Deposição de filme de dióxido de silício sobre o compósito C/C por plasma spray a partir de solução coloidal

• Autor(a) principal: Celso Farnese
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do ITA
• Texto Completo: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=3290
• topic: Tochas de plasma; Reentrada atmosférica; Espectroscopia Raman; Difração por raios x; Materiais compósitos; Indústria aeronáutica; Física; Engenharia de materiais

Neste trabalho foram realizadas investigações sobre o processo de deposição por aspersão térmica a plasma (Plasma spray) utilizando soluções coloidais precursoras de dióxido de silício no intuito de formar uma camada de passivação deste composto sobre materiais compósitos termoestruturais. Em particular foi utilizado o compósito C/C, de elevado interesse da indústria aeroespacial. Uma tocha de plasma do tipo Tornado com vórtice de fluxo reverso em ar foi adaptada ao processo de deposição. O processo de deposição em até três camadas do mesmo material foi investigado tendo como parâmetro a corrente elétrica que passa pela tocha nos valores de 80 A, 85 A e 90 A. As análises das características microestruturais e composição atômica dos recobrimentos por MEV e EDS, respectivamente, bem como as análises de FT-IR indicam a presença de silício e oxigênio em uma proporção adequada a formação de uma camada uniforme de SiO2. As informações sobre a estrutura dos recobrimentos foram obtidas por espectroscopia Raman e por Difração de Raios-X (DRX) visando também avaliar a relevância do efeito de produção de múltiplas camadas sobre o compósito. Os resultados indicam que os recobrimentos formam estruturas cristalinas do quartzo alfa e da cristobalita quando a tocha opera em correntes mais baixas, sendo que para correntes mais elevadas ou temperaturas de saturação na superfície do compósito mais elevadas, observa-se a presença apenas da estrutura da cristobalita. As amostras com uma camada à corrente de 90 A e com três camadas a 80 A foram submetidas a testes de aquecimento térmico utilizando a mesma tocha de plasma operando em ar a uma potência de 35 kW, visando comparar suas propriedades ablativas e microestruturais com as amostras de C/C sem os recobrimentos. As amostras foram expostas ao plasma em intervalos de tempo de 10, 20, 30 e 40 s à uma distância de 10 cm do bocal da tocha correspondente a um fluxo de calor de 0,65 MW/m2 e entalpia média do gás da ordem de 3 MJ/kg. Os resultados dos testes de ablação mostram que para um tempo de exposição de 40 s os recobrimentos atuam como uma eficiente camada de passivação sobre o compósito C/C conduzindo a valores de perda de massa de aproximadamente 50% mais baixos quando comparados aos compósitos desprovidos de recobrimento. No entanto, as análises de MEV das amostras após os ensaios de ablação mostram que os recobrimentos são parcialmente removidos após um tempo de exposição de 40s, embora cumpram seu papel como camada de passivação neste período. Este resultado indica que a camada de sílica formada sofre uma degradação, provavelmente, pela presença de oxigênio e nitrogênio atômicos, altamente reativos, gerados no jato de plasma de ar operando em pressão atmosférica.