Síntese de zircónia tetragonal sem estabilizantes

• Autor(a) principal: Ferreira, Daniel Filipe Santos
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/24595
• topic: Zircónia; Metaestabilidade; Fluorita; Fase tetragonal; Fase monoclínica; Detonação de emulsões; Combustão; Síntese no estado sólido

A zircónia (ZrO2) é atualmente conhecida como sendo um material promissor para muitas aplicações exigentes, sendo muitas vezes designada de “aço cerâmico”. No entanto, o seu uso é limitado por alterações de volume da célula unitária que ocorrem devido à mudança da estrutura tetragonal para monoclínica, ou cúbica, provocando grandes tensões internas, induzindo microfissuras na zircónia durante o arrefecimento a partir de altas temperaturas. Estas limitações, devido às transformações de fase, podem ser ultrapassadas usando óxidos estabilizantes, conseguindo-se estabilizar estruturas de alta temperatura à temperatura ambiente. Este facto origina uma estutura designada de "metaestável", exibindo reatividade, química e física, melhorada, uma vez que está fora do equilíbrio termodinâmico. Em virtude destas propriedades, estes materiais têm merecido especial atenção devido ao surgimento de novas aplicações, que não envolvem o uso de altas temperaturas, como: absorção de luz solar, reforço de biovidros, entre outras. No entanto, a existência de estruturas metaestáveis, em microcristais de ZrO2, sem o uso de dopantes, também é possível e é frequentemente relacionada com o "efeito do tamanho de cristalite", estando associada à energia livre de superfície dos cristais. Diversas técnicas têm sido exploradas com o objetivo de produzir pós cerâmicos de tamanho de cristalite reduzido. Neste trabalho procedeu-se à síntese de zircónia tetragonal, sem o uso de óxidos estabilizantes, utilizando diferentes rotas de síntese, como: detonação de emulsões (EDS), combustão usando precursores nitrato (GNP) e combustão com precursores acetato, usando peróxido de hidrogénio (H2O2) como o oxidante. Os pós obtidos por todas as técnicas foram tratados termicamente às temperaturas de 700, 800 e 900 °C. Observou-se que o tamanho de cristalite da fase tetragonal aumentou com o aumento da temperatura de tratamento térmico, enquanto que a quantidade de fase tetragonal mostrou o comportamento inverso. Os pós tratados termicamente a 800 e 900 °C mostraram um tamanho de cristalite crítico, entre 19 e 24 nm, a partir do qual quantidades muito reduzidas, ou quase nulas, de fase tetragonal podem existir. No entanto, a estabilização de grandes quantidades de fase tetragonal, próximas de 100 %, foi conseguida tratando termicamente, à temperatura de 700 ºC, os pós sintetizados pela combustão de acetatos com peróxido de hidrogénio, observando-se um tamanho de cristalite de 13 nm. Apesar de não ter ocorrido uma reação de combustão, H2O2 mostrou desempenhar um papel importante na metaestabilidade da zircónia, provocando alterações no tamanho de cristalite e na morfologia dos pós. Os resultados do presente trabalho permitem provar a existência de uma técnica promissora, e ecologicamente amigável, para a síntese da zircónia tetragonal, bem como outros cerâmicos técnicos, onde o controlo do tamanho de cristalite desempenha um papel crítico