Estudo do efeito do teor de SiC e da moagem de alta energia na microestrutura e nas propriedades mecânicas e físicas do compósito Cu-SiC
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Data de Publicação: | 2021 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46643 |
Resumo: | O compósito Cu-SiC alia a alta condutividade térmica e elétrica e a boa ductilidade do cobre à boa condutividade térmica, baixa densidade e alta resistência à abrasão do SiC. Tais características permitem que esse compósito seja aplicado como contatos elétricos e dissipadores de calor, porém, a mútua insolubilidade das fases dificulta sua obtenção por sinterização. Diversas pesquisas utilizam a moagem de alta energia (MAE) para preparar pós de sistemas imiscíveis e com baixa molhabilidade, pois ela produz maior sinterabilidade do material através da diminuição do tamanho de partículas e homogeneização das fases. Neste trabalho, pós compósitos de Cu-SiC com 2, 10 e 15% de SiC foram preparados por mistura mecânica e MAE. A mistura mecânica foi efetuada por agitação manual em um recipiente plástico. A MAE dos pós foi realizada no moinho planetário pulverisette 7 com recipiente e corpos de moagem de metal duro em meio líquido de álcool - 99,5% a 400 rpm durante 2, 10, 20 e 30 horas. A razão em massa de pó/bola usada foi de 1:5. Compactos de pós Cu-SiC foram prensados a 500 MPa em uma matriz cilíndrica uniaxial. Os compactos verdes foram sinterizados em forno resistivo tubular e com registro dilatométrico a 1.000 oC por 1 h sob uma atmosfera de argônio. A taxa de aquecimento usada foi de 10 oC/min. Análises de FRX, DRX, MEV e EDS foram utilizadas para caracterizar tanto os pós quanto os compactos sinterizados. O tamanho de cristalito e a microdeformação das fases Cu e SiC dos pós Cu-SiC foram determinados através do software TOPAS. Medidas de distribuição de tamanho de partícula dos pós elementares (Cu e SiC) e dos compósitos Cu-SiC foram efetuadas por difração a laser. A densidade dos compactos verdes e sinterizados foi obtida usando o método geométrico e o princípio de Arquimedes. Medidas de corrosão eletrolítica foram realizadas nos compactos sinterizados de pós misturados e moídos por 30 h. A resistência à corrosão do compósito Cu-SiC diminui significativamente para teor acima de 2% em massa de SiC. Os valores de densidade dos compactos sinterizados diminuem com a elevação do teor de SiC (0, 2, 10 e 15%p) e o tempo de moagem (2, 10, 20 e 30 h). Os compactos sinterizados de pós misturados Cu-2%SiC alcançaram 77,2% de densidade relativa, enquanto os compactos de pós Cu-2%SiC moídos por 2 e 30 h obtiveram densidade relativa de 72,7 e 65,4%. Os compactos de pós CuSiC com 10 e 15% em massa de SiC moídos por 2 h obtiveram densidade de 64,9 e 58,2%, respectivamente. Os valores de HV dos compactos sinterizados aumentam com elevação do teor de SiC e os maiores valores foram obtidos pelos compactos de pós Cu-SiC moídos por 10 h. Os valores de microdureza desses compactos de pós moídos por 10 h com 2, 10 e 15% em massa de SiC alcançaram 50.9, 83.7 e 115.6 HV, respectivamente. As microestruturas dos compactos sinterizados Cu-SiC moídos são mais homogêneos que a dos misturados. |
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Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46643O compósito Cu-SiC alia a alta condutividade térmica e elétrica e a boa ductilidade do cobre à boa condutividade térmica, baixa densidade e alta resistência à abrasão do SiC. Tais características permitem que esse compósito seja aplicado como contatos elétricos e dissipadores de calor, porém, a mútua insolubilidade das fases dificulta sua obtenção por sinterização. Diversas pesquisas utilizam a moagem de alta energia (MAE) para preparar pós de sistemas imiscíveis e com baixa molhabilidade, pois ela produz maior sinterabilidade do material através da diminuição do tamanho de partículas e homogeneização das fases. Neste trabalho, pós compósitos de Cu-SiC com 2, 10 e 15% de SiC foram preparados por mistura mecânica e MAE. A mistura mecânica foi efetuada por agitação manual em um recipiente plástico. 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Os valores de microdureza desses compactos de pós moídos por 10 h com 2, 10 e 15% em massa de SiC alcançaram 50.9, 83.7 e 115.6 HV, respectivamente. As microestruturas dos compactos sinterizados Cu-SiC moídos são mais homogêneos que a dos misturados.The Cu-SiC composite combines high thermal and electrical conductivity and good copper ductility with good thermal conductivity, low density and high abrasion resistance of SiC. Such characteristics allow this composite to be applied as electrical contacts and heat sinks, however, the mutual insolubility of both phases difficulty to obtain by sintering. Several studies use high energy milling (HEM) to prepare powders from immiscible systems with low wettability, as it produces greater sinterability of the material through the reduction of tehe particle size and homogenization of the phases. In this work, Cu-SiC composite powders with 2, 10 and 15% of SiC were prepared by mechanical mixing and MAE. The mechanical mixing was carried out to manually mix the powders in a plastic package. The WEM of the powders was carried out in a planetary mill pulverisette 7 with pool and metal grinding hard in liquid medium of alcohol - 99.5% at 400 rpm for 2, 10, 20 and 30 hours. The mass ratio of poder/ball used was 1: 5. Cu-SiC powder compacts were pressed at 500 MPa in a uniaxial cylindrical matrix. The green compacts were sintered in a tubular resistive oven and with a dilatometric record at 1000 oC for 1 h under an argon atmosphere. The heating rate used was 10 oC / min. Analyzes of FRX, DRX, MEV and EDS were used to characterize both powders and sintered compacts. The crystallite size and the microdeformation of the Cu and SiC phases of the Cu-SiC powders were determined using the TOPAS software. Particle size distribution measurements of elementary powders (Cu and SiC) and Cu-SiC composite were performed by laser diffraction. The density of green and sintered compacts was obtained using the geometric method, and the Archimedes principle. Eletrolytic corrosion measurements were performed on the sintered compacts of mixed powders and milled for 30 h. The corrosion resistance of the Cu-SiC composite decreases significantly to a contente above 2% by mass of SiC. The density values of the sintered compacts decrease with the increase in the SiC content (0, 2, 10 and 15% w) and the grinding time (2, 10, 20 and 30 h). The sintered compacts of mixed powders Cu-2% SiC reached 77.2% relative density, while the compacts of Cu-2% SiC powders milled for 2 and 30 h obtained a relative density of 72.7 and 65.4%. The compacts of Cu-SiC powders with 10 and 15% by weight of SiC milled for 2 h obtained a density of 64.9 and 58.2%, respectively. The HV values of the sintered compacts increase with an increase in the SiC content and the highest values were obtained by compacts of Cu-SiC powder ground for 10 h. The microhardness values of these compacts of powders milled for 10 h with 2, 10 and 15% by mass of SiC reached 50.9, 83.7 and 115.6 HV, respectively. The microstructures of the sintered compacts of milled Cu-SiC powders are more homogeneous than that of mixed powders.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICAUFRNBrasilMoagem de alta energiaCompósitos Cu-SiCSinterizaçãoMetalurgia do póEstudo do efeito do teor de SiC e da moagem de alta energia na microestrutura e nas propriedades mecânicas e físicas do compósito Cu-SiCStudy of the effect of SiC content and high energy ball milling on the microstructure and mechanical and physical properties of the Cu-SiC compositeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALEstudoefeitoteor_Camara_2021.pdfapplication/pdf9919164https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/46643/1/Estudoefeitoteor_Camara_2021.pdf9ce6dcdfd9b71d0dbbd5ddf5cfeec56aMD51123456789/466432022-05-02 12:33:25.101oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/46643Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-05-02T15:33:25Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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