Fabricação de compósitos com matriz de alumina reforçada com whiskers de mulita

Master thesis Portuguese OPEN
Salles, Mário César Fernandez de (2008)
  • Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
  • Subject: Cerâmica - compósito | Alumina | Mulita

Neste trabalho foram fabricados compósitos cerâmicos utilizando alumina como matriz e whiskers de mulita como reforço. As composições de whiskers foram 10, 20, 30 e 40% em peso. Os whiskers de mulita utilizados como matérias-primas foram obtidos através do tratamento térmico do mineral topázio incolor no Laboratório de Tratamento Térmico de Materiais do ICEB/UFOP. A alumina de elevada pureza foi fornecida pela empresa Alfa Apesar. As matérias primas, após serem pesadas, foram submetidas a um processo de mistura, suspensas em isopropanol e auxiliadas por um ultra-som. Depois de misturadas, as matérias primas foram conformadas uniaxialmente em uma prensa de matriz flutuante e sua densidade verde medida pelo método geométrico. Em seguida, as amostras passaram por um processo de sinterização à 1700ºC, por 4h em ar, num forno tubular com resistência de dissiliceto de molibdênio (MoSi2). A determinação das densidades dos corpos resultantes foi realizada pelo método de Arquimedes. A observação das fases presentes nos produtos foi realizada por difração de raios X. As características microestruturais das superfícies de fratura e das superfícies polidas dos produtos foram analisadas através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). O efeito do teor de whiskers de mulita sobre o comportamento mecânico do compósito foi medido através da determinação de tenacidade à fratura, utilizando-se resultados de dureza Vickers e comprimento crítico da trinca. Para valores crescentes de whiskers de mulita houve redução na densidade dos compósitos e dureza Vickers. A tenacidade à fratura alcançou seu valor máximo nos compósitos com 20% em peso de whiskers de mulita, medidos em 3,02 MPa m . Compósitos com 10 e 30% em peso de whiskers de mulita os valores de tenacidade foram praticamente iguais, para concentrações de whiskers acima de 40% em peso não se observa nenhuma melhoria na tenacidade à fratura. __________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: In this work were manufactured ceramic composites using alumina matrix and mullite whiskers reinforcement. The fractions of whiskers were 10, 20, 30 and 40% wt. The mullite whiskers were obtained by thermal treatment of the mineral colorless topaz in the laboratory Heat Treatment Materials of ICEB/UFOP. The high purity alumina was provided by the company Alfa Aesar. Raw materials, after being weighed, were mixed, suspended in isopropilic alcohol by an ultrasound. After mixed, raw materials were uniaxialy pressed using a floating press matrix and its green density measured by the geometric method. Then, the samples were sintered to 1700 ° C for 4 h in air, in a tubular furnace with resistance from dissiliceto of molybdenum (MoSi2). The resulting bodies density was performed by Archimedes method. The phases in products observation was performed by X-ray diffraction. The microstructural characteristics of the fracture surfaces and the polished products were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The whiskers of mullite’s content effect under mechanical behavior were determinated by fracture toughness, using hardness Vickers results and critical length of crack. For growing values of mullite’s whiskers, were observed reduction in the density and hardness Vickers. The tenacity to fracture reached its maximum value in the composite with 20% wt of whiskers, mullite, measured in 3.02 MPa m . Composites with 10 to 30% wt of mullite’s whiskers the values of tenacity were almost equal. In whiskers’ concentrations above 40% wt isn’t observed any improvement in the fracture toughness.
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