A tecnologia para a fabricação de compósitos cerâmico-metal de estrutura A tecnologia para a fabricação de compósitos cerâmico-metal de estrutura

microscópica, a partir de moagem tradicional dos pós componentes e sinterizados já é microscópica, a partir de moagem tradicional dos pós componentes e sinterizados já é

bastante conhecida. Uma classe desses materiais é apropriada para a utilização como bastante conhecida. Uma classe desses materiais é apropriada para a utilização como

componentes em ferramentas de corte. Recentemente alguns desses materiais foram componentes em ferramentas de corte. Recentemente alguns desses materiais foram

desenvolvidos por uma rota alternativa a partir da moagem de alta energia, cuja desenvolvidos por uma rota alternativa a partir da moagem de alta energia, cuja

finalidade é estudar melhoramentos das propriedades físicas e mecânicas. Uma análise finalidade é estudar melhoramentos das propriedades físicas e mecânicas. Uma análise

dessa nova rota de fabricação é aqui analisada.dessa nova rota de fabricação é aqui analisada.

A.C.Buriti da Costa / A.C.Buriti da Costa / UAF/UFCGUAF/UFCG

Avanços na tecnologia de produção de pós cerâmicos

1. Introdução1. Introdução 2. Estágios da Tecnologia do Pó2. Estágios da Tecnologia do Pó 2.1 Produção do pó2.1 Produção do pó 2.2 Caracterização do pó2.2 Caracterização do pó 2.3 2.3 Conformação do pó Conformação do pó 2.4 Sinterização 2.4 Sinterização 3. Controle de qualidade3. Controle de qualidade 4. Aplicações4. Aplicações 5. Conclusões5. Conclusões

1. Introdução: Importância e produtos da MP1. Introdução: Importância e produtos da MP

A TP data de tempos remotos da civilização, mas só após a 2A TP data de tempos remotos da civilização, mas só após a 2aa Guerra Mundial passou a ser tratada cientificamente desenvolvendo Guerra Mundial passou a ser tratada cientificamente desenvolvendo produtos em todas as áreas de engenharia.produtos em todas as áreas de engenharia.

TP trata o processamento de materiais cerâmicos e metálicos a partir TP trata o processamento de materiais cerâmicos e metálicos a partir consolidação de seus pós na forma desejada. A distribuição de tamanho consolidação de seus pós na forma desejada. A distribuição de tamanho das partículas que compõe os pós varia de 200 a 0,01 μm.das partículas que compõe os pós varia de 200 a 0,01 μm.

MP trabalha com temperaturas inferiores ao ponto de fusão dos materiais (parcial ou totalmente), e com a vantagem de obter propriedades únicas.

Fatores favoráveis - Economia de energia; - Materiais de alto ponto de fusão são processados pela TP (filamentos para lâmpadas, ligas de alto ponto de fusão, etc.); - Algumas propriedades estruturais só são obtidas pela TP (porosidade, distribui- ção de tamanho de grão controlada); - Desenvolvimentos e melhoramentos no desempenho de materiais multifásicos (compósitos); - Economia de material ~10%.

Fatores desfavoráveis - Limita a forma geométrica pois não há fase liquida; - Limita o tamanho das peças em função das potencias necessárias para a compactação; - Obriga a produção de grandes quantidades de produtos para baixar custos.

Exemplos

2. Estágios da Tecnologia do Pó 2.1. Produção do pó

2.1.1. Processos mecânicos

... e alguns milhares de outros produtos com estruturas controladas.

Tamanho de partículas para pós de ferro em função do tempo de moagem usando diferentes tipos de moinhos.

2.1.2 Processos Químicos2.1.2 Processos Químicos Reações de redução, etc.

2.2. Caracterização do pó2.2. Caracterização do pó

- - Tamanho (peneiras), forma de Tamanho (peneiras), forma de ppartícula e aglomerados, artícula e aglomerados, distribuição de tamanho;distribuição de tamanho;

- S- Superfície específica (uperfície específica (zeólita betazeólita beta SiO2/Al2O3: 730 m2/g), SiO2/Al2O3: 730 m2/g), rrugosidade, pureza (absorção atômica, difração de raios-X), ugosidade, pureza (absorção atômica, difração de raios-X), - Densidade, estrutura cristalina;- Densidade, estrutura cristalina;

- Fluidez, compressibilidade, estado de aglomeração;- Fluidez, compressibilidade, estado de aglomeração;- Energia de superfície/interface.- Energia de superfície/interface.

2.3.2.3. Conformação do póConformação do pó Nesta etapa ao pó deve ser adicionado lubrificantes para reduzir Nesta etapa ao pó deve ser adicionado lubrificantes para reduzir

atritos e melhorar a fluidez e ser moído e conformado. atritos e melhorar a fluidez e ser moído e conformado. Este mesmo processo é aplicado a uma mistura de diferentes pós para Este mesmo processo é aplicado a uma mistura de diferentes pós para produzir ligas, compósitos, etc.produzir ligas, compósitos, etc.

Prensa mecânica ou hidráu- Prensa mecânica ou hidráu- lica para levantamento da lica para levantamento da curva curva densidade X log P.densidade X log P.

Após essa etapa o compactado deve ser pré-sinterizado para retirar o lubrificante.

2.4. Sinterização2.4. Sinterização

É um processo termodinâmico de não-equilíbrio, no qual um sistema de partículas (agregado É um processo termodinâmico de não-equilíbrio, no qual um sistema de partículas (agregado

de pó ou compactado) ativado termicamente vem adquirir uma estrutura sólida consistente. de pó ou compactado) ativado termicamente vem adquirir uma estrutura sólida consistente.

Redução da área superficial específica, formação de contornos de grão e Redução da área superficial específica, formação de contornos de grão e

crescimento de pescoços de união entre as partículas, leva o sistema à densificação e crescimento de pescoços de união entre as partículas, leva o sistema à densificação e

contração volumétrica. Isto é alcançado por difusão atômica devido à redução da energia contração volumétrica. Isto é alcançado por difusão atômica devido à redução da energia

livre, a força motriz do processo, proveniente de ligações químicas incompletas nas livre, a força motriz do processo, proveniente de ligações químicas incompletas nas

superfícies das partículas de tamanhos reduzidos.superfícies das partículas de tamanhos reduzidos.

Não há ainda uma teoria definitiva e consistente do fenômeno, apesar de seu conhecimento tecnológico datar dos tempos remotos.

2.4.1 Modelos teóricos conhecidos a partir da década de 40:2.4.1 Modelos teóricos conhecidos a partir da década de 40: Descrição Fenomenológica: Descrição Fenomenológica: vol x porosidade na sinterização;vol x porosidade na sinterização; Descrição Topológica: Descrição Topológica: variações geométricas na microestrutura;variações geométricas na microestrutura; Descrição Termodinâmica: Descrição Termodinâmica: modelo atomístico é o aceito atualmente.modelo atomístico é o aceito atualmente.

2.4.2 Classificação da sinterização 2.4.2 Classificação da sinterização Sinterização sólida ou convencionalSinterização sólida ou convencional Sinterização por fase líquidaSinterização por fase líquida Sinterização ativadaSinterização ativada

2.4.2.1 Sinterização sólida2.4.2.1 Sinterização sólida Os mecanismos responsáveis pelo deslocamento de matéria durante o processo Os mecanismos responsáveis pelo deslocamento de matéria durante o processo de sinterização são basicamente a difusão atômica, fluência plástica e viscosa. Todos de sinterização são basicamente a difusão atômica, fluência plástica e viscosa. Todos esses processos são competitivos.esses processos são competitivos.

Caminhos de difusão do processo de sinterização entre duas partículas.

Variação da porosidade (volume) durante o processo de sinterização sólida. Modelo de 2, 3 e partículas esféricas.

2.4.2.2 Cinética de sinterização2.4.2.2 Cinética de sinterização

A razão A / V de um sistema de partículas depende:A razão A / V de um sistema de partículas depende: - forma- forma - tamanho- tamanho - distribuição de tamanho- distribuição de tamanho - rugosidade superficial - rugosidade superficial

A redução da área superficial específica é a força motora do processo, a A redução da área superficial específica é a força motora do processo, a qual produz a minimização da energia livre superficial total.qual produz a minimização da energia livre superficial total.

As variações diferenciais entre energia (As variações diferenciais entre energia (dEdE) e área () e área (dAdA) na região de ) na região de contato entre duas partículas está relacionada com a tensão superficial contato entre duas partículas está relacionada com a tensão superficial

ppela equação (note que dE < 0 é a força motriz do processo) ela equação (note que dE < 0 é a força motriz do processo)

dAdE

rsdVdE 11

sdVdE 1

sP 1

s1

2.4.2.2 Sinterização por fase líquida2.4.2.2 Sinterização por fase líquida

Na sinterização por fase liquida o pó é constituído por dois ou mais Na sinterização por fase liquida o pó é constituído por dois ou mais

componentes, onde um dos quais tem baixo ponto de fusão em relação ao componentes, onde um dos quais tem baixo ponto de fusão em relação ao

componente principal da mistura. Nesse processo de sinterização uma fase componente principal da mistura. Nesse processo de sinterização uma fase

liquida é formada, ajudando o processo de densificação.liquida é formada, ajudando o processo de densificação.

Exemplos: Exemplos:

contatos elétricos de WCu, ferritas magnéticas, contatos elétricos de WCu, ferritas magnéticas, abrasivos, capacitores abrasivos, capacitores

ferroelétricos, etc, a maioria dos produtos cerâmicos; ferroelétricos, etc, a maioria dos produtos cerâmicos;

classe dos carbetos: passou a ser desenvolvida pela SFL a partir do inicio do classe dos carbetos: passou a ser desenvolvida pela SFL a partir do inicio do

séc. XX. No caso dos metais, as primeiras aplicações da sinterização foram séc. XX. No caso dos metais, as primeiras aplicações da sinterização foram

feitas pelos feitas pelos IncasIncas, na consolidação de , na consolidação de grãosgrãos de platina, onde usavam ouro de platina, onde usavam ouro

como ligante, o qual fundia durante a sinterização. como ligante, o qual fundia durante a sinterização.

2.4.2.3 2.4.2.3 Princípios gerais da SFLPrincípios gerais da SFLQuando ocorre a formação de fase líquida, a tendência do líquido é Quando ocorre a formação de fase líquida, a tendência do líquido é cobrircobrir as partículas sólidas, eliminando assim a interface sólido-vapor, o que as partículas sólidas, eliminando assim a interface sólido-vapor, o que depende da depende da molhabilidademolhabilidade do líquido na superfície sólida. do líquido na superfície sólida.

cosLVSLSV LVSVSL LVSLSV

Sup. parcial.molhada. Sup. não molhada. Sup. 100% molhada.

2.4.2.4 Evolução microestrutural na SFL2.4.2.4 Evolução microestrutural na SFL Processo de Rearranjo Processo de Rearranjo Processo de Solução-Precipitação Processo de Solução-Precipitação Processo finalProcesso final

3 3 Controle de qualidadeControle de qualidade

Verificação das propriedades físicas, químicas, mecânicas, etc. Verificação das propriedades físicas, químicas, mecânicas, etc. esperadas.esperadas.

AsAs propriedades mecânicas propriedades mecânicas durezadureza e e resistência resistência crescem na crescem na classe dos compósitos com carbetos WC-x%Co, WC-NiC-Co, etc, de classe dos compósitos com carbetos WC-x%Co, WC-NiC-Co, etc, de acordo a seguinte equação: acordo a seguinte equação:

propriedade X 1/ tamanho de grãopropriedade X 1/ tamanho de grão Partículas Partículas nanométricasnanométricas obtidas por MAE tem contribuído obtidas por MAE tem contribuído

satisfatoriamente para a produção de carbetos nos últimos anos, satisfatoriamente para a produção de carbetos nos últimos anos, mas não ainda de forma econômica. mas não ainda de forma econômica.

4 Aplicações4 Aplicações Em todas as áreas de engenharia.

5 Conclusões 5 Conclusões

Obrigado, e desejo a todos Obrigado, e desejo a todos

Um Feliz Natal &Um Feliz Natal &Próspero Ano NovoPróspero Ano Novo