Síntese de partículas de carbono nanoestruturado através da reação entre carbetos precursores distintos
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSC |
Texto Completo: | https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216628 |
Resumo: | Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2020. |
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Síntese de partículas de carbono nanoestruturado através da reação entre carbetos precursores distintosEngenharia de materiaisGrafitaCarbonoCarbonetosTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2020.Perdas por atrito e desgaste tem um grande impacto econômico e ambiental em escala global, pois estima-se que 23% de todo o consumo de energia é realizado por contatos tribológicos. A aplicação de soluções mais eficientes para a redução dessas perdas é necessária, com potencial de reduzir o impacto em até 40% em 15 anos se as novas tecnologias de superfície, materiais e lubrificação forem absorvidas pela indústria. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um novo método de síntese de carbono nanoestruturado derivado de carbetos precursores para aplicações tribológicas. A partir de cálculos de diagramas de fases foi definido o sistema carbeto de boro e carbeto de cromo, cuja reação no estado sólido promove a formação de grande quantidade de fases de carbono (aproximadamente 15% em massa). O processo desenvolvido consistiu na reação no estado sólido entre os carbetos precursores seguida de uma etapa de extração química com ácido clorídrico. A partir desse processo foi possível obter praticamente todo o carbono presente no sistema. Os resultados mostraram que os materiais sintetizados em temperaturas abaixo de 1200 °C apresentaram contaminação devido a reação incompleta entre os reagentes. Já materiais sintetizados em temperaturas superiores a 1200 °C apresentaram maior pureza, pois a reação foi completa. O material resultante após a extração química é composto por carbono nanoestruturado com estrutura lamelar do tipo 2D turbostrática. A temperatura de reação tem grande influência na nanoestrutura do carbono, influenciando simultaneamente a cristalinidade, a densidade de defeitos e a área específica de superfície. Os materiais obtidos foram capazes de reduzir o atrito e desgaste a seco de sistemas tribológicos, sendo que foram obtidas taxas de degaste até 70 % menores que a do mesmo sistema com um grafite 3D cristalino. Além disso, resultados preliminares também mostraram que os materiais desenvolvidos apresentam potencial de aplicação como aditivo de óleo lubrificante, por possuir estabilidade em óleos poliolester de até 1 ano em suspensão, muito superior aos materiais utilizados como referência.Abstract: This work aimed to develop a new synthesis method of nanostructured carbide-derived carbon for tribological applications. Based on phase diagram calculations, the system boron carbide-chromium carbide was defined, whose reaction in the solid state promotes the formation of a large amount of carbon phases (approximately 30 mol% of carbon). The developed process consists of the solid-state reaction between the carbides followed by a chemical extraction step with hydrochloric acid. From this process, it was possible to obtain practically all the carbon present in the system. The results showed that the materials synthesized at temperatures below 1200 °C presented contamination due to incomplete reaction between the reagents. Materials synthesized at temperatures above 1200 ° C, however, presented greater purity, since the reaction was complete in this case. The resulting material after chemical extraction is composed of nanostructured carbon with a 2D turbostratic structure. The reaction temperatures have a great influence on the carbon nanostructure, simultaneously influencing the crystallinity, the density of point and edge defects and the specific surface area (up to ~ 3x greater than that of a multilayer graphene). The materials obtained were able to reduce the friction and wear of tribological systems, with wear rates up to 60% lower than that of the same system with a crystalline 3D graphite. In addition, preliminary results also showed that the developed materials have potential for application as a lubricant oil additive, as it has much higher stability in certain oils than 3D graphite or multilayer graphene.Klein, Aloisio NelmoUniversidade Federal de Santa CatarinaNeves, Guilherme Oliveira2020-10-21T21:32:14Z2020-10-21T21:32:14Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis138 p.| il.application/pdf369380https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216628porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:32:14Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/216628Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:32:14Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false |
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