Avanços na tecnologia de produção de pós cerâmicos

1. Avanços na tecnologia de produção de pós cerâmicos A tecnologia para a fabricação de compósitos cerâmico-metal de estrutura 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 componentes em ferramentas de corte. Recentemente alguns desses materiais foram desenvolvidos por uma rota alternativa a partir da moagem de alta energia, cuja finalidade é estudar melhoramentos das propriedades físicas e mecânicas. Uma análise dessa nova rota de fabricação é aqui analisada. A.C.Buriti da Costa / UAF/UFCG

2. 1. Introdução • 2. Estágios da Tecnologia do Pó • 2.1 Produção do pó • 2.2 Caracterização do pó • 2.3 Conformação do pó • 2.4 Sinterização • 3. Controle de qualidade • 4. Aplicações • 5. Conclusões • 1. Introdução: Importância e produtos da MP A TP data de tempos remotos da civilização, mas só após a 2a Guerra Mundial passou a ser tratada cientificamente desenvolvendo produtos em todas as áreas de engenharia. TP trata o processamento de materiais cerâmicos e metálicos a partir consolidação de seus pós na forma desejada. A distribuição de tamanho das partículas que compõe os pós varia de 200 a 0,01 μm.

3. 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.

4. Exemplos ... e alguns milhares de outros produtos com estruturas controladas. • 2. Estágios da Tecnologia do Pó • 2.1. Produção do pó • 2.1.1.Processos mecânicos

5. Tamanho de partículas para pós de ferro em função do tempo de moagem usando diferentes tipos de moinhos. • 2.1.2 Processos Químicos Reações de redução, etc.

6. 2.2. Caracterização do pó - Tamanho (peneiras), forma de partícula e aglomerados, distribuição de tamanho; - Superfície específica (zeólita beta SiO2/Al2O3: 730 m2/g), rugosidade, pureza (absorção atômica, difração de raios-X), - Densidade, estrutura cristalina; - Fluidez, compressibilidade, estado de aglomeração; - Energia de superfície/interface.

8. 2.3.Conformação do pó Nesta etapa ao pó deve ser adicionado lubrificantes para reduzir atritos e melhorar a fluidez e ser moído e conformado. Este mesmo processo é aplicado a uma mistura de diferentes pós para produzir ligas, compósitos, etc. Prensa mecânica ou hidráu- lica para levantamento da curva densidade X log P. Após essa etapa o compactado deve ser pré-sinterizado para retirar o lubrificante.

9. 2.4. Sinterização 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. 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 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 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.

10. 2.4.1 Modelos teóricos conhecidos a partir da década de 40: • Descrição Fenomenológica: vol x porosidade na sinterização; • Descrição Topológica: variações geométricas na microestrutura; • Descrição Termodinâmica: modelo atomístico é o aceito atualmente. • 2.4.2 Classificação da sinterização • Sinterização sólida ou convencional • Sinterização por fase líquida • Sinterização ativada • 2.4.2.1 Sinterização sólida Os mecanismos responsáveis pelo deslocamento de matéria durante o processo de sinterização são basicamente a difusão atômica, fluência plástica e viscosa. Todos esses processos são competitivos. Caminhos de difusão do processo de sinterização entre duas partículas.

11. Variação da porosidade (volume) durante o processo de sinterização sólida. Modelo de 2, 3 e partículas esféricas. • 2.4.2.2 Cinética de sinterização • A razão A / V de um sistema de partículas depende: • - forma • - tamanho • - distribuição de tamanho • - rugosidade superficial • A redução da área superficial específica é a força motora do processo, a • qual produz a minimização da energia livre superficial total.

12. As variações diferenciais entre energia (dE) e área (dA) na região de contato entre duas partículas está relacionada com a tensão superficial pela equação (note que dE < 0 é a força motriz do processo)

13. 2.4.2.2 Sinterização por fase líquida 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 componente principal da mistura. Nesse processo de sinterização uma fase liquida é formada, ajudando o processo de densificação. Exemplos: contatos elétricos de WCu, ferritas magnéticas, abrasivos, capacitores ferroelétricos, etc, a maioria dos produtos cerâmicos; 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 feitas pelos Incas, na consolidação de grãos de platina, onde usavam ouro como ligante, o qual fundia durante a sinterização.

14. 2.4.2.3 Princípios gerais da SFL Quando ocorre a formação de fase líquida, a tendência do líquido é cobrir as partículas sólidas, eliminando assim a interface sólido-vapor, o que depende da molhabilidade do líquido na superfície sólida. Sup. parcial.molhada. Sup. não molhada. Sup. 100% molhada.

15. 2.4.2.4 Evolução microestrutural na SFL • Processo de Rearranjo • Processo de Solução-Precipitação • Processo final

17. 3 Controle de qualidade • Verificação das propriedades físicas, químicas, mecânicas, etc. esperadas. As propriedades mecânicas dureza e resistência crescem na classe dos compósitos com carbetos WC-x%Co, WC-NiC-Co, etc, de acordo a seguinte equação: propriedade X 1/ tamanho de grão Partículas nanométricas obtidas por MAE tem contribuído satisfatoriamente para a produção de carbetos nos últimos anos, mas não ainda de forma econômica. • 4 Aplicações Em todas as áreas de engenharia.

19. 5 Conclusões

20. Obrigado, e desejo a todos Um Feliz Natal &Próspero Ano Novo