento em aço, resultando num sistema com maior confiabilidade. A confiabilidade do nitreto de silício foi e é demonstrado pelo fato de haverem milhões de roletes de came atualmente em operação em motores diesel, sem que qualquer falha tenha sido reportada por problemas de material. Esta excelente confiabilidade mecânica é resultante do processo produtivo único da Ceradyne que resulta em materiais sem nenhuma porosidade na superfície de desgaste. A ausência de porosidade elimina a maioria das causa de falha por fadiga de contato Umas das grandes razões de dano a motores diesel é normalmente a quebra dos sistemas de resfriamento, com o conseqüente sobre-aquecimento do motor e sistema de óleo. A bomba de água é portanto muito importante. O ponto onde o eixo da bomba passa pela carcaça da bomba é selado com um selo mecânico, o componente mais critico da bomba. O material do anel do selo deve satisfazer uma grande gama de requisitos. Deve resistir ao desgaste e corrosão ao liquido de refrigeração. Deve ainda ser extremamente rígido e não deformar a altas temperaturas no sistema de selo, já que terá que suportar líquido refrigerante de até 100ºC e a superfície da face do selo pode inclusive atingir centenas de graus Celsius em picos de fricção. O material deverá portanto ter alta condutividade térmica para dissipar o calor. Selos convencionais podem falhar prematuramente resultando em manutenção não programada e redução da vida do equipamento. Carbeto de silício EKasic é um excelente condutor térmico e é extremamente resistente à corrosão por água quente além de melhorar a hidrodinâmica mesmo sob alto estress friccional. O carbeto de silício EKasic é o material preferido para todas as aplicações tribológicas onde baixa lubrificação é um risco. Sua utilização resulta em bombas que estendem a vida útil de motores, permitindo que os fabricantes de motores possam também estender a garantia das suas bombas de água e motores Selos para sensores de oxigênio Para atender os regulamentos ambientais sobre emissão de gases, a redução das válvulas de exaustão pela otimização do processo de combustão através do gerenciamento de motores inteligentes está se transformando numa necessidade para os fabricantes de automóveis. Os sensores de oxigênio desempenham portanto um papel chave. Cont. na pag 03 Protetores de termopar EKasic, pura matriz de carbeto de silício para ambientes extremos, temperaturas de até 1800ºC, altamente corrosivos, e alta velocidade. Para fornos, câmaras de combustão e unidades de dessulfurização Selos para bombas de água A ESK Ceramics produz faces de selos para bombas de água em carbeto de silício EKasic. Utilizados em motores diesel pesados.

3 Cont. da pg 02 Com suas propriedades especiais de material como resistência a temperaturas de 900ºC em ar, excelente condutividade térmica mesmo em altas temperaturas e impermeabilidade a gás e vapores de gás, o nitreto de boro Mycrosint é o material ideal para os selos dos sensores de oxigênio. Rolamentos híbridos de esferas e cilindros Os rolamentos híbridos são a montagem de esferas ou roletes de nitreto de silício dentro de gaiolas metálicas. Estes rolamentos são mais leves, tem menor coeficiente de fricção e podem operar em velocidades maiores com baixa lubrificação. Os rolamentos híbridos são utilizados em situações especiais como na Formula 1 e outras aplicações de competição bem como em máquinas ferramenta, motores elétricos e geradores de energia. Ceradyne fornece os elementos rolantes para rolamentos híbridos em nitreto de silício Ceralloy Needlelok TM. O uso das cerâmicas técnicas avançadas nestas aplicações variadas e de alto estress demonstra que as cerâmicas tem a confiabilidade mecânica necessária para uso nas demandantes aplicações automotivas. Ceradyne e ESK produzem milhões de peças por ano sem qualquer falha em campo. O sucesso na aplicação das cerâmicas requer, entretanto, que haja problemas significativos para serem resolvidos ou beneficios significativos a ser alcançados já que o custo dos componentes cerâmicos é sempre superior ao custo do componente metálico correspondente. Por outro lado, o uso da cerâmica pode ser justificado pelo aumento no ciclo de vida do equipamento e conseqüente redução do custo como indicado nas aplicações acima. É igualmente importante mencionar que, o custo das cerâmicas técnicas avançadas está caindo e esta tendência continuará na medida em que novas aplicações de alto volume surgirem. Estas reduções de custo são obtidas pela implantação de processos de produção contínuos ou semicontínuos e melhorias na produtividade baseadas nas experiências de manufatura../. Faces para selos mecânicos Roletes e esferas em nitreto de silício Porque o nitreto de boro tem propriedades similares ao grafite O nitreto de boro é uma substância sintética de formulação química BN, é uma espécie de carbono inorgânico. Isto significa que as características físicas e químicas do BN são muito similares às do grafite, já que os dois compostos cristalizam com a mesma estrutura lamelar e de dimensões quase idênticas. Dois átomos adjacentes de carbono da estrutura do grafite podem portanto ser substituidos por um de nitrogênio e outro átomo de boro, já que dois átomos de carbono juntos tem exatamente o mesmo número de elétrons do par nitreto-boro. Assim, grafite e BN são isostéricos, que, como outros pares isostéricos como nitrogênio e monóxido de carbono ou óxido nitroso e dióxido de carbono, manifestam estrita similaridade física e química. Por exemplo, em temperaturas de aproximadamente 1600ºC e pressão de bars, o α-nitreto de boro pode, tal como o carbono, ser transformado em 2 alótropos de alta pressão cúbicos tipo diamante com dureza similar ao diamante. Entretanto, a diferença sutil entre o grafite o BN é que o último é branco e não conduz eletricidade. Isto porque o BN, ao contrário do grafite, não possui qualquer eletron-x móvel, já que, por causa dos átomos presentes na estrutura não serem iguais, os eletrons excedentes permanecem fixos ao nitrogênio como pares de eletrons solitários. Mas, o mais importante para a indústria é a resistência à oxidação do BN em temperaturas de até 900ºC comparado ao grafite que começa a oxidar já a 500ºC. Na sua forma mais comum, BN de estrutura hexagonal como o grafite, o material branco gelo possui excepcional resistência térmica e química. Ao mesmo tempo, o material é altamente condutor térmico e isolante elétrico e tem também ótima lubricidade. Esta combinação única abre uma grande campo de aplicações onde o material proporciona melhoras criticas em produtos de alta qualidade. Alguns destes produtos simplesmente não existiriam sem o nitreto de boro. Justamente por isto, a área de aplicações se estende dos isoladores elétricos dos fornos de alta temperatura às aplicações em cosméticos../.

4 Carbeto de Boro - TETRABOR O carbeto de boro faz parte do mais importante grupo de materiais duros não metálicos, tendo como principais propriedades: -Extraordinária dureza Apenas o diamante e o nitreto de boro cúbico (CBN) tem dureza maior. -Resistência à corrosão para maioria das reações químicas -Excelente resistência ao calor, baixíssima gravidade específica e elevado módulo elástico Seu extremamente alto conteúdo de boro (aprox. 80%) juntamente com seu alto ponto de fusão e sua excelente estabilidade química e física, fazem do carbeto de boro ideal para absorção efetiva e comercialmente viável de neutrons. Por seu extremamente alto conteúdo de boro, o carbeto de boro é também a fonte preferida de boro para fabricantes de outros produtos de boro, como boretos e metais borados. O carbeto de boro é obtido pela reação de compostos de óxido de boro e carbono a aproximadamente 2500ºC. Sua composição é variável dentro de uma relativamente grande escala. A distribuição boro/carbono varia de 3,8 a 10,4 enquanto que os graus técnicos de carbeto de boro ficam entre 3,9 e 4,3 (tipicamente 4,0-4,1) Resistência química -Estável em contato com ácidos e álcalis diluídos e concentrados -Inerte a praticamente todos os compostos orgânicos -Carbeto de boro é levemente atacado por misturas de ácidos hidrofluoridrico/sulfúrico ou hidrofluoridrico/nitrico. A reação é acelerada com partículas mais finas. -Resiste ao ataque de vapor água quente entre ºC. A corrosão aumenta com as temperaturas e partículas mais finas. -Dessocia rapidamente em contato com álcalis fundidos e sais ácidos para formar boratos. -Para grãos maiores a temperatura máxima de operação é de 1000ºC em atmosferas oxidantes. Partículas mais finas começam a oxidar em aproximadamente 600ºC Aplicações -Tratamento de superfícies de ferramentas e fabricação de matrizes (especialmente em carbeto de tungstênio e outros metais duros). -Acabamento (lapidação e corte) de cerâmicas e metais duros -Usinagem ultra-sônica -Antioxidante em refratários de alto valor -Absorvedor de neutrons nas aplicações nucleares -Matéria-prima para produção de cerâmicas técnicas avançadas (bicos de jateamento, por exemplo) -Compostos para reforço de metais não ferrosos, como as ligas de alumínio+boro para indústria nuclear. -Revestimentos funcionais por spray térmico -Blindagens militares./. TETRABOR - Pós e Pastas de carbeto de boro, há décadas os melhores produtos para rebarbação, lapidação e polimento. O melhor custo -beneficio para trabalho em metais duros e cerãmicas

5 Cerâmica UHT suporta ultra-alta-temperatura Pesquisadores dos Laboratórios Sandia (Estados Unidos) conseguiram produzir uma nova cerâmica refratária capaz de suportar duas vezes mais calor do que o material que protege os ônibus espaciais quando estes entram na atmosfera. Chamada de cerâmica de ultra-alta-temperatura (UHT : "Ultra High Temperature"), o material suportou temperaturas acima de 2.000º C. A pesquisa foi conduzida pelos cientistas Ron Loehman e Dale Zschiesche. O isolamento termal dos materiais que recobrem a parte externa dos veículos que reentram na atmosfera devem ser estáveis a temperaturas que se aproximam dos 2.000º C, além de serem resistentes à evaporação, rosão e oxidação. O novo material é um compósito formado pelas cerâmicas diboreto de zircônia (ZrB2) e diboreto de háfnium (HfB2), conjugadas com carbeto de silício (SiC). As duas cerâmicas são extremamente duras e possuem altos pontos de fusão (3.245º C para a ZrB2 e 3.380º C para a HfB2). Quando combinados, os materiais formam revestimentos protetores, resistentes à oxidação. As cerâmicas UHT até agora desenvolvidas eram quebradiças e não apresentavam comportamento adequado quando submetidas a choques bruscos de temperatura. Isso se deve principalmente à suas microestruturas, que não produzem um material suficientemente denso. Utilizando laboratórios e equipamentos de testes da NASA, os dois cientistas conseguiram produzir sua nova cerâmica UHT com uma densidade próxima a 100 por cento. Além disso, eles conseguiram produzir aglomerados com uma concentração de SiC que não havia sido possível até hoje. Os cientistas agora planejam comprovar a eficiência de sua nova cerâmica em escala de laboratório. Feito isto, eles acreditam que em um ano poderão ter o material em linha de produção. Fonte: Inovação Tecnológica Variadas ligas e microestruturas, próprias para cada aplicação Carbeto de sílicio EKasic. Para aplicações de desgaste, variações de temperatura, corrosão química, altas temperaturas, altas pressões e problemas de lubrificação.

6 PRODUTOS, MATERIAIS, INDUSTRIAS A Sealine se orgulha em poder oferecer produtos de comprovada qualidade e conteúdo tecnológico de empresas líderes em seus mercados de atuação Produtos: Selos e rolamentos, bocais, tubos, protetores de termopar, tubos aquecedores, isoladores elétricos, pós cerâmicos, pastas e suspensões, abrasivos, bicos para jateamento, pellets, placas, micro-reatores, trocadores de calor, válvulas, roletes e esferas. Componentes customizados para aplicações especiais. Pós e pastas para boretação, pastas diamantadas, pastas para preparação e proteção de superfícies, Juntas de fricção para industria automotiva e textil Materiais: Carbeto de Boro, Nitreto de Boro, Carbeto de Silicio, Nitreto de Silicio, Diboreto de Titânio, Diboreto de Zircônia, Agentes boretantes, Revestimentos funcionais. Indústrias Automotiva, Eletrônica, Engenharia mecânica, Engenharia e construção industrial, Siderurgia e Metalurgia, Revestimentos funcionais, Manuseio de líquidos e gases, Indústria têxtil, Indústria de papel, Nuclear, Naval, Tratamento térmico, Lubrificantes, Engenharia química, Petrolífera, Petroquímica, Fertilizantes. Inovative and high quality products from