O que são compósitos ?

FASE MATRIZ

FASE DISPERSA

COMPÓSITO

Compósitos

Fase contínua

• Partículas

• Fibras Contínuas

• Whiskers

• Plaquetas

Matriz Cerâmica

Fase dispersa

CMCs

• alta temperatura de fusão

• alta resistência ao desgaste

• resistência à corrosão e

• resistência à oxidação

• dureza.

fragilidade

Materiaiscerâmicos

CMCs

Propriedades

Atrativas

Propriedade que deve ser observada

Desenvolvimento

Os requisitos básicos para fabricação de um CMCs

Compatibilidade entre os coeficientes de expansão térmica• gerados por gradiente de temperatura

Estabilidade química• poderia haver a formação de um novo composto.

Microestruturas - Exemplos

ZrO2-Al2O3 Si3N4-SiC SiAlON - SiC

• dureza• tenacidade à fratura • fadiga.

Altas temperatura

Temperatura Ambiente

• resistência à oxidação• resistência à corrosão • resistência à fluência • resistência à fadiga térmica.

CMCs

Propriedades Propriedades

PROPRIEDADES ÀTEMPERATURA AMBIENTE

Efeito da adição de segunda fase na Dureza

0 5 10 15 2019,0

19,5

20,0

20,5

21,0

21,5

22,0

22,5

23,0

Har

dnes

s (G

Pa)

SiC content - wt.%

Hot Pressed

0 5 10 15 20 25 301300

1350

1400

1450

1500

1550

1600

1650

Vick

ers

Har

dnes

s H

V

Al2O3 content (wt%)

1500 0C 1550 0C 1600 0C

Compósito ZrO2-Al2O3 Compósito SiAlON-SiC

Sinterizado entre 1500 e 1600 0C Sinterizado a 17500C

CMCs - Tenacidade à FraturaMaior confiabilidade mecânica

Melhor tenacidade à fratura

Mecanismo de tenacificação - mudança da forma com que a trinca se propaga devido a sua interação com a fase dispersa.

•desvio da trinca•ramificação da trinca•arredondamento da ponta da trinca•compressão das faces da trinca devido à tensão gerada no processo de fabricação•Compressão das faces da trinca devido à tensão gerada por transformações alotrópicas (ex.: ZrO2)

Dessa forma há:•uma redistribuição da tensão na ponta da trinca•aumento da energia necessária para que a trinca continue a se propagar pelo material.

Efeito da adição de segunda fase na Tenacidade à Fratura

0 5 10 15 203,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

Frac

ture

Tou

ghne

ss (M

Pa.m

1/2 )

Hot Pressed

SiC content (wt.%)0 5 10 15 20 25 30

6,46,66,87,07,27,47,67,88,08,28,48,6

Frac

ture

Tou

ghne

ss

(KIC

) - M

Pa m

1/2

Al2O3 content (wt%)

15000C 15500C 16000C

0 5 10 15 20 25 303

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Frac

ture

Tou

ghne

ss (M

Pa.m

1/2 )

SiC whisker content

Si3N4-SiC composite sintered at 1750 C

ZrO2-Al2O3 Si3N4-SiC Si3N4-SiC(W)

PROPRIEDADES À QUENTE

Características que influenciam na resistência à oxidação/corrosão são:

Quantidade de poros

Quantidade de fase dispersa

Quantidade de fase intergranular

Quantidade de fase intergranular

SNCAL – Si3N4 com 5 ou 20% de Y2O3-Al2O3 (forma β-Si3N4 + fase intergranular)

SNCAN – Si3N4 com 5 ou 20% de AlN-Y2O3 (Forma SiAlON)

Características que influenciam na resistência a fluência

Microestruturais (mais importantes)

• deslizamentos de contornos de grão provocam a diminuição da resistência à fluência/fadiga térmica.

• Amolecimento das fases intergranulares.

Dissolução e precipitação

• quando se trabalha a altas temperaturas esse fenômeno pode ocorrer em materiais que apresentem alotropia, pois a fase estável a temperatura ambiente, se dissolve, precipitando-se na fase estável à temperatura de trabalho (caso seja atingida a temperatura de transformação alotrópica)

Por exemplo, compósitos a base de Si3N4

Deslizamento de Contornos de Grão

Desenvolvimento de tensões residuais entre a matriz e o reforço

( ) TE rméaiarr ∆−= αασ

rrmm

rrrmmmmédia VEVE

VEVE++

=ααα

( ) TE mméaiamm ∆−= αασ

α -Coeficiente de expansão térmica

E - Módulo de Elasticidade

V - Fração volumétrica de cada fase

∆T - Variação de temperatura

m – matriz

r - reforço

Superliga a base de Nicoberta com zircônia (TBC thermal Barrier

Coating)