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O que são compósitos ? FASE MATRIZ FASE DISPERSA COMPÓSITO

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O que são compósitos ?

FASE MATRIZ

FASE DISPERSA

COMPÓSITO

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Compósitos

Fase contínua

• Partículas

• Fibras Contínuas

• Whiskers

• Plaquetas

Matriz Cerâmica

Fase dispersa

CMCs

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• 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

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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.

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Microestruturas - Exemplos

ZrO2-Al2O3 Si3N4-SiC SiAlON - SiC

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• 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

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PROPRIEDADES ÀTEMPERATURA AMBIENTE

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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

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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.

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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)

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PROPRIEDADES À QUENTE

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Características que influenciam na resistência à oxidação/corrosão são:

Quantidade de poros

Quantidade de fase dispersa

Quantidade de fase intergranular

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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)

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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

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Deslizamento de Contornos de Grão

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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

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Superliga a base de Nicoberta com zircônia (TBC thermal Barrier

Coating)