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7/23/2019 CARACTERIZAO MICROESTRUTURAL DE COMPSITO ABRASIVO DE DIAMANTE-Si OBTIDO POR SINTERIZAO CC

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CARACTERIZAO MICROESTRUTURAL DE COMPSITOABRASIVO DE DIAMANTE-Si OBTIDO POR SINTERIZAO

CCLICA APAT*

Getlio da Silva Abreu1

Ana Lcia Diegues Skury2

Guerold Sergeevitch Bobrovnitchii3

ResumoO objetivo geral foi produzir e caracterizar a microestrutura de um compsitoabrasivo nanoestruturado no sistema D-Si, via sinterizao cclica de alta presso ealta temperatura (!"#$ % sinterizao cclica em alta presso e alta temperaturade compsitos foi feita a partir de uma mistura de &' diamante e )' de Si comoligante, o *ual foi modo por moagem de alta energia sendo ento partculananom+tricaso$ % sinterizao foi realizada por a ciclos de presso (!# de &.!a-

.!a e temperatura ("# /''01-)''01, para um tempo (t# de min$ %s an2lises dedifra3es de raios 4 mostraram a ocorr5ncia, al+m do diamante, de Si1, 6eSi egrafite$ %s an2lises de 789 e 8DS mostraram uma distribuio uniforme dos cristaisde diamante na matriz de Si1$ % an2lise da regio de fratura das amostras mostrou*ue todos os cristais de diamante foram abrangidos pelo ligante, ou seja, a ligaformada a partir da interao de carbono e de silcio$ 6inalmente, conclui-se *ueesta pes*uisa aprimorou a t+cnica de produo de 71Ds para uso futuro em bits debrocas de perfurao de poos de petrleo$Paa!"as-#$a!e: 1arbeto de silcio; 1ompsitos diamantados; Sinterizao; $

MICROSTRUCTURAL C%ARACTERIZATION D-SI ABRASIVE COMPOSITES

OBTAINED IN SINTERIN& C'CLIC %P%TA(s)"a#)"clic sintering$

1 Engenheiro, Doutorando, LAA!"Setor de ateriais de Alta Dure#a, $niversidade Estadual do%orte &lu'inense Darcy (ibeiro, )a'*os dos Goytaca#es + (, Brasil-

2 Bacharelado e Licenciatura e' &.sica, Doutora, /ro0essora, LAA!"Setor de ateriais de AltaDure#a, $niversidade Estadual do %orte &lu'inense Darcy (ibeiro, )a'*os dos Goytaca#es +(, Brasil-

3 Engenheiro, /hD, /ro0essor E'rito, LAA!"Setor de ateriais de Alta Dure#a, $niversidadeEstadual do %orte &lu'inense Darcy (ibeiro, )a'*os dos Goytaca#es + (, Brasil

)ontribui4o tcnica ao 567 )ongresso Anual da AB + 8nternacional e ao 197 E%EE: ; Encontro%acional de Estudantes de Engenharia etalrgica, de ateriais e de inas, *arte integrante daAB


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/ INTRODUO

% utilizao dos materiais compsitos diamantados (71D# + crescente emferramentas de corte, perfurao e afiao$ % maioria destes materiais + produzidavia sinterizao com aplicao de altas press3es e altas temperaturas, adicionando-

se v2rios ligantes$O uso dos 71Ds cresce com vastas aplica3es na ind@stria metal-mecAnica, naelaborao de ferramentas de corte e principalmente no uso de insertos emferramentas$ 2 tamb+m a aplicao em processos de perfurao de poos depetrleo, onde e?iste a necessidade de brocas mais eficientes$%s ferramentas fabricadas com materiais superduros possuem muitas aplica3es,entre as *uais destacam-se as ferramentas de corte, nas serras lineares ecirculares, e nos processos de perfurao de poos de petrleo com insertos decompsitos diamantados nas brocas, na usinagem de aos duros, na usinagem dedesbaste e de acabamento, em cortes severos e interrompidos de materiais, empeas fundidas e forjadas etc$Do ponto de vista das caractersticas cristalogr2ficas e termodinAmicas o material*ue mais se apro?ima do diamante + o silcio$ O silcio se cristaliza no sistemac@bico (como o diamante# e ao reagir com o carbono forma o carbeto de silcio$ 8stematerial possui alta resist5ncia B o?idao$ 1ontudo + cada vez maior o interessecientfico em pes*uisar a influ5ncia das condi3es de sinterizao dos compsitosdiamantados no sistema CDiamante-Si (presso, temperatura e tempo dea*uecimento# sobre sua estrutura e propriedades fsico-*umicas visando aobteno de materiais com alta dureza, boa tenacidade B fratura e elevadaestabilidade t+rmica$ Ema das alternativas vi2veis para o mel


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0 MATERIAIS E M1TODOS

Os materiais utilizados na preparao dos compsitos foram: a# diamante comgranulometria MF'/Qm, produzido no setor de 7ateriais Superduros do Raboratriode 7ateriais %vanados da E8K6 (S7SDFR%7%9FE8K6#; b# Silcio %ldric< '' Qm$!ara preparar a mistura reativa, feita a pesagem dos ps de diamante e silcio naproporo de &' de diamante e )' de silcio$ 8m seguida, a mistura foisubmetida ao processo de 7oagem de %lta 8nergia (7%8#$ 8sta composio foideterminada a partir de estudos anteriores GH$ I importante saber *ue o diamante eo silcio utilizados na preparao da mistura foram modos ao mesmo tempo, a fimde minimizar esta contaminao$

02/ E3e#u45o a Si6)e"i7a45o

% sinterizao foi realizada numa prensa especial de /)' t de fora, modelo ) T,e*uipada com dispositivo de alta presso do tipo bigorna com concavidade toroidal$O processo de sinterizao se baseia na aplicao de ciclos, no *ue diz respeito aosparAmetros de presso e temperatura$ O objetivo de ser utilizar a sinterizao cclicafoi avaliar se os ciclos e o tempo de processamento influenciam consideravelmentena *ualidade dos compsitos sinterizados, para desta forma, investigar os 71Ds$!ara iniciar a sinterizao, o primeiro passo foi montar a c2psula deform2vel com amistura reativa de diamante e silcio, nas propor3es de &' de diamante e )' deSi$ Depois, foi necess2rio efetuar a calibrao de temperatura e presso$% aplicao da presso foi feita em patamares diferentes, onde durante a

sinterizao a presso foi elevada a & .!a e mantida nesse patamar de pressoen*uanto a corrente el+trica foi acionada, a fim de se alcanar a temperatura deapro?imadamente /''U1$ 8sses parAmetros foram mantidos constantes por umperodo de min, aps o *ual o a*uecimento + desligado e a presso cai at+ o valorde M .!a, tamb+m por min$ 8nto novamente + aplicada a presso e a correnteel+trica repetindo o processo formando, caracterizando os ciclos$O processo de sinterizao foi avaliado com variao de , L, ) e ciclos de mincada$ % inteno em se usar a sinterizao cclica foi verificar se as varia3es dosciclos so capazes de mel


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Onde, d


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< RESULTADOS E DISCUSSO

e)i4es Com>osi45o P"ess5o Tem>e"a)u"a Tem>o

get$1N (a#, (b#, (c# &' D-)' Si & .!a /'' 01 cicloFminget$L1N (a#, (b#, (c# &' D-)' Si & .!a /'' 01 L ciclosFminget$)1N (a#, (b#, (c# &' D-)' Si & .!a /'' 01 ) ciclosFminget$1N (a#, (b#, (c# &' D-)' Si & .!a /'' 01 ciclosFmin

iu"a /2!arAmetros de sinterizao da amostra get$1N(a# em ciclos e temperatura de /''01$


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reao do mesmo com o carbono formando ento o Si1$ 2 tamb+m presena depicos de grafite residual; provavelmente do processo de grafitizao do diamante$Os padr3es de difrao de raios 4 de amostras de diamante-Si em escalamanom+trica, sinterizados a L'01 e L)L'01, foram analisados por alguns autores$!elos difratogramas, concluram *ue apenas picos de diamante e carboneto desilcio estavam presentes$ 8 apenas a forma c@bica carboneto de silcio, ^-Si1, foidetectado$ "amb+m identificaram *ue a aus5ncia de picos devido ao silcio indicava*ue a reao estava completa$ O no aparecimento de grafite confirmava *ue asinterizao foi realizada na regio em *ue o diamante estava na forma est2vel docarbono GMH$Outros autores descobriram *ue a maioria grafitizao em taman


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1omo antes mencionado os ps foram modos por 7%8, o *ue ocasionou acontaminao da mistura com o 6e, formando ento o composto 6eSi *ue apareceno difratograma$ 1omo uma parte da mistura fica aderida tanto nas esferas demoagem *uanto nas paredes da jarra, a contaminao da mistura por ferro +

inevit2vel$ !or+m, sendo o ferro um solvente do carbono, aparentemente, este tipode contaminao no deve ser prejudicial ao processo de sinterizao$%utores confirmam tamb+m a e?ist5ncia de SiOL$ O silcio age como removedor deo?ig5nio, reduzindo a concentrao de o?ig5nio adsorvido da superfcie e deo?ig5nio livres no interior dos poros, o *ue diminui significativamente o efeitocatalisador do o?ig5nio na grafitizao do diamante G&H$


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iu"a


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iu"a 27icrografia com detalia Co68o#a as Amos)"as

!ara fazer as an2lises com o microscpio a laser, primeiramente as amostras foramesfareladas (*uebradas#$ Etilizaram-se aumentos tpicos de ' vezes (6igura e'&M vezes (6igura #, em cores e preto e branco$ Ka 6igura & esto representadasas amostras de ciclo, L ciclos, ) ciclos e ciclos, todas com aumento de 'vezes$ I possvel perceber *ue a amostra de ciclos est2 mais bem compactada$



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iu"a G2 Nmagens das amostras em aumento de ' vezes: (a# ciclo, (b# L ciclos, (c# ) ciclos e (d# ciclos, respectivamente$

iu"a H2 Nmagem em cores e com aumento de '&M vezes da amostra sinterizada com L ciclos(a# e) ciclos(b#, respectivamente$

@ CONCLUSO

% Sinterizao cclica em alta presso e alta temperatura de compsitos feita a partirde uma mistura de &' diamante em conjunto com )' de Si como ligante, o *ualforam modos inicialmente em partculas nanom+tricas, resultou num compsitomais denso$ 8ssa fragmentao inicial de alta energia dos ps precursores



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produzidos, juntamente com Si livre, ajudaram na consolidao do compsitodurante a sinterizao$% difrao de raios 4 demonstrou *ue foi efetiva a formao da matriz de carbeto desilcio durante o processo de sinterizao em %!%", atrav+s da reao do silcio como carbono proveniente da grafitizao parcial do diamante$ % t+cnica tamb+m reveloua presena de 6e *ue + um material contaminante proveniente do recipienteutilizado na moagem de alta energia$ !or+m sendo o ferro um solvente do carbono,aparentemente, este tipo de contaminao no deve ser prejudicial ao processo desinterizao$% an2lise da regio de fratura atrav+s do 789 e 8DS demonstrou *ue o Si1formado durante o processo de sinterizao foi incorporado nos limites do gro dediamante e apresentando uma boa mol, %$ R$ D$, %zevedo, 7$ .$, Tobrovnitc

caracterizaÇÃo microestrutural de compÓsito abrasivo de diamante-si obtido por sinterizaÇÃo...

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