Processamento aditivo por robocasting de compósitos à base de nitreto de silício

• Autor(a) principal: Cintra, Ricardo Miguel dos Anjos
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/36248
• topic: Si₃N₄; Manufatura aditiva; Robocasting; Pastas; Reologia; Densidade; Resistência à flexão; Dureza; Microestrutura

Os cerâmicos à base de nitreto de silício (Si₃N₄) são materiais selecionados para várias aplicações estruturais, devido às suas propriedades, incluindo resistência mecânica, resistência ao choque térmico, elevada dureza e resistência ao desgaste. As tecnologias de manufatura aditiva podem ser uma solução promissora para fabricar peças de Si₃N₄, devido às suas capacidades para formarem peças com formas complexas e elevados níveis de detalhes. O fabrico destes cerâmicos por manufatura aditiva é ainda muito recente, tendo sido mencionadas várias dificuldades na obtenção de componentes com densidades elevadas e desempenho mecânico adequado para aplicações onde estas propriedades são essenciais. O trabalho desta dissertação teve como objetivo principal o fabrico de componentes à base de Si₃N₄ por uma técnica de manufatura aditiva com base na extrusão de material, o robocasting. Para atingir este objetivo foram desenvolvidas suspensões coloidais em meio aquoso e posteriormente pastas com diferentes concentrações de sólidos (36, 38 e 39 vol.%) com propriedades reológicas adequadas para a impressão. Com as pastas otimizadas foram fabricadas por robocasting amostras cilíndricas com 20 mm de diâmetro e 5 mm de espessura, fixando parâmetros de impressão, como por exemplo o diâmetro da ponta de impressão e preenchimento interno. Parte das amostras obtidas foi submetida a prensagem isostática a frio como pós-processamento para avaliar o seu efeito nas propriedades finais dos componentes. Os componentes sinterizados foram avaliados quanto à sua densidade relativa e desempenho mecânico (dureza e resistência à flexão) e microestrutural. Os resultados obtidos mostram que suspensões com concentrações elevadas de sólidos apresentam um comportamento dilatante muito acentuado, inadequado para a impressão por robocasting, limitando a concentração máxima de sólidos das pastas a 39 vol.%. O aumento da concentração de sólidos nas pastas e a utilização de prensagem isostática a frio como pós-processamento melhorou significativamente as densidades relativas das amostras e, consequentemente o seu desempenho mecânico. As amostras produzidas com pastas contendo 39 vol.% de concentração de sólidos e pós-processamento a 200 MPa exibiram uma densidade relativa média de 99%, um valor de 1475 HV₂ de microdureza e um valor de resistência à flexão de 650 MPa, valores bastante promissores para componentes de Si₃N₄ obtidos por uma técnica de manufatura aditiva, comparáveis a amostras de nitreto de silício produzidas por processos convencionais.