Desenvolvimento de um processo híbrido de sinterização alternativa de cerâmicos técnicos à base de alumina

• Autor(a) principal: Almeida, Beatriz Cardoso Salgado Rocha
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/40036
• topic: Sinterização por FLASH; Sinterização a Frio; Sinterização Híbrida; Cerâmicos; Alumina

A indústria cerâmica é um dos 8 subsetores-chave responsáveis por 2/3 das emissões globais de CO₂ da indústria. Grande parte do CO₂ (> 70%) emitido é gerado nos processos de sinterização, relacionado com temperaturas elevadas (800 – 2000 °C) e tempos prolongados (h) de sinterização. Este processo é, por isso, responsável pela maior parte dos consumos energéticos e custos globais (> 75%) envolvidos na produção de materiais cerâmicos. Tendo em conta esta realidade, tem-se tornado cada vez mais necessário desenvolver técnicas de sinterização alternativas que permitam diminuir os impactos ambientais, energéticos e económicos da sinterização. A alumina (Al₂O₃) é um cerâmico técnico empregue em diversas aplicações. Contudo, a sinterização convencional deste material envolve usualmente temperaturas superiores a 1500°C, pelo que se torna fundamental desenvolver novos processos que as permitam diminuir. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivos o estudo da sinterização da alumina por processos alternativos, designadamente: FLASH, Sinterização a Frio, e por um método híbrido de sinterização aplicando as técnicas anteriores de forma simultânea. Para este propósito, foram preparadas diferentes composições de alumina com distintas quantidades de sódio (1, 1,5 e 2% m/m) e boemite (10, 30 e 50% m/m). Após a sua caracterização, procedeu-se à sinterização de tais composições – convencionalmente, por FLASH, a Frio e pelo método híbrido. A Sinterização Convencional, realizada de forma a estabelecer uma comparação com os processos alternativos, ocorreu a uma temperatura de 1600 °C durante 2 h, com uma taxa de 10°C/min. Nos ensaios de Sinterização por FLASH diferentes valores de campo elétrico e de densidade de corrente foram estudados: 1200, 1300 e 1500 V/cm; e 2, 4 e 6 mA/mm² , respetivamente. No contexto da Sinterização a Frio analisou-se a influência da quantidade de boemite, temperatura (200 e 300°C) e duração do tempo de sinterização (1, 2, 3 e 4 h). Neste processo, foi utilizada água destilada (23% m/m) como solvente transiente e os pós a sinterizar foram compactados mediante ~ 390 MPa. Na Sinterização por FLASH, a maior densificação obtida (~ 80%) foi com a utilização de alumina dopada com 2% m/m de sódio, sob um campo de 1500 V/cm e uma densidade de corrente de 4 mA/mm² . Quanto à Sinterização a Frio, a maior densificação (~ 90%) foi obtida com 50% m/m de boemite, a 300°C durante 1 h. O método híbrido foi realizado tendo por base as melhores condições registadas em cada um dos processos alternativos, no entanto, apesar de ter sido possível a ocorrência do evento FLASH à temperatura ambiente, este foi observado apenas durante ~ 10 segundos, com uma densificação reduzida da amostra. Com este trabalho pode concluir-se que a sinterização da alumina através da Sinterização por FLASH e a Frio é possível, obtendo-se densificações máximas de ~ 80 e ~ 90%, respetivamente. O novo processo híbrido de sinterização estudado neste trabalho revelou ser bastante promissor, pelo que se sugere que seja feita uma investigação mais aprofundada para explorar todo o potencial desta tecnologia inovadora.