Estudo do processo de obtenção de filmes espessos autossustentados porosos por meio de sinterização seletiva a laser

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Autor(a) principal: Mendes, Flávia Bueno
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19389
Resumo: BaTiO3 is an ABO3-type perovskite with tetragonal structure at room temperature and is also known for its excellent dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties and is used in dielectric capacitors, sensors, actuators and sound detectors. The performance of these components, as well as that of any ceramic component, is strongly influenced by the characteristics of the precursors used and the processing route chosen. The preparation of materials by new routes can lead to the discovery of distinct morphological characteristics, and change the properties of these materials. A route that has been widely used in ceramic processing is known as Additive Manufacturing, which covers technologies that allow the creation of objects from a virtual model. One such technology is the selective laser sintering method - SLS, where a CO2 laser will irradiate the sample, producing surface heating in a time interval of a few seconds, making it possible to obtain bodies with different properties from those sintered by conventional methods. Ceramic materials, due to their low resistance to thermal shock, are sintered through indirect selective laser sintering - iSLS, where the ceramic material is mixed with a polymer that will melt during the process and bind the ceramic particles. The objective of this work is to study the parameters of the preparation process of porous ceramics by indirect selective laser sintering to obtain self-sustained thick films of pure BaTiO3. Also in this context, the results of computer simulations on the temperature distribution on the surface of the powder bed will also be presented during the iSLS process. Such study encompassed the elaboration of a three-dimensional mathematical model for the problem, the solution of the model through the Finite Element Method using the COMSOL Multiphysics software, and the validation of the results by comparing the results obtained with data generated in experimental work.
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The performance of these components, as well as that of any ceramic component, is strongly influenced by the characteristics of the precursors used and the processing route chosen. The preparation of materials by new routes can lead to the discovery of distinct morphological characteristics, and change the properties of these materials. A route that has been widely used in ceramic processing is known as Additive Manufacturing, which covers technologies that allow the creation of objects from a virtual model. One such technology is the selective laser sintering method - SLS, where a CO2 laser will irradiate the sample, producing surface heating in a time interval of a few seconds, making it possible to obtain bodies with different properties from those sintered by conventional methods. Ceramic materials, due to their low resistance to thermal shock, are sintered through indirect selective laser sintering - iSLS, where the ceramic material is mixed with a polymer that will melt during the process and bind the ceramic particles. The objective of this work is to study the parameters of the preparation process of porous ceramics by indirect selective laser sintering to obtain self-sustained thick films of pure BaTiO3. Also in this context, the results of computer simulations on the temperature distribution on the surface of the powder bed will also be presented during the iSLS process. Such study encompassed the elaboration of a three-dimensional mathematical model for the problem, the solution of the model through the Finite Element Method using the COMSOL Multiphysics software, and the validation of the results by comparing the results obtained with data generated in experimental work.O BaTiO3 é uma perovskita do tipo ABO3, de estrutura tetragonal em temperatura ambiente, também conhecido por suas excelentes propriedades dielétricas, ferroelétricas e piezoelétricas, sendo utilizado em capacitores dielétricos, sensores, atuadores e detectores de som. O desempenho desses componentes, assim como o de qualquer componente cerâmico, é fortemente influenciado pelas características dos precursores utilizados e da rota de processamento escolhida. A preparação de materiais por novas rotas pode acarretar na descoberta de características morfológicas distintas, e mudar as propriedades desses materiais. Uma rota que vem sendo muito utilizada em processamento cerâmico é conhecida por Manufatura Aditiva, a qual abrange tecnologias que permitem a criação de objetos a partir de um modelo virtual. Dentre essas tecnologia está o método de sinterização seletiva a laser – SLS, onde um laser de CO2, irá irradiar a amostra, produzindo aquecimentos superficiais em um intervalo de tempo de poucos segundos, possibilitando a obtenção de corpos com propriedades distintas daquelas sinterizadas por métodos convencionais. Materiais cerâmicos, por possuem baixa resistência ao choque térmico, são sinterizados através da sinterização seletiva a laser indireta – iSLS, onde o material cerâmico é misturado a um polímero que irá fundir durante o processo e unir as partículas cerâmicas. O objetivo deste trabalho é o estudo dos parâmetros do processo de preparação de filmes cerâmicos porosos e autossustentados de BaTiO3 puro por meio de iSLS. Ainda neste contexto, são apresentado os resultados de simulações computacionais sobre a distribuição de temperatura na superfície da cama de pó durante o processo de iSLS. Tal estudo englobou a elaboração de um modelo matemático tridimensional para o problema, a solução do modelo através do Método de Elementos Finitos utilizando o software COMSOL Multiphysics e a validação dos resultados através da comparação dos resultados obtidos com dados gerados em trabalho experimental.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessTitanato de bárioSinterização seletiva a laserFilme porosoSimulação computacionalBarium titanateSelective laser sinteringPorous filmNumerical simulationENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSEstudo do processo de obtenção de filmes espessos autossustentados porosos por meio de sinterização seletiva a laserStudy of the process of obtaining porous self-supporting thick films by selective laser sinteringinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALFlávia Bueno Mendes - Dissertação.pdfFlávia Bueno Mendes - Dissertação.pdfapplication/pdf2272058https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19389/1/Fl%c3%a1via%20Bueno%20Mendes%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf7584bad2ab0ee30c4059b31244f38648MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19389/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTFlávia Bueno Mendes - Dissertação.pdf.txtFlávia Bueno Mendes - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain147466https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19389/3/Fl%c3%a1via%20Bueno%20Mendes%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.txtd3f1513d275901cb0305279e920aa850MD53ufscar/193892024-05-14 17:34:00.468oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19389Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:34Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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