desenvolvimento de cerâmicas porosas à base de nitreto de silício - rodrigo mendes mesquita...

7/23/2019 Desenvolvimento de cermicas porosas base de Nitreto de silcio - Rodrigo Mendes Mesquita (Dissertao Mestr

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INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES

AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SO PAULO

Desenvolvimento de cermicas porosas

base de Nitreto de Silcio

RODRIGO MENDES MESQUITA

Dissertao apresentada comoparte dos requisitos para aobteno do Grau de Mestreem Cincias na rea deTecnologia Nuclear - Materiais

Orientador: Dr. Luis A. Genova

So Paulo

2009


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i

DEDICATRIA

minha av, que meapoiou incondicionalmente

em todos os momentos, me

dando o carinho de uma

me.


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ii

AGRADECIMENTOS

Ao Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares, pela oportunidade dedesenvolver este trabalho, pelo rico ambiente acadmico, e pelo conhecimento

adquirido;

Inicialmente a minha famlia, em especial a minha av, pois sem seu

carinho e apoio meu desenvolvimento acadmico teria parado;

Ao Dr. Lus Antnio Genova, pela orientao e por me auxiliar no

desenvolvimento do tema;

A Dra. Ana Helena Bressiani pelo apoio e pelas diversas contribuies;

Ao meu grande amigo Rodrigo Alves de Souza, pela amizade e

companheirismo;

A minha grande amiga Suelanny Carvalho da Silva, pela amizade, carinhoe apoio, e por estar sempre por perto quando necessrio;

A minha grande amiga Karolina Pereira dos Santos Tonello, pela

amizade, e carinho durante todos estes anos;

A minha amada noiva Soraia Mariana de Souza por seu carinho e amor

incondicional que me deram foras para continuar prosseguindo com o projeto;

Ao liner, Cris, Deby, Tamie, Pedro, Ren, Celso e Nildemar pelo apoio e

amizade;

Ao CNPq, cujo auxlio por meio da bolsa, permitiu que eu continuasse

meus estudos


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iii

Desenvolvimento de cermicas porosas base de

Nitreto de Silcio

RODRIGO MENDES MESQUITA

Resumo

Cermicas porosas base de nitreto de silcio vm sendo amplamente

estudadas por possibilitarem a obteno de corpos que aliam porosidade e

resistncia mecnica. Isto se deve, principalmente ao caracterstico mecanismo

de reforo in-situ que o material apresenta, obtido com o crescimento anisotrpico

de gros de Si3N4. Neste estudo foram obtidos corpos de Si3N4 com diferentes

porosidades (percentual, distribuio de tamanhos, etc.), por trs tcnicas

diferentes: gel-casting de espumas com diferentes gelificantes (albumina, gar e

gelatina), gel-casting com amido e fase sacrificial com amido. As tcnicas de

obteno de cermicas porosas por gel-casting de espuma, utilizando gar,

gelatina ou albumina como agentes gelificantes gerou muitos resultados,

produzindo alteraes em termos de estrutura de poros desenvolvida (ampla faixa

de porosidade e de tamanho de poros), mas devido s dificuldades encontradas

para um rgido controle do processamento (estabilizao e reprodutibilidade da

estrutura de bolhas) e consequentemente dos corpos obtidos, o tema foi

desenvolvido apenas parcialmente. Com a utilizao da tcnica gel-casting com

amido, as amostras produzidas apresentaram maior reprodutibilidade, sendo que

a porosidade obtida variou de acordo com o amido empregado: com a utilizao

do amido de arroz obteve-se a menor porosidade (entre 17,4% e 20,8%),

enquanto com o amido de batata atingiu-se a maior porosidade (entre 23% e

36%) e com o amido de milho, chegou-se a valores intermedirios de porosidade

(entre 18,9% e 28,1%). As amostras obtidas foram sinterizadas a 1800 C e

caracterizadas quanto porosidade aparente, microestrutura e resistnciamecnica por ensaio de compresso, podendo-se relacionar a porosidade e o tipo


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iv

de amido adicionado com a resistncia mecnica. Utilizando-se a tcnica da fase

sacrificial, adicionou-se matriz de nitreto de silcio diferentes tipos de amido (de

arroz, de milho ou de batata), em diferentes percentuais (20, 30 e 40 % em

volume), sendo as amostras obtidas sinterizadas sob diferentes temperaturas e

tempos. Estas amostras foram caracterizadas de modo semelhante s descritas

anteriormente, podendo-se relacionar a porosidade e tratamento trmico com a

resistncia mecnica. Os resultados obtidos com as amostras com o amido

usando as duas tcnicas foram comparados, permitindo-se concluir que as

amostras obtidas por gel-casting apresentam maior resistncia mecnica quando

comparadas a amostras com porosidade semelhante, produzidas por fase

sacrificial.


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v

Development of Porous Silicon Nitride-Based

Ceramics

Rodrigo Mendes Mesquita

Abstract

Porous silicon nitride based-ceramics have been widely studied by the

combination of mechanical strength and porosity. This is due mainly by the

characteristic mechanism of in-situ reinforcement obtained with the anisotropic

grain growth of Si3N4. In this study were obtained bodies of Si3N4 with different

porosities (amount, pore size distribution, etc.) using three different techniques:

gel-casting foams with different gelling agents (albumin, gelatin and agar), gel-

casting with starch as gelling agent, and sacrificial phase with starch as fugitive

additive. The techniques of obtaining porous ceramics by gel-casting foams, using

agar, gelatin or albumin as gelling agent had interesting results and is versatile in

terms of the structure of pore developed (broad range of porosity and pore size),

but due to difficulties in the processing control (stabilization and reproducibility of

the bubbles structure) and thus in the characteristics of the obtained bodies, the

issue was only partially developed. With the use of gel-casting technique with

starch, the samples produced showed higher reproducibility, and the porosity

obtained varied with the starch employed: with the use of rice starch was obtained

the lowest porosity (between 17.4% and 20.8%), while with potato starch was

reached higher porosity (between 23% and 36%) and with corn starch reached to

intermediate values of porosity (between 18.9% and 28.1%). The samples were

sintered at 1800 C and characterized by apparent porosity measurement,

microstructure and mechanical strength by compression test, relating the porosity

and type of starch with mechanical strength. Another method used to produce

porous silicon nitride was the technique of sacrificial phase with different types of

starch (rice, maize or potato) added to the matrix of silicon nitride in different

amounts (20, 30 and 40% in volume). The samples obtained were sintered under

different temperatures and times, and the obtained samples were characterized ina similar manner to those described above. It was possible to relate to porosity


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vi

and heat treatment with mechanical strength. The results obtained with the

samples produced with the starch using the two techniques were compared

allowing concluding that the samples obtained by gel-casting have greater

strength when compared to samples with similar porosity produced by sacrificial

phase.


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vii

SUMRIO

1. Introduo.......................................................................................................... 1

2. Objetivo.............................................................................................................. 5

3. Reviso bibl iogrfica ........................................................................................ 6

3.1 Cermicas porosas ..................................................................................... 6

3.2 Mtodos de produo de cermicas porosas ........................................... 83.3.1 Mtodo da rplica: ................................................................................ 93.3.2 Mtodo da fase sacrif icial .................................................................. 11

3.3.3 Mtodo do Gel-casting de espumas .................................................. 123.3.3.1 Util izao de albumina como gelif icante ....................................... 173.3.3.2 Util izao de amido como gelificante ............................................ 18

3.4 Propr iedades Mecnicas e sua relao com a porosidade ...................21

3.5 Produo de cermicas porosas base de nitreto de silcio ................25

4. Materiais e Mtodos .................................................................................... 30

4.1 Gel-casting utilizando-se amido como gelificante ................................. 31

4.2 Obteno de corpos porosos pelo mtodo da fase sacrificialutilizando-se diferentes amidos ..................................................................... 33

4.3 Gel-casting de espumas ut ilizando-se albumina, a gelatina ou garcomo gelificante .............................................................................................. 35

4.4 Caracterizao das amostras obtidas ..................................................... 37

5. Resultados e Discusso ................................................................................. 40

5.1 Produo de amostras pelo mtodo gel-casting .................................... 40

5.2 Amostras obtidas pelo mtodo gel-casting ut ilizando-se amido ..........47

5.3 Amido como fase sacrificial ..................................................................... 58

6. Concluses...................................................................................................... 79

7.Trabalhos Futuros............................................................................................ 81

8. Publicaes ..................................................................................................... 82

9. Referncias Bibliogrficas ............................................................................. 83


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viii

NDICE DE FIGURAS

Figura 3.1: Diagrama da classificao de materiais porosos proposta por KELLY.[4]............................................................................................................................. 8

Figura 3.2: Estruturas obtidas pela tcnica da rplica, ambas de Al2O3, (a) a partir

da esponja polimrica e (b) e partir do pinheiro.[12]............................................... 10

Figura 3.3: Estrutura obtida pelo mtodo da fase sacrificial. Cermica de -fosfato

triclcico cujos poros foram originados de eliminao de esferas de PMMA........12

Figura 3.4: Estrutura porosa de uma alumina obtida por gel-casting de espumas,

sendo, neste caso foi utilizada como agente gelificante albumina.[32]................... 14

Figura 3.5: Fenmeno do escoamento, F simboliza o sentido do fluxo das bolhas,

e a imagem ampliada mostra detalhes das clulas polidricas.[6]......................... 14

Figura 3.6: Representao esquemtica do processo de coalescncia e do efeito

de surfactantes.[6].................................................................................................. 15

Figura 3.7: Comparao do efeito de surfactantes e de partculas coloidais na

estabilizao de espumas. Em (a) mostrada uma espuma estabilizada com um

surfactante aps 4 horas de repouso, enquanto em (b) a espuma contendopartculas coloidais se mostra bem mais estabilizada, mesmo por perodos bem

mais longos (4 dias).[6].......................................................................................... 16

Figura 3.8: Estrutura molecular do amido.[46]........................................................ 19

Figura 3.9: Exemplo de estrutura de alumina porosa obtida por gel-casting com

amido de batata.[45]............................................................................................... 20

Figura 3.10: Exemplo de mtodos de produo de cermicas porosas.[6]............21

Figura 3.11: Desenho mostrando a ruptura de uma clula aberta similar a dos

poros abertos.[55]................................................................................................... 24

Figura 3.12: Esquema de transformao de fases .do nitreto de silcio [71]...26

Figura 3.13: Esquema indicando os principais mecanismos de tenacificao que

podem ocorrer em cermicas estruturais.[71]......................................................... 27

Figura 3.14: Micrografia demonstrando o mecanismo de tenacificao em ao.[71]

.............................................................................................................................. 27


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ix

Figura 4.1: Processamento das amostras por gel-casting com amido..................33

Figura 4.2: Processamento das amostras por fase sacrificial com amido.............34

Figura 4.3: Processamento das amostras por gel-casting de espumas comalbumina. .............................................................................................................. 37

Figura 5.1: Efeito do tratamento de oxidao superficial do p nas caractersticas

reolgicas de suspenses aquosas de Si3N4........................................................ 41

Figura 5.2: Efeito da oxidao superficial das partculas de Si3N4na viscosidade

de suspenses aquosas contendo diferentes teores de slido............................. 42

Figura 5.3: Estruturas porosas obtidas a partir de suspenses contendo

LSS/glicerina, por aerao mecnica com diferentes hastes: (a) haste planetria

(amostra 1), (b) haste 4 ps (amostra 2)............................................................... 43

Figura 5.4: Estruturas porosas obtidas a partir de suspenses contendo albumina,

por aerao mecnica com diferentes hastes: (a) haste planetria (amostra 3), (b)

haste 4 ps (amostra 4). ....................................................................................... 44

Figura 5.5: Hastes utilizadas para os teste, 4 ps (a) e planetria (b). .................44

Figura 5.6: Distribuio de poros obtida por porosimetria de Hg para as amostras

descritas na tabela 5.1. ......................................................................................... 45

Figura 5.7: Estruturas porosas obtidas com diferentes gelificantes; (a) agar, (b)

albumina. .............................................................................................................. 46

Figura 5.8: Exemplo de uma estrutura porosa de nitreto de silcio da amostra na

qual se utiliza gar como gelificante, mostrando os gros crescidos

anisotropicamente, formando uma estrutura reforada pelo entrelaamento destes

gros..................................................................................................................... 47

Figura 5.9: Distribuio de tamanho de partculas de cada um dos amidos.........48

Figura 5.10: Densidade relativa (a) e porosidade aparente (b) das amostras

obtidas por gel-casting, com diferentes amidos e percentuais de slido na

suspenso............................................................................................................. 50

Figura 5.11: Micrografias das amostras produzidas via gel-casting com adio de

30% em volume de amido de milho: (a) suspenso contendo 50% de slido e (b)

suspenso contendo 55% de slido...................................................................... 52


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x

Figura 5.12: Micrografias das amostras produzidas viam gel-casting com amido de

milho com suspenses contendo 50% de slido. As diferentes percentagens em

volume de amido adicionado, 20% em (a), 30% em (b) e 40% em (c) deram

origem a cermicas com porosidade aparente de 21,4%, 26,9% e 28,1%

respectivamente.................................................................................................... 54

Figura 5.13: Micrografia das amostras produzidas via gel-casting utilizando-se

como agente gelificante o amido de milho (a) e de batata (b); para estes

exemplos, as suspenses contm 50% de slidos e 40% em volume de amido..55

Figura 5.14: Defeito em amostra produzida via gel-casting com amido de milho;

neste caso a suspenso continha 50% de slidos e 20% de amido em volume. .56

Figura 5.15: Relao do mdulo de ruptura compresso versus porosidade das

amostras obtidas por gel-casting utilizando diferentes amidos e a partir de

suspenses com diferentes percentuais de slido................................................58

Figura 5.16: Relao entre a retrao volumtrica e o percentual de amido

adicionado a matriz cermica................................................................................61

Figura 5.17: Relao entre densidade a verde e amido adicionado matriz

cermica. ..............................................................................................................63

Figura 5.18: Relao entre perda de massa e adio de amido(% em peso), para

os amidos de arroz (a), milho (b) e batata (c). A linha tracejada nos grficos indica

qual a perda referente apenas ao amido adicionado. ...........................................65

Figura 5.19: Porosidade aparente e densidade aparente versus percentual de

amido para amostras porosas de Si3N4obtidas por fase sacrificial, e sinterizadas

sob diferentes tratamentos trmicos. Em (a) amido de arroz, em (b) amido demilho e em (c) amido de batata.............................................................................68

Figura 5.20: Porosidade aparente versus frao volumtrica de amido adicionado

para amostras porosas de Si3N4 obtidas por fase sacrificial, e sinterizadas sob

diferentes tratamentos trmicos............................................................................69

Figura 5.21: Amostras porosas de Si3N4obtidas com a adio de 20 % (a), 30 %

(b) e 40 % (c) de amido de arroz, sinterizadas a 1800C por 1 hora. ...................70

Figura 5.22: Detalhes da estrutura de poros de amostra obtida com a adio de

30 % de amido de arroz, sinterizada a 1800C por 1 hora...................................70


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xi

Figura 5.23: Difratogramas de raios-x das amostras,porosas de Si3N4sinterizadas

sob diferentes condies. .....................................................................................71

Figura 5.24: Parte do difratograma de raios X indicando os picos relacionados

equao de Yeheskel e Gefen..............................................................................72

Figura 5.25: Mdulo de ruptura versus porosidade aparente para amostras

processadas com amido de arroz submetidas a diferentes tratamentos trmicos.

..............................................................................................................................74


processadas com amido de milho submetidas a diferentes tratamentos trmicos.

..............................................................................................................................74


processadas com amido de batata submetidas a diferentes tratamentos trmicos.

..............................................................................................................................75

Figura 5.28: Relao do mdulo de ruptura versus porosidade das amostras

processadas com amidos de arroz, batata e milho e submetidas a diferentes

tratamentos trmicos.............................................................................................76


produzidas pelos mtodos gel-casting e fase sacrifical, submetidas sinterizao

a 1800 C por 1 hora. Em (a) amostras obtidas a partir do amido de milho e em (b)

a partir do amido de batata. ..................................................................................78


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1. Introduo

Os materiais cermicos so utilizados em aplicaes onde as outras

classes de materiais (metais, polmeros e compsitos) no podem ser utilizadasou apresentam um baixo desempenho. A maioria das aplicaes tecnolgicas

envolve cermicas densas, mas h um crescente nmero de aplicaes para as

quais se utilizam cermicas porosas. As aplicaes mais conhecidas para as

cermicas porosas so como: isolantes trmicos, catalisadores e suportes de

catalisadores, filtros e membranas para filtrao e separao de partculas, gases

e lquidos (incluindo metais fundidos), queimadores de gases e difusores. O

campo de utilizao destas cermicas porosas vem experimentando uma recentee contnua expanso para novos setores tecnologicamente estratgicos, como o

de biomateriais, farmacutico, alimentcio, aeroespacial, petroqumico, de

engenharia ambiental, etc. [1-7]

As cermicas porosas podem ser obtidas por diferentes mtodos de

fabricao, os quais interferem significativamente nas caractersticas e

propriedades dos produtos obtidos. Dentre os principais mtodos que vm sendo

utilizados para a produo de cermicas porosas podem ser citados asinterizao parcial, o mtodo da rplica de substratos celulares, o mtodo da

fase sacrifical e o mtodo do gel-casting de espuma. Cabe ressaltar que estes

mtodos podem se complementar uns aos outros ou serem adaptados e/ou

adequados de modo a se poder obter estruturas com as mais variadas

caractersticas, envolvendo diferentes materiais cermicos. As caractersticas de

uma estrutura de poros englobam a porosidade total, a distribuio de tamanho

de poros, a conectividade entre os mesmos (poros abertos ou fechados), alm dageometria (esfricos, cilndricos, etc.).

O mtodo da rplica baseado na impregnao de substratos de

estruturas celulares com uma suspenso cermica ou soluo precursora

cermica, de maneira a produzir uma estrutura porosa similar do substrato.

Muitas estruturas celulares sintticas e naturais podem ser usadas como

substratos, sendo que o exemplo mais comum o de espumas polimricas. As

cermicas obtidas pelo mtodo da rplica podem apresentar porosidade entre40% e 95%, com uma estrutura reticulada e altamente interconectada, com o


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tamanho mdio de poros variando entre 200m a 3 mm. A grande desvantagem

dessa tcnica o surgimento de trincas nos filamentos durante a pirlise do

substrato, o que compromete suas propriedades mecnicas. [6,12-17]

Outro mtodo interessante e bastante utilizado o da fase sacrificial,

que consiste na conformao de corpos a partir de uma mistura contendo uma

matriz cermica contnua (ou precursores cermicos) e uma segunda fase

sacrificial dispersa de maneira homognea. A partir da eliminao desta fase

sacrificial (normalmente por pirlise), os espaos ocupados pela mesma se

transformam em poros com tamanho e forma similares aos das partculas da fase

eliminada. A eliminao desta fase sacrificial a etapa mais crtica do processo,

requerendo normalmente tratamentos por longos perodos. Alm disso, o

processo de eliminao desta fase sacrificial gera uma quantidade significativa de

produtos gasosos que podem ser danosos sade e/ou ao meio ambiente. A

principal vantagem do mtodo da fase sacrificial, se comparada aos outros

mtodos, a possibilidade de controlar a porosidade, distribuio de tamanhos e

a forma dos poros no produto final pela escolha adequada da fase sacrificial.

Podem ser obtidas porosidades de 20% a 90% e poros de 1m a 700m. [6,18-26]

O mtodo gel-casting de espumas que uma variao do mtodo gel-

casting originalmente desenvolvido para a produo de corpos densos. Partindo-

se de uma suspenso cermica estvel, contendo monmeros ou polmeros

especficos (alm de outros componentes, como surfactante, espumante, etc.),

produz-se uma espuma por meio da aerao (normalmente por agitao

mecnica), que vertida em molde, passando ento por um processo de

gelificao (ou polimerizao), de modo que o corpo rgido obtido mantenha a

estrutura porosa originada pelas bolhas da suspenso aerada. Variveis de

processo que influenciam nas caractersticas e propriedades da cermica obtida

por este mtodo so as caractersticas da suspenso inicial, o mtodo de

aerao, presena de surfactantes, espumantes ou outros modificadores que

permitem o controle do processo e a estabilizao da espuma, etc.. [6,11,26-41]. A

grande desvantagem do mtodo gel-casting de espuma originalmente proposto

que apresenta os mesmos problemas que o mtodo desenvolvido para a

produo de cermicas densas: os agentes gelificantes so neurotxicos eexigem que se trabalhe em atmosfera controlada (isenta de oxignio).


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Devido a estes problemas, grandes esforos vm sendo feitos no

sentido de se desenvolver mtodos alternativos de gel-casting, utilizando-se

agentes gelificantes atxicos, que no necessitam de atmosfera controlada e que,

alm disso, sejam de custo relativamente baixo. Exemplos destes agentes

gelificantes que vm sendo propostos so o gar, a gelatina, o amido e a

albumina.[30-54]

Pelo mtodo gel-casting de espumas possvel obter poros na faixa de

35m a 1,2mm e porosidades variando de 40% at 97%, com filamentos entre os

poros isentos de trincas e altamente densificados, o que proporciona altos valores

para as propriedades mecnicas das cermicas. [6]

A relao entre as propriedades mecnicas e a porosidade de

materiais cermicos vem sendo intensamente estudada [55,56]. Diferentes

abordagens indicam que a reduo da resistncia mecnica de materiais porosos

pode ser relacionada tanto a fatores macroestruturais (diferentes caractersticas

da estrutura de poros) como a fatores microestruturais (caractersticas da matriz

contnua, como densidade, composio, etc.).

Este comprometimento das propriedades mecnicas um dosprincipais fatores que limitam a utilizao mais ampla das cermicas porosas, j

que h uma relao inversa entre porosidade e resistncia mecnica. Para se

contornar esse obstculo, vm sendo desenvolvidas novas cermicas porosas de

alto desempenho, base de nitreto de silcio e seus compsitos. [50,61-64]. As

cermicas base de nitreto de silcio apresentam um interessante conjunto de

propriedades (mecnicas, trmicas e qumicas) que sugerem um grande potencial

para aplicaes estruturais, mesmo em altas temperaturas. Alm disso, possui

como uma de suas principais caractersticas, o fenmeno do reforo in-situ, que

se d pelo crescimento anisotrpico dos gros durante a sinterizao, tornando-

os alongados e promovendo uma microestrutura reforada pelo entrelaamento

dos mesmos. Estes gros alongados, alm de interferir positivamente na

resistncia mecnica do material, promovem o surgimento de mecanismos

tenacificadores, podendo-se atingir valores de tenacidade fratura to alta como

10 MPa.m1/2, quando para a maioria das cermicas esse valor no ultrapassa 4

MPa.m1/2. [52,62-63]. Este fenmeno do reforo in-situ, exaustivamente estudado

para a produo de cermicas densas base de Si3N4, vem sendo explorado nos


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4

ltimos anos visando a obteno de cermicas porosas de alto desempenho

mecnico.

Dentre os estudos para a obteno de cermicas porosas base de nitreto

de silcio destaca-se o trabalho de Hampshire et al. [52]que utilizou o amido de

milho como fase sacrificial para a formao dos poros. Outro grupo que vem

investindo grandes esforos na produo e caracterizao de cermicas porosas

base de Si3N4 coordenado por Tatsuki Ohji[65-69]. Dentre os estudos deste

grupo, destaca-se a fabricao de corpos de nitreto de silcio porosos pela tcnica

de tape-casting que promove um expressivo alinhamento dos gros de Si3N4,

formando uma microestrutura altamente anisotrpica; assim possvel atingir

elevados valores de propriedades mecnicas na direo perpendicular aos gros

alinhados [65]. Num trabalho recente os grupos de Ohji e Hampshire estudaram em

conjunto a influncia de diferentes mtodos de processamento nas propriedades

dos corpos porosos obtidos [70].Neste estudo concluram que o tamanho do amido

utilizado no influencia no valor do mdulo de ruptura do material obtido, sendo

este valor prximo ao de materiais obtidos por meio da sinterizao parcial. No

caso de amostras porosas obtidas por sinterizao parcial seguida de prensagem

a quente, a tenso de ruptura foi maior que a exigida para amostras obtidas por

outras tcnicas de processamento.


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2. Objetivo

O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de cermicas porosas

a base de -Si3N4com diferentes caractersticas referentes porosidade, e queapresentem microestrutura isotrpica e propriedades mecnicas elevadas. Como

parte deste objetivo principal, partindo-se de uma composio base, foram

desenvolvidas e/ou adaptadas diferentes tcnicas de processamento (gel-casting

e fase sacrificial) que possibilitaram a fabricao destas cermicas com diferentes

nveis de porosidade (entre 15 e 50%), variando-se tambm a distribuio de

tamanho de poros. Estas diferentes estruturas porosas obtidas foram

relacionadas aos valores de resistncia mecnica, de modo a se poder sugeriruma relao entre porosidade e resistncia mecnica.


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3. Reviso bibliogrfica

3.1 Cermicas porosas

Os materiais cermicos apresentam um conjunto de interessantes

propriedades e caractersticas que os habilitam a serem utilizados em aplicaes

nas quais as outras classes de materiais (metais e polmeros) no podem ser

utilizadas ou tem, de um modo geral, um desempenho abaixo do necessrio.

Dentre estas propriedades podemos citar a elevada resistncia mecnica, a alta

dureza, a resistncia ao desgaste, o baixo coeficiente de expanso trmica e de

condutividade trmica, resistncia oxidao e corroso, elevada

refratariedade, etc. Apesar da maioria destas aplicaes tecnolgicas envolverem

cermicas densas, h um crescente nmero de aplicaes para as quais se

utilizam cermicas porosas.[1-7]

A classificao das cermicas porosas no um tema consensual, pois

varia de acordo com o setor ao qual as mesmas so aplicadas. Kelly discute que

infelizmente no h uma consistncia quanto classificao das cermicas

porosas com relao ao tamanho dos poros presentes. Pode-se ter cermicas

com a distribuio de tamanho de poros dentro de uma ampla faixa de tamanho

de poros (de 1 nm a 1 cm), alm desta porosidade poder variar desde alguns

pontos percentuais at 90%. Por exemplo, pela recomendao da IUPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry), poros maiores que 50 nm

so considerados macroporos. Dessa forma a nomenclatura utilizada est

intimamente relacionada aplicao em questo. Aqueles que utilizam a

nomenclatura IUPAC certamente trabalham com temas correlatos a catalisadores,

membranas e absorventes. Em aplicaes onde o tamanho de poros muito

maior que os da classificao da IUPAC, esta deixa de ser vlida, pois todos

ficam na categoria de materiais macroporosos. Para os objetivos deste projeto,

consideramos a porosidade na faixa entre 15 e 75% em volume, com tamanho de

poros variando de m a mm.

Por outro lado as cermicas porosas podem ser classificadas quanto

interconectividade dos poros em duas categorias gerais: as cermicas reticuladas,

que apresentam estrutura de poros ordenada e simtrica, e as espumas

cermicas, cujos poros so distribudos de maneira homognea na matriz


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cermica. Estas diferentes estruturas de poros determinam em grande parte as

caractersticas (permeabilidade, condutividade trmica, etc.) e possveis

aplicaes destes materiais. Logicamente para cada uma destas diferentes

estruturas, a distribuio de tamanhos e a frao volumtrica dos poros presentes

tambm interferem fortemente nas caractersticas e propriedades do material.Na

Figura 3.1 apresentada a classificao proposta por Kelly, relacionando as

diferentes aplicaes com tamanho, volume e interconectividade de poros. [4]

Em recente publicao, Rdel et.al,[8] indicam que cada vez mais as

cermicas porosas devero expandir sua importncia tecnolgica, j que sero

utilizadas em diversas novas aplicaes. Entre estas novas aplicaes, os autores

citam:

Como componentes de clulas a combustvel de alta temperatura,

Como membranas de filtrao para a produo de gua limpa e potvel,

Membranas de separao para o uso em catalisadores automotivos mais

eficientes,

Como cermicas estruturais, e mesmo sendo materiais mais leves,

atingiro propriedades mecnicas prximas s das cermicas densas,

Na rea de biomateriais, principalmente como suportes para o

crescimento de tecidos e cultura de clulas.


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Figura 3.1: Diagrama da classificao de materiais porosos proposta por KELLY.[4]

3.2 Mtodos de produo de cermicas porosas

Cermicas porosas podem ser obtidas por diferentes mtodos, sendo

que alguns destes so adaptaes de mtodos clssicos de conformao de

materiais cermicos densos. [1-7] A escolha do mtodo mais adequado est

relacionada, alm da geometria da pea a ser produzida, s caractersticas daestrutura de poros que se deseja. Os mtodos empregados para a produo de

cermicas com poros na escala nanomtrica no sero descritos aqui, sendo

ento detalhados apenas os principais mtodos para a produo de corpos com

porosidade na escala micromtrica a milimtrica, que descreveremos como

cermicas macroporosas.

Para a produo destas cermicas macroporosas existem diferentes

mtodos, sendo cada qual mais adequado produo de determinadas estruturasde poros, e dessa forma determinando as propriedades do produto final.[5-7]


21/99

9

Um dos mtodos para produo mais simples o da sinterizao

parcial, onde a porosidade controlada pelos parmetros de sinterizao do

material, como por exemplo o empacotamento das partculas, a presena de

aditivos, a temperatura e tempo de sinterizao etc. [3,5]

O mtodo da prensagem isosttica a quente tambm utilizado para

produo de cermicas porosas; nesse caso os corpos de prova j conformados

so introduzidos na prensa sem serem selados, permitindo assim que o gs sob

alta presso penetre nos poros, impedindo que os mesmos se fechem durante a

sinterizao. A porosidade resultante e o tamanho dos poros do corpo tratado na

prensa isosttica a quente muito similar a do corpo a verde original.[5]

Existem outros mtodos descritos na literatura e alguns largamente

utilizados na indstria como a prototipagem rpida, o mtodo da rplica, da fase

sacrificial e gel-casting de espumas. A seguir sero descritos detalhadamente os

mtodos mais utilizados.[7]

3.3.1 Mtodo da rplica:

Este mtodo desenvolvido no incio dos anos 60 por Schwartzwalder e

Somers [6] baseado na impregnao de substratos de estruturas celulares com

uma suspenso cermica ou soluo precursora de maneira a produzir uma

estrutura porosa similar do substrato. Muitas estruturas celulares sintticas e

naturais podem ser usadas como gabarito para fabricar cermicas porosas por

meio deste mtodo, sendo que o exemplo mais comum o de esponjas

polimricas. Na Figura 3.2 vemos um exemplo de uma cermica produzida com

uso de esponjas polimricas e outra obtida a partir da madeira de pinheiro[12].

No caso da produo de cermicas porosas a partir de uma estrutura

natural como a madeira, procede-se inicialmente a um processo de pirlise da

mesma para a eliminao de fases orgnicas, restando no final uma estrutura de

carbono. A partir desta estrutura pode-se, por infiltrao de metais ou gases,

promover reaes que levem formao de diferentes fases cermicas, sejam

covalentes ou inicas. [6,12]As cermicas porosas obtidas pelo mtodo da rplica

apresentam porosidade entre 40% e 95% com uma estrutura reticulada e

altamente interconectada, com o tamanho mdio de poros podendo variar entre


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10

200m e 3mm, o que faz com que estas cermicas sejam adequadas para

aplicaes que necessitem de alta permeabilidade. [6,12-17]

Figura 3.2: Estruturas obtidas pela tcnica da rplica, ambas de Al2O3, (a) a partir

da esponja polimrica e (b) e partir do pinheiro.[12]

Um dos problemas que pode ocorrer com a utilizao deste mtodo da

rplica o surgimento de trincas nos filamentos durante a pirlise da esponja, o

que pode comprometer as propriedades mecnicas da cermica. Visando evitar

esse problema foram propostas algumas solues, como melhorar amolhabilidade da suspenso no substrato a ser impregnado, fazer mais de uma


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11

impregnao para o preenchimento das trincas dos filamentos, adio de fibras

na suspenso cermica, desgaseificao da mesma, etc.[6,12-17]

Quando se utiliza como base uma estrutura natural, as propriedades

mecnicas so comumente melhores, pois a estrutura mantm sua forma original

e transformada por meio de processos fsico-qumicos em um material

cermico, gerando uma estrutura sem falhas e sem vazios dentro dos filetes.[6,12]

3.3.2 Mtodo da fase sacrificial

O mtodo da fase sacrificial consiste na conformao de corpos a partir

de uma mistura contendo uma matriz cermica contnua (ou precursores

cermicos) e uma segunda fase sacrificial dispersa homogeneamente. Com a

eliminao desta fase sacrificial (geralmente por tratamento trmico), os espaos

ocupados pela mesma se transformam em poros com tamanho e forma similares

s partculas que os originaram. [6,18-26]

Uma grande variedade de materiais pode ser usada como formadores

de poros, como serragem, amidos, polietileno, PMMA, parafina, etc.[6]

Quando da eliminao da fase sacrificial por tratamento trmico, o

material submetido a processo de aquecimento bastante lento, com patamares

em temperaturas intermedirias para que no ocorra a formao de defeitos que

venham a comprometer as propriedades mecnicas do produto final. Alm disso,

durante a pirlise pode ser gerada uma quantidade considervel de produtos

gasosos, prejudiciais sade e/ou ao meio ambiente, o que exige que estes

produtos da pirlise sejam tratados antes de serem lanados na atmosfera. Na

Figura 3.3 apresentada uma estrutura obtida por este mtodo; Neste caso

adicionou-se a uma suspenso de -fosfato triclcico, esferas de PMMA (poli

metil meta-acrilato) que aps a pirlise deixaram poros nos espaos que

ocupavam.[18]

A maior vantagem do mtodo da fase sacrificial, se comparada aos

outros mtodos, a possibilidade de controlar a porosidade, distribuio de

tamanhos e a forma dos poros no produto final pela escolha adequada da fase a

ser eliminada na pirlise. Um levantamento da literatura permite afirmar que

podem ser obtidas cermicas com porosidades de 20% a 90% e poros variando

de 1m a 700m. [6,18,22,26]


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12

Figura 3.3: Estrutura obtida pelo mtodo da fase sacrificial. Cermica de -fosfato

triclcico cujos poros foram originados de eliminao de esferas de PMMA.

Como neste mtodo o produto final corresponde a um negativo da fase

sacrificial, no ocorrem trincas nos filamentos como na tcnica da rplica, fazendo

com que essas cermicas porosas tenham melhores propriedades mecnicas que

as produzidas por rplica.[6]

3.3.3 Mtodo do Gel-casting de espumas

O mtodo gel-casting foi originalmente desenvolvido para produo

de corpos densos de geometria complexa. Uma suspenso cermica estvel,

contendo monmeros ou polmeros especficos, vertida em um molde,

passando ento por um processo de gelificao (ou polimerizao), de modo aobter um corpo rgido. A pea conformada submetida a sucessivas etapas de

secagem com posterior tratamento trmico para eliminao de orgnicos e

sinterizao. Variveis de processo como as caractersticas da suspenso inicial

(umidade, viscosidade, etc.), influenciam nas caractersticas dos corpos

obtidos.[6,11,27-44].

A partir do mtodo original de gel-casting foi proposta uma adaptao

(gel-casting de espumas) para a produo de cermicas porosas.[27]

. Por estemtodo, uma suspenso cermica contendo o agente gelificante passa por um


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13

processo de aerao (normalmente por agitao mecnica), sendo que a espuma

obtida vertida em um molde, passando ento por processo de gelificao (ou

polimerizao) similar ao mtodo original, de modo que o corpo rgido obtido

mantenha a estrutura de bolhas formada pela aerao da suspenso. A pea

conformada submetida a sucessivas etapas de secagem com posterior

tratamento trmico para eliminao de orgnicos e sinterizao. Variveis de

processo como as caractersticas da suspenso inicial (umidade, viscosidade,

etc.), mtodo de aerao, presena de surfactantes, espumantes ou outros

modificadores permitem que se possa controlar o processo de modo a se obter

diferentes estruturas porosas, seja quanto ao percentual de poros, distribuio

de tamanho e forma dos mesmos, ou ainda quanto s caractersticas fsicas dafase cermica entre os poros. Este controle do processo permite que se interfira

nas caractersticas do corpo poroso como sua resistncia mecnica,

permeabilidade, condutividade trmica, etc. O mtodo de conformao por gel-

casting original apresenta o inconveniente de utilizar monmeros que podem ser

neurotxicos, e que, alm disso, polimerizam in-situ, e exigem que a operao

ocorra em atmosfera controlada (sem a presena de O2).[6,27-29]Na Figura 3.4

mostrada uma estrutura obtida por esse mtodo.[32]

Um fator muito importante no processo gel-casting de espumas a

estabilidade das bolhas formadas, pois estas so termodinamicamente instveis

devido grande rea de superfcie na interface entre o gs e o lquido. Assim no

intuito de diminuir a rea de superfcie nesta interface trs fenmenos podem

ocorrer:escoamento, coalescncia e desproporo (Ostwald rippening).[6]

O escoamento consiste na separao fsica (pelo efeito da gravidade)

entre as bolhas e a fase lquida, com as bolhas se concentrando no topo do

recipiente. Estas bolhas, ao se concentrarem, deformam-se e se tornam clulas

polidricas, com filmes finos entre as mesmas; na juno de 3 clulas aparece

uma regio conhecida como plat,(Figura 3.5).[6]


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14

Figura 3.4: Estrutura porosa de uma alumina obtida por gel-casting de espumas,

sendo, neste caso foi utilizada como agente gelificante albumina.[32]

Figura 3.5: Fenmeno do escoamento, F simboliza o sentido do fluxo das bolhas,

e a imagem ampliada mostra detalhes das clulas polidricas.[6]


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15

A coalescncia ocorre quando o filme formado durante o escoamento

no estvel, provocando a associao de clulas vizinhas. A estabilidade do

filme definida pelas foras de atrao e repulso entre as bolhas. A fora motriz

deste processo so as foras atrativas de Van der Waals, que empurram as

bolhas umas contra as outras, colapsando o filme entre as mesmas. A nica

maneira de se evitar esse colapso prover as bolhas de foras de repulso

estrica e/ou eletrosttica que superem as foras de van der Waals. Isto feito

por meio de molculas surfactantes ou partculas na interface gs-lquido. Na

Figura 3.6 mostrado esquematicamente este processo.[6]

Figura 3.6: Representao esquemtica do processo de coalescncia e do efeito

de surfactantes.[6]

Por fim tem-se o mecanismo de desproporo ou Otswald rippening

que controlado pela diferena da presso laplaciana entre bolhas de tamanhodiferentes; esta diferena de presso faz com que o ar difunda das bolhas


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menores para as maiores, que dessa forma crescem, absorvendo as menores.

Este processo pode ser minimizado por meio da utilizao de surfactantes (ou de

partculas coloidais, discutido a seguir), que reduzem a difuso de gs entre as

bolhas, aumentando a estabilidade de uma espuma de minutos para horas.

Recentemente foi proposta a utilizao de partculas coloidais, em

substituio aos surfactantes para a estabilizao das espumas. Estas partculas

so adsorvidas irreversivelmente na interface gs-lquido adquirindo um aspecto

de uma rede, estabilizando as bolhas. Na Figura 3.7 pode-se comparar o efeito da

adio de surfactante e de partculas coloidais na estabilizao de uma espuma,

constatando-se a maior eficincia para o caso da adio das partculas.[6]

Figura 3.7: Comparao do efeito de surfactantes e de partculas coloidais na

estabilizao de espumas. Em (a) mostrada uma espuma estabilizada com um

surfactante aps 4 horas de repouso, enquanto em (b) a espuma contendo

partculas coloidais se mostra bem mais estabilizada, mesmo por perodos bem

mais longos (4 dias).[6]


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17

A estabilidade das espumas, por esse novo mtodo, obtida pela

adsoro irreversvel das partculas coloidais na interface gs-lquido, atuam

impedindo a coalescncia entre bolhas vizinhas e tambm a desproporo,

formando uma barreira difuso gasosa, e variao volumtrica das bolhas [6]

Pelo mtodo gel-casting de espumas possvel obter poros na faixa de

35 m a 1,2 mm e porosidades variando de 40% at 97% [6]. Os poros obtidos so

esfricos e podem ser tanto fechados quanto abertos dependendo dos

parmetros de processo. Poros abertos so obtidos quando as partculas do p

cermico segregam na regio de plat gerando janelas nas paredes e

interconectando os poros; j poros fechados so obtidos quando o p cermico se

distribui uniformemente na superfcie da bolha. [6]

O mtodo gel-casting de espumas normalmente gera filamentos

densos e sem trincas no produto sinterizado, o que aumenta as propriedades

mecnicas das cermicas em comparao s obtidas pelo mtodo da rplica.

Para porosidades acima de 90% as paredes se tornam to finas que as

propriedades ficam abaixo do previsto teoricamente para uma cermica porosa de

clulas abertas. Para menores valores de porosidade, ocorre a melhoria nas

propriedades mecnicas a ponto de ultrapassar o previsto para clulas

fechadas.[6] Este tpico onde se relaciona porosidade com a propriedade

mecnica ser discutido na seo 3.4.

Como dito anteriormente o mtodo de produo via gel-casting

convencional apresenta restries quanto sade do operador e ao meio

ambiente, alm de restries operacionais (exigncia de atmosfera controlada).

Diante disso, diferentes mtodos alternativos vm sendo desenvolvidos,

utilizando-se agentes gelificantes atxicos, e que no necessitam de atmosfera

controlada. Alm disso, busca-se empregar gelificantes de custo relativamente

baixo. Exemplos de agentes gelificantes que cumprem os requisitos acima so o

gar, a gelatina, o amido e a albumina. [31-44]

3.3.3.1 Utilizao de albumina como geli ficante

A albumina, como outras protenas, um composto molecular

condensado de aminocidos. Devido sua estrutura globular, a albumina

adsorvida na interface gs/gua, gerando stios hidrofbicos que reduzem a


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18

tenso superficial dessa interface, estabilizando dessa forma a espuma formada.

Quando aquecida entre 70 e 90 C, a albumina sofre um processo de

desnaturao, saindo do seu estado ordenado sem romper as ligaes

covalentes. As cadeias estendidas se ligam umas s outras por meio de pontes

de hidrognio, formando assim uma estrutura entrelaada (gel), termicamente

irreversvel.[30,32,40,41]

Diversos estudos indicam a albumina como uma alternativa bastante

promissora e interessante para ser utilizada como agente gelificante na produo

de espumas cermicas pelo mtodo gel-casting. Alm de ser um agente

gelificante, a albumina um eficiente espumante para as suspenses cermicas,

tendo a vantagem, em relao a espumantes inicos, de poder ser acrescida

suspenso sem interferir na estabilizao da mesma. Os mesmos estudos

mostram que possvel, a partir da utilizao da albumina como gelificante para o

processo de gel-casting de espuma, produzir cermicas com at 95% de

porosidade. [31, 33,41]

3.3.3.2 Utilizao de amido como gelificante

O amido, por suas caractersticas especficas, pode ser utilizado naobteno de cermicas porosas, tanto como fase sacrificial quanto como agente

gelificante no mtodo gel-casting. Pode ser extrado de diferentes vegetais (como

o milho, a mandioca, o arroz, a batata, etc.), sendo que suas caractersticas e

propriedades variam significativamente, dependendo da sua origem. Por exemplo,

o tamanho mdio das partculas do amido pode variar entre 2 e 170 m (Tabela

3.1), assim como sua forma (arredondada ou anisomtrico). Quando em contato

com a gua e aquecido acima de determinada temperatura, que tambm variaconforme a sua origem, o amido tem as suas ligaes intermoleculares

enfraquecidas, ocorrendo a absoro de gua de maneira irreversvel pelas

partculas, com o conseqente inchamento das mesmas, que podem atingir at

20% (de expanso). As partculas de amido so formadas por misturas de 2 tipos

de polissacardeos, um linear (amilose) e um altamente ramificado (amilopectina),

sendo a amilose a responsvel pela gelificao do amido em suspenses

aquosas. As unidades de glicose, que compem as cadeias polimricas deixamexposta uma grande quantidade de grupos hidroxila, fazendo com que as


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19

partculas de amido sejam fortemente hidroflicas. Na Figura 3.8 mostrada a

estrutura do amido.[45-54].

Figura 3.8: Estrutura molecular do amido. [46]

Tabela 3.1: Diferentes tipos de amidos e suas caractersticas [53]:

Amido Amilose

(%)

Amilopectina

(%)

Taxa de

inchamento

granular

Incio de

gelificao

(C)

Trmino de

gelificao

(C)

Batata 20-21 79-80 Rpida 50-56 68

Trigo 25-30 70-75 Lenta 58 64

Mandioca 16-17 83-84 Rpida 49 65

Milho 25-28 72-75 Lenta 62 72-80

Arroz 17-30 70-83 Lenta 58-69 79-86

Como dito anteriormente existem duas maneiras de se utilizar o amido

para a produo de corpos cermicos porosos: como material de sacrifcio, ou

seja, adicionado mistura cermica (em suspenso ou mistura slida) e aps a

conformao do corpo cermico, este submetido a tratamento trmico para

eliminao dos orgnicos, e a conseqente formao de poros nas posies que

estes ocupavam. A outra maneira a sua utilizao como agente gelificante no

processo gel-casting, aproveitando-se ainda da expanso volumtrica que

experimenta quando aquecido em contato com a gua: a suspenso cermicacontendo amido vertida em molde (com ou sem agitao anterior para a


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formao de espuma) e aquecida adequadamente de maneira que o amido

absorva gua e gelifique, enrijecendo a suspenso; seguem-se as etapas de

desmoldagem, secagem, eliminao de orgnicos e sinterizao dos corpos

produzidos. Na Figura 3.9 mostrada a microestrutura de uma cermica

produzida por este mtodo. [45-54]

Na Figura 3.10 se encontram resumidos os mtodos que discutidos

neste tpico de produo de cermicas macroporosas.

Figura 3.9: Exemplo de estrutura de alumina porosa obtida por gel-casting com

amido de batata.[45]


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21

Figura 3.10: Exemplo de mtodos de produo de cermicas porosas.[6]

3.4 Propriedades Mecnicas e sua relao com a porosidade

um fato conhecido que a porosidade provoca uma diminuio nos

valores das propriedades mecnicas dos materiais de um modo geral.

Existem as mais diversas abordagens para o estudo das propriedades

mecnicas de cermicas porosas, sendo que um dos principais critrios para a

definio de um modelo a ser empregado a porosidade, pois cada modelo

trabalha dentro de faixas especficas de porosidade.

No caso das espumas cermicas, de porosidade acima de 70% em

volume, as propriedades mecnicas dependem das caractersticas

macroestruturais (densidade relativa, interconectividade e forma dos poros) e

microestruturais relacionadas com o material que constitui as paredes dos poros

(densidade, o mdulo elstico, resistncia mecnica e fluncia). Segundo ASHBY

as espumas apresentam, quando submetidas compresso/trao, um


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comportamento mecnico que pode ser dividido em 3estgios diferentes: linear

elstico, plat e densificao.[55]

Inicialmente ocorre a deformao elstica das paredes e filamentos dos

poros da espuma. O mdulo elstico nessa regio pode ser calculado pela

equao 3.4.1, que vlida apenas para os casos de poros interconectados:

2

0

1

=

C

E

E

p (3.4.1)

E= mdulo elstico da espumaEp= mdulo elstico do material da parede da espuma

= densidade da espuma

0= densidade do material das paredes

C1=constante de valor prximo a 1.

Para o caso da espuma ser constitudo por poros fechados, o Mdulo

Elstico se torna dependente da frao volumtrica de material () nas faces do

poro, ou seja, da espessura das paredes que constituem o poro. Neste caso o

Mdulo Elstico descrito pela equao 3.4.2:[55]

( )

+

=

0

2

2

0

2

1 1

CC

E

E

p

(3.4.2)

onde C1e C2 so constantes com valor de aproximadamente 1.

O segundo estgio do comportamento de uma espuma cermica sob

compresso, ou seja, a regio de plat da curva tenso versus deformao, inicia-

se quando ocorre a fratura do material, o que leva a uma queda da tenso. Neste

estgio observam-se sucessivos aumentos e quedas na tenso devido quebra

gradual dos filamentos que constituem a espuma. O mdulo de ruptura sob

compresso de espumas cermicas est associado com tenso que provoca afratura inicial do material, como mostrado na equao 3.4.3:[55]


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23

2

3

0

3

0

=

C (3.3.3)

=mdulo de ruptura da espuma

0=mdulo de ruptura do material das paredes

/0=densidade relativa da espuma

C3= constante com valor de 0,2

Na figura 3.11 mostrado um desenho esquemtico da ruptura da

clula por compresso.[55]

Ainda para o estgio do plat, mas para cermicas com os poros

fechados, deve-se ainda levar em conta a frao volumtrica () do material das

paredes, o que reflete na adequao da equao anterior que se transforma na

equao 3.4.4: [55]

++

=

0

3

2

3

0

3

0

*)1(**

CC

(3.3.4)

No terceiro estgio do processo de ruptura, a espuma comea a

densificar gerando um aumento na tenso. [55]

Outra abordagem proposta por Mackenzie relaciona o mdulo elstico

das cermicas com a porosidade. Segundo o autor o mdulo elstico de um corpo

isotrpico e homogneo (no importando se as clulas so abertas ou fechadas),

varia com a porosidade de acordo com a equao 3.4.5:[56]


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24

( )20 9,09,11)( ppEpE += (3.4.5)

E0 = Mdulo Elstico do material denso

p= frao volumtrica dos poros

Figura 3.11: Desenho mostrando a ruptura de uma clula aberta similar a dos

poros abertos.[55]

Em um estudo recentemente publicado por Pabst et al, so propostas

equaes que se baseiam na relao entre o Mdulo Elstico relativo e o Mdulo

Elstico Intrnseco (do material) E0; neste estudo as principais equaes j

propostas, para modelar o comportamento mecnico de cermicas porosas foram


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25

classificadas e exaustivamente analisadas confrontando-se as mesmas com

resultados experimentais. [56]

Neste estudo Pabst et al., apresentam a equao (3.4.6) como a que

melhor se ajusta aos dados coletados experimentalmente. Esta equao inclui um

fator de ajuste, denominado porosidade crtica (C), que leva em considerao o

fenmeno da percolao, sendo sugerido pelos autores como sendo 0,684. [56]

=

c

rE

1*)1( (eq. 3.4.6)

onde Er o Mdulo Elasticidade relativo e a porosidade total e C a

porosidade crtica.

3.5 Produo de cermicas porosas base de nitreto de silcio

Uma das principais limitaes para a utilizao mais ampla das

cermicas porosas a sua baixa resistncia mecnica, j que h uma relao

inversa entre porosidade e resistncia mecnica. Para se contornar esseobstculo, vm sendo desenvolvidas novas cermicas porosas de alto

desempenho, base de nitreto de silcio e seus compsitos, que podem

apresentar melhor desempenho mecnico em relao s cermicas atualmente

em uso (cordierita, mulita, alumina, carbeto de silcio).[52,64-67]

O nitreto de silcio possui duas diferentes fases cristalinas estveis,

ambas com similares estruturas cristalinas hexagonais: o -Si3N4 com simetria

trigonal e o - Si3N4 com simetria hexagonal. O nitreto de silcio por ser uma

cermica covalente, apresenta baixo coeficiente de difuso, e com isso apresenta

dificuldade de densificar via estado slido. Normalmente so introduzidos aditivos

de sinterizao (xidos como Al2O3, Y2O3, MgO etc.) que reagem com a camada

de slica na superfcie do nitreto, formando de uma fase lquida. Esta fase lquida

dissolve continuamente as partculas de -Si3N4, e com a supersaturao da

mesma, ocorre a precipitao de gros -Si3N4. Com o resfriamento, surge uma

microestrutura composta basicamente de gros de Si3N4(-Si3N4podendo ocorrer

-Si3N4 residual) e uma fase intergranular amorfa (podendo ocorrer a cristalizao


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26

parcial desta). Os gros de -Si3N4crescem anisotropicamente na presena de

fase lquida, na forma de prismas hexagonais, formando gros alongados, de alta

razo de aspecto, ocorrendo ento o fenmeno do reforo in-situ da

microestrutura do nitreto de silcio. Na Figura 3.12 apresenta-se de modo

esquemtico a evoluo microestrutural do Si3N4durante a sinterizao.

P de part idaTransformao

Si3N 4Denso

fase lquidaaditivo

fase vtrea

Figura 3.12: Esquema de transformao de fases .do nitreto de silcio [71].

O nitreto de silcio possui um conjunto mpar de propriedades

(mecnicas, trmicas e qumicas) e, alm disso, possui como uma de suas

principais caractersticas, o fenmeno do reforo in-situ, que se d pelo

crescimento anisotrpico dos gros durante a sinterizao, tornando-os

alongados e promovendo uma microestrutura reforada pelo entrelaamento dos

mesmos. Estes gros alongados, alm de interferir positivamente na resistnciamecnica do material, promovem o surgimento de mecanismos tenacificadores,

podendo-se atingir valores de tenacidade fratura to altos como 10 MPa.m1/2,

quando para a maioria das cermicas esse valor no ultrapassa 4 MPa.m1/2. Este

fenmeno mostrado nas Figuras 3.13 e 3.14. [52,64-67]

Esta particularidade microestrutural do nitreto de silcio, que j vem

sendo bastante explorada para a obteno de peas densas de alto desempenho

mecnico, pode tambm ser altamente benfica para o desenvolvimento de

cermicas porosas com superior resistncia mecnica, fazendo com que


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27

diferentes grupos de pesquisadores se dediquem explorao deste tema. [52,64-

67]

Figura 3.13: Esquema indicando os principais mecanismos de tenacificao que

podem ocorrer em cermicas estruturais.[71]

Figura 3.14: Micrografia demonstrando o mecanismo de tenacificao em ao.[71]

Dentre os estudos para a obteno de cermicas porosas base de

nitreto de silcio destaca-se o trabalho de Hampshire et al. [52] que utilizaram

amido de milho como fase sacrificial para a produo deste material. Neste a


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28

influncia do teor de amido na porosidade e conseqentemente foi analisado.

Para uma porosidade de 20% o valor de mdulo de ruptura varia de 150 a 300

MPa.

Outro grupo que vem sistematicamente estudando a produo e

caracterizao de cermicas porosas base de Si3N4 o grupo coordenado por

Tatsuki Ohji. Dentre os estudos deste grupo, destaca-se a fabricao de corpos

de nitreto de silcio porosos pela tcnica de tape-casting que promove, com a

sinterizao, um expressivo alinhamento dos gros de Si3N4, formando uma

microestrutura altamente anisotrpica; os autores do estudo demonstram que

possvel atingir elevados valores de propriedades mecnicas (resistncia fratura

de 1080 MPa) na direo perpendicular aos gros alinhados. [65]Em outro estudo,

partindo de um p de nitreto de silcio de baixa pureza obtiveram corpos com

porosidade variando de 43,8% a 47%, mdulo de elasticidade de 62 GPa 75

GPa e resistncia mecnica de 110 MPa a 170 MPa. [66]. Em um outro trabalho,

utilizando fibras de resina de fenol-formaldedo como fase sacrificial, produziram

corpos de Si3N4com 42% de porosidade, sendo os poros na forma de canais de

10 m de dimetro. [67].Partindo de suspenses aquosas de Si3N4e utilizando a

tcnica de conformao e secagem por freeze-drying, estes mesmos autores

obtiveram corpos com porosidade variando entre 49 e 69%, com os poros na

forma de canais alinhados. [68]

Este mesmo grupo ainda explorou a possibilidade de se obter corpos

porosos de Si3N4 aliando sinterizao parcial e prensagem a quente, obtendo

valores expressivos de resistncia mecnica (780 MPa).[69]

Por fim, em uma publicao recente, os grupos de Ohji e Hampshire

estudaram em conjunto a influncia de diferentes mtodos de processamento nas

propriedades dos corpos de Si3N4porosos obtidos. Concluram que para o caso

da utilizao do amido como fase sacrificial, o tamanho deste no deve influenciar

no mdulo de ruptura do material. Concluram ainda que amostras produzidas por

sinterizao parcial seguida por prensagem a quente, e com porosidade de at

25%, so as que apresentam, at o momento maiores valores de resistncia

mecnica, se comparadas s obtidas por outras tcnicas reportadas. [70]


41/99

29

Diversos estudos indicam que a estabilizao da suspenso um

importante fator que interfere nas propriedades mecnicas dos corpos de Si3N4

porosos, quando estes so obtidos a partir suspenses aquosas de nitreto de

silcio.[55-62] Uma eficiente maneira de estabilizar o nitreto de silcio em meio

aquoso atravs do uso do poliacrilato de amnia (NH4PA) como defloculante; no

entanto este defloculante efetivo para a estabilizao de xidos, de modo que

duas alternativas so propostas na literatura: o recobrimento da superfcie das

partculas de nitreto com hidrxido de alumnio, ou a calcinao do p de nitreto

para que ocorra oxidao superficial das partculas, formando uma camada de

SiO2. A calcinao a 600C, aumenta a carga positiva na superfcie dos aditivos

de sinterizao (Al2O3e Y2O3) e a quantidade de grupos silanis em detrimentodos grupos aminas, mudando o ponto isoeltrico para regio cida e favorecendo

a estabilizao as valores de pH prximos a 8. As suspenses obtidas com nitreto

calcinado com concentraes relativamente altas de slidos (60% em volume)

possuem comportamento pseudo-plstico, com baixa viscosidade.[57-64]


42/99

30

4. Materiais e Mtodos

Para todo o estudo fixou-se uma composio padro consistindo de

92% de -Si3N4, 6% de Y2O3e 2% de Al2O3(percentuais em peso). A mistura dos

componentes foi moda em moinho de alta energia, tipo Atritor, por 4 horas a 300

rpm, utilizando-se esferas e recipiente de Si3N4, e lcool isoproplico como meio

lquido. Aps a moagem, a suspenso foi seca em rotoevaporador e

desaglomerada. Abaixo so apresentadas as caractersticas fsicas e qumicas

das matrias-primas utilizadas. [71,72]:

Nitreto de slicio:

M11 H.C. Starck

D50= 0,66 m

rea especfica= 14,5 m2/g

-Si3N4= acima de 93%

Tabela 4.1: Anlise qumica do Si3N4M11-H. C. Starck[71]

Elemento Concentrao

N 38,99%

C 0,17%

O 1,68%

Fe 13 ppm

Al 380 ppm

Ca 35 ppm


43/99

31

Alumina (Al2O3):

A-16 - Alcoa

D50= 0,32 m

99,7% de pureza

xido de trio (Y2O3):

Aldrich Chemical Company, Inc:

D50= 0,60 m

99,9% de pureza

Foram realizados estudos com o intuito de avaliar o efeito do

tratamento trmico a 600C/ 1h (oxidao das partculas de Si3N4) nas

caractersticas reolgicas de suspenses aquosas de nitreto de silcio. Aps estes

estudos definiu-se por utilizar este tratamento prvio para todas as conformaes

a partir de suspenses aquosas, j que dessa forma estas se mostraram mais

fceis de serem, estabilizadas.

4.1 Gel-casting uti lizando-se amido como gelificante

Para este estudo foram usados amidos de 3 diferentes procedncias,

amido de batata, de milho e de arroz. Foram preparadas suspenses aquosas

contendo 50 e 55% em peso de slido, sendo adicionado s mesmas 10,3, 16,4 e

23,4% em peso de amido (com relao massa de Si3N4) que corresponde a 20,

30 e 40% em volume. As composies estudadas so apresentadas na Tabela

4.2. A mistura foi feita em moinho atritor por 30 minutos sob uma rotao baixa

(150 rpm) de modo a minimizar possvel cominuio das partculas j modas

anteriormente. As suspenses contendo amido foram vertidas em moldes

cilndricos e aquecidas em banho termosttico em temperaturas tpicas de

gelificao para cada amido especfico: a 65 C para a suspenso contendo

amido de batata, 75 C para a suspenso contendo amido de milho e 82,5 C para

a suspenso contendo amido de arroz. Todos os corpos foram mantidos na

temperatura de gelificao por 2horas. Aps isso os corpos foram desmoldados,

secos, e tratados termicamente, por meio de um processo lento de secagem (24 h


44/99

32

ao ar a temperatura ambiente, seguido de 24 h a 60 C em estufa e por fim 24 h a

120 C). Aps a secagem ocorreu a fase de eliminao dos orgnicos por

tratamento trmico, aquecendo-se lentamente os corpos de prova a uma taxa de

1 C/min, com patamares de 60 minutos a 200, 300 e 400 C, seguido de

resfriamento. Por fim os corpos de prova foram sinterizados em forno com

elemento resistivo de grafite (Astro furnace), a 1800 C por 60 minutos, sob

atmosfera de 0,2 MPa de N2, com taxa de aquecimento de 15 C/min., e

resfriamento com o desligamento do forno. Na Figura 4.1 mostrado um

fluxograma esquemtico do processo.

Tabela 4.2: Composies estudadas para produo de amostras via gel-casting

com amido.

Amostra Amido Total de slidos

(%)

Amido (%vol)

5520A Arroz 55 20

5530A Arroz 55 30

5020A Arroz 50 20

5030A Arroz 50 30

5040A Arroz 50 40

5520B Batata 55 20

5530B Batata 55 30

5020B Batata 50 20

5030B Batata 50 30

5040B Batata 50 40

5520M Milho 55 20

5530M Milho 55 30

5020M Milho 50 20

5030M Milho 50 30

5040M Milho 50 40


45/99

33

Figura 4.1: Processamento das amostras por gel-casting com amido.

4.2 Obteno de corpos porosos pelo mtodo da fase sacrif icial

utilizando-se diferentes amidos

Para este estudo foram utilizados os mesmos amidos citados

anteriormente, que foram adicionados suspenso aquosa de Si3N4 em

propores tais que ao final correspondesse a 20, 30 e 40% em volume da

mistura seca. As composies estudadas so apresentadas na Tabela 4.3. A

adio dos amidos se deu em moinho tipo atritor por 30 minutos a 150 RPM. As

suspenses foram secas em estufa a 70C por 48 horas, sendo os ps obtidos,

desaglomerados em almofariz de alumina e homogeneizados em misturadorTrbula por 90 minutos. Os ps foram ento prensados uniaxialmente em

CP

Mistura com 20, 30 e 40% vol amido(*) e gua destilada

Atritor 150 rpm/30

Gelificao por 2h em banho isotrmico

(*) amido de

Milho, amido deArroz e amido de

Batata

Conformao

Desmoldagem/secagem

Retirada da fase Orgnica

Sinterizao (1800 C/1h)

CaracterizaoMecnica

Caracterizao Fsica CaracterizaoMicroestrutural

82,5 C (amido de arroz)

75 C (amido de milho)

65 C (amido de batata)


46/99

34

pastilhas 14mm, sob presso de 32 MPa, sendo estas sinterizadas sob 5

diferentes condies (1600 C, 1800 C e 1850 C por 1 hora, 1700 C por 30

minutos e 3 horas), em atmosfera de nitrognio. Na Figura 4.2 mostrado um

fluxograma esquemtico do processo de produo via fase sacrificial.

Figura 4.2: Processamento das amostras por fase sacrificial com amido.

Caracteriza o Fsica CaracterizaoMicroestrutural

CaracterizaoMecnica

Sinterizao (1850C/ 1800C/ 1600C por 1 hora e1700C or 0,5 e 3 horas

CP

Mistura com 20, 30 e 40% vol amido(*) e gua

(*) amido de

Milho, amido deArroz e amido

de Batata

Atritor 150 rpm/30

Seca em a 70C or 48

Desaglomerao/homogeneizao em misturador tipo trbula por 90

Prensagem uniaxial

Retirada da fase Or nica


47/99

35

Tabela 4.3: Composies estudadas.

Amostra Amido Amido (%vol)

A20 Arroz 20

A30 Arroz 30

A40 Arroz 40

B20 Batata 20

B30 Batata 30

B40 Batata 40

M20 Milho 20

M30 Milho 30

M40 Milho 40

4.3 Gel-casting de espumas utilizando-se albumina, a gelatina ougar como gelificante

Foram realizados estudos preliminares para avaliao de outros

agentes de gelificao como a gelatina, gar ou albumina. Para o caso da

utilizao da albumina, as suspenses contendo 3% em peso do agentegelificante (em relao ao peso do Si3N4) foram preparadas a temperatura

ambiente, passando por um processo de aerao por diferentes mtodos (mistura

em batedeira domstica, com o auxlio de agitador sob diferentes rotaes e

diferentes tipos de hastes, etc.), e com a adio de diferentes agentes

espumantes. Aps a etapa de aerao, as suspenses foram vertidas em

diferentes moldes e aquecidas a temperaturas acima de 90 C, para que

ocorresse o processo de gelificao. Esta etapa de gelificao bastante crtica,pois se deve evitar que ocorra simultaneamente a secagem no uniforme dos

corpos. Neste sentido foram testados diferentes mtodos de aquecimento,

inclusive com a utilizao de autoclave. Os corpos obtidos passaram ento por

processo de secagem lenta, eliminao dos orgnicos e sinterizao de maneira

similar ao descrito para o amido.

Com relao utilizao de gelatina ou gar como agentes

gelificantes, as suspenses foram preparadas em temperaturas adequadas para adissoluo destes (acima de 60 C para a gelatina e acima de 80 C para o agar),


48/99

36

passando por processos de aerao similar ao descrito anteriormente, sendo

vertidas ento nos moldes e resfriadas para a gelificao. Posteriormente

passaram pelas etapas de secagem lenta, eliminao de orgnicos e sinterizao

como descrito anteriormente. Um exemplo de fluxograma do processo (no

exemplo para albumina) mostrado na Figura 4.3.

Os estudos com estes gelificantes no prosseguiram como aqueles

referentes ao uso do amido, pois no se conseguiu, at ento, um controle rgido

do processo que permitisse a reprodutibilidade dos resultados, particularmente no

que se refere etapa de aerao e estabilizao da espuma formada. Estes

estudos sero retomados oportunamente, j que este mtodo de obteno de

cermicas porosas por gel-casting se mostra bastante verstil, permitindo a

obteno de uma ampla variedade de estruturas de poros.


49/99

37

Figura 4.3: Processamento das amostras por gel-casting de espumas comalbumina.

4.4 Caracterizao das amostras obtidas

As suspenses foram caracterizadas utilizando-se um remetro

Brookfield LVD-III com a velocidade variando de 0 a 60 rpm.

A distribuio do tamanho de partculas do amido for analisada

utilizando-se o mtodo de espalhamento de laser com o equipamento (CILAS

1064).

CP

Suspenso de CP+ gelificante e/ou LSS/glicerina

Aerao mecnica

Conformao

Gelificao em estufa a 90C

Desmoldagem/Secagem

Caracterizao Fsica CaracterizaoMicroestrutural

Sinterizao (1815C/1h)

Retirada da fase Orgnica


50/99

38

Todas as amostras produzidas pelos mtodos que utilizaram o amido,

descritos anteriormente, foram caracterizadas quanto densidade e porosidade

aparentes (mtodo de Archimedes):

imersamida

a

aparenteMassaMassa

MassaDensidade

= sec

imersamida

amida

aparenteMassaMassa

MassaMassaPorosidade

= sec

A porosimetria de mercrio foi feita com o uso do porosmetro Autopore

III.

A resistncia mecnica foi obtida por meio de ensaio de compresso,

utilizando-se uma mquina de ensaio universal Instron 4400R com clula de

carga de 10 toneladas e o avano de 0,5 mm por minuto, sendo ensaiadas, em

mdia 5 amostras de cada condio. As amostras cilndricas possuam

aproximadamente altura de 10 mm e dimetro de 12mm, sendo que tiveram suas

faces retificadas com rebolo diamantado (45 m) antes de serem ensaiadas.

As amostras para a anlise microestrutural foram embutidas com

resina, sob vcuo, para que esta se infiltrasse nos poros, tornado assim possvelo tratamento ceramogrfico. As amostras foram desbastadas e posteriormente

polidas em uma politriz MOTOPOL 2000 com suspenses de diamante de 30m,

15m, 6m e 1m. As amostras foram recobertas com ouro e depois analisadas

no MEV. Por meio das imagens obtidas buscou-se verificar a existncia de

diferentes nveis de porosidade e tamanho de poro.

As amostras sinterizadas foram analisadas por difrao de raios-X

utilizando uma varredura de 2 de 10 a 60 e velocidade contnua de 2graus/minuto. O percentual relativo das fases -Si3N4 e -Si3N4, em relao

quantidade total de fases -Si3N4+ -Si3N4, foi calculado utilizando as equaes a

seguir, propostas por Yeheskel e Gefen[73], que relacionam as intensidades de

difrao de picos especficos.

O percentual relativo de -Si3N4 dado por:

100)210()200()201()210(

)201()210(

)(

xIIII

II

C

+++

+=

+


51/99

39

e consequentemente, o percentual de -Si3N4,

100)1()()(

XCC

++

=


52/99

40

5. Resultados e Discusso

5.1 Produo de amost ras pelo mtodo gel-casting

Na figura 5.1 so apresentadas curvas de viscosidade com relao

velocidade de rotao onde so comparados os comportamentos de suspenses

aquosas produzidas com ps de Si3N4 oxidados superficialmente e no oxidados.

Constata-se que os ps oxidados contribuem para uma significativa reduo da

viscosidade da suspenso; isso ocorre porque o comportamento das partculas de

nitreto de silcio se torna similar ao do xido de silcio, j que esto envoltas por

uma camada superficial de SiO2formada durante o tratamento trmico a 600 C.

Como conseqncia desta reduo na viscosidade, possvel, com os ps

oxidados, produzir cermicas porosas pelo mtodo gel-casting de espumas a

partir de suspenses com uma maior faixa de teor de slido, comparado com as

suspenses processadas com ps no oxidados. Com os ps oxidados pode-se

processar suspenses aquosas com elevados teores de slido (acima de 75%),

enquanto para o caso da utilizao de ps no oxidados, suspenses contendo

acima de 50% de slidos apresentaram viscosidade to alta que inviabilizou a

produo de cermicas porosas por gel-casting de espuma.

Na Figura 5.2 so apresentadas curvas de viscosidade versus

velocidade de rotao para suspenses produzidas com os dois tipos de ps,

contendo diferentes teores de slido. O teor de slido um fator extremamente

importante, pois afeta significativamente a etapa de secagem dos corpos obtidos

aps a gelificao.


53/99

41

0 10 20 30 40 50 60

5

10

15

20

25

30

35

40

45

v

iscosidade(MPa.s

)

Velocidade (rpm)

46% - no oxidado48% - no oxidado46% - oxidado48% - oxidado

Figura 5.1: Efeito do tratamento de oxidao superficial do p nas caractersticas

reolgicas de suspenses aquosas de Si3N4.

No incio do trabalho foram testados diversos parmetros do processo

de gel-casting, que geraram resultados interessantes, mas que devido falta de

reprodutibilidade do processo, foram interrompidos para serem retomados

posteriormente. Na Tabela 5.1 e Figuras 5.3 a 5.4 so apresentados alguns

destes resultados, quando foram testados diferentes tipos de haste (mostradas na

Figura 5.5) para a aerao da suspenso, assim como da presena de compostos

que atuam como surfactantes e/ou espumantes (por exemplo, a mistura comercial

lauril sulfato de sdio-LSS /glicerina)


54/99

42

0 10 20 30 40 50 600

10

20

30

40

50

60

Viscosidade(MPa.s

)

Velocidade (rpm)

75% sol70% sol65% sol60% sol50% sol48% sol

(a) a partir de ps oxidados

0 10 20 30 40 50 600

10

20

30

40

50

60

Viscosidade(mPa.s)

Velocidade (rpm)

50% sol

48% sol46% sol44% sol

(b) a partir de ps no oxidados

Figura 5.2: Efeito da oxidao superficial das partculas de Si3N4na viscosidade

de suspenses aquosas contendo diferentes teores de slido.


55/99

43

Tabela 5.1: Efeito do tipo de haste e do agente espumante nas caractersticas das

cermicas porosas obtidas por gel-casting com albumina.

Amostra haste LSS/glicerina Densidaderelativa (%)

Porosidadeaparente (%)

Porosidade (%)porosmetro Hg

1 planetria Sim 44,0 6,0 44,09,0 49,5

2 4 ps Sim 51,0 2,0 37,02,0 46,5

3 planetria No 38,0 9,0 49,06,0 53,5

4 4 ps No 50,0 4,0 39,04,0 40,2

(a) (b)

Figura 5.3: Estruturas porosas obtidas a partir de suspenses contendo

LSS/glicerina, por aerao mecnica com diferentes hastes: (a) haste planetria

(amostra 1), (b) haste 4 ps (amostra 2).


56/99

44

(a) (b)

Figura 5.4: Estruturas porosas obtidas a partir de suspenses contendo albumina,por aerao mecnica com diferentes hastes: (a) haste planetria (amostra 3), (b)

haste 4 ps (amostra 4).

Figura 5.5: Hastes utilizadas para os teste, 4 ps (a) e planetria (b).

Algumas amostras tambm foram analisadas por meio de porosimetria

de mercrio, sendo apresentado na Figura 5.6, alguns destes resultados. Pelos

resultados obtidos com a porosimetria de Hg observa-se uma distribuio bimodal

de tamanho de poros para as amostras 1, 2 e 3, sendo que a amostra 4

apresentou maior tamanho de poros e uma distribuio de tamanhos mais

estreita, sem a presena de poros submicromtricos. Apesar disso no se pode


57/99

45

tirar concluses definitivas quanto a isto devido pouca reprodutibilidade do

processo, j citada anteriormente.

Uma das etapas crticas do processo de gel-casting utilizando-se

albumina a de gelificao, pois com o aquecimento em estufa em temperaturas

acima de 60 C (foram testadas diferentes temperaturas) ocorre a perda de

gua na superfcie dos corpos de prova, provocando a formao de defeitos como

trincas e deformao do corpo. Foram testadas diferentes alternativas para este

tratamento de gelificao, como aquecimento em banho isotrmico, em panela de

presso domstica e em autoclave. Apesar de o tratamento de gelificao em

autoclave ter se mostrado promissor (utilizando-se ciclos de autoclavagem de

lquidos), estas tcnicas devero ser mais bem exploradas posteriormente.

100 10 1 0,1 0,01 1E-3

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

In

crementono

Volume(mL/g)

Dimetro de poro (m)

Amostra 1 (Planetria + Lss/glicerina)

100 10 1 0,1 0,01 1E-3

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

In

crementodovolume(mL/g)

Dimetro de poro (m)

desenvolvimento de cerâmicas porosas à base de nitreto de silício - rodrigo mendes mesquita...

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