Estudo de materiais com gradiente funcional (MGF) a base de alumina (Al2O3) e carbeto de nióbio (NbC) obtidos por diferentes técnicas de sinterização

• Autor(a) principal: Sakihama Uehara, José Luis Hideki
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-29092015-144827/
• topic: Al2O3; Al2O3; Auxiliar de sinterização; FGM; MGF; Nb2O5; Nb2O5; NbC; NbC; Pressureless sintering; Sintering aid; Sinterização sem pressão; SPS; SPS

No presente trabalho, peças com gradiente funcional de Al2O3 com reforço de NbC foram planejadas com o intuito de obter um MGF (material com gradiente funcional) com uma alta dureza e boa tenacidade à fratura a partir de diferentes técnicas de sinterização. Os MGFs apresentam-se como uma excelente alternativa quando é necessária a união de materiais com propriedades térmicas ou mecânicas muito diferentes, já que possuem uma transição suave de propriedades ao longo do corpo, como consequência de uma mudança gradual do teor das fases. No planejamento dos MGFs foram utilizadas análises dilatométricas para compatibilizar o comportamento durante a sinterização de cada camada e assim minimizar as tensões que ocorrem durante a retração, responsáveis por trincas e delaminações. Nos ensaios de dilatometria observou-se que a diferença máxima de retração entre os compósitos de teor de NbC variando de 5 a 30 %p é de 4,85%, assim, foram projetados MGFs com um passo de 5% de NbC, reduzindo esta diferença para 2,73%. Compósitos monolíticos de Al2O3 com diferentes teores de NbC foram sinterizadas a 1500ºC num forno convencional sob atmosfera de grafite. As densidades das peças sinterizadas foram inferiores a 90% da densidade teórica (DT), o que comprometeu a dureza dos compósitos (10 a 14 GPa), inferiores que as durezas dos materiais originais. Uma das maiores dificuldades no processamento destes compósitos foi sua densificação, prejudicada devido à presença de partículas de alta refratariedade na matriz de alumina, pelo que foi realizado um estudo do efeito da nióbia (Nb2O5) como auxiliar de sinterização nos compósitos Al2O3-NbC. Utilizando 0,5 %mol deste aditivo foi possível melhorar as densidades dos compósitos que, segundo os resultados da microscopia eletrônica de varredura (MEV), devido a uma densificação em presença de fase líquida. No entanto, a melhora na densidade é efetiva para temperaturas inferiores a 1450°C devido provavelmente à sobrequeima. Devido às dificuldades para obter peças densas a partir desses compósitos, foi utilizado o processo de Spark Plasma Sintering (SPS), o qual foi bem sucedido para obter peças com gradiente funcional com boa densidade (> 98 %TD) e livres de trincas. O gradiente projetado foi mantido com sucesso após a sinterização e, graças à alta densidade das peças, foi possível atingir altas durezas (até 24,3 GPa) e tenacidade à fratura ~5 MPa.m1/2, fazendo com que estes materiais apresentem potencial de aplicação como ferramentas de corte.