Materiais Ceramicos- Sialon

Engenharia dos Materiais

Trabalho realizado por: Mónica Piteira nº9917 2003/2004 1

Índice Índice....................................................... pag.2 Introdução...................................................pag.3 Cerâmicos com elevada resistência ao desgaste e suas aplicações....................................................pag.4 • Óxidos- Alumina ......................................pag.5 • Óxidos- Zircónia.......................................pag.6 • Não-óxidosNitretos...........................................pag.7,8,9 • Não-óxidosCarbonetos............................................pag.10

Bibliografia..................................................pag11

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Introdução A diversificação na utilização de materiais cerâmicas teve início a partir dos anos trinta, consolidando-se na época da segunda guerra mundial, com emprego de cerâmicos à base de alumina (AI,O3) em isoladores de velas de ignição em substituição à porcelana e em equipamentos de laboratório. Desde a década de quarenta, os materiais cerâmicos têm evoluído continuamente e ampliado o seu campo de utilização sendo amplamente utilizados como componentes estruturais ou de engenharia. e principalmente, como componentes funcionais. Particularmente nas últimas duas décadas. tem-se observado a nível mundial, altas taxas de crescimento de mercado para os produtos cerâmicas avançados. Pode-se, entretanto, afirmar de forma ampla que cerâmicas são materiais refratários inorgânicos não metálicos. Além de serem refratários, isto é, possuírem a propriedade de não se deformar e nem se alterar quimicamente mesmo quando submetidas a altas temperaturas, as cerâmicas apresentam outras interessantes características que possibilitaram aplicações variadas. Geralmente são resistentes ao uso, à oxidação, duros, isolantes térmicos e eléctricos, e não são magnéticos Assim, têm sido criados materiais cerâmicos que ao lado de alta estabilidade térmica, resistência à corrosão, dureza, apresentam vantagens económicas e ecológicas, manutenção barata, eficiência alta e custos operacionais mais baixos que os convencionais. E, sobretudo, devido ao fato de serem porosas, resistem a temperaturas muito altas sem se fundirem. Vamos aprofundar o conhecimento sobre os cerâmicos com elevada resistência ao desgaste a suas aplicações.

Componentes cerâmicos para aplicações industriais

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Cerâmicos com elevada resistência ao desgaste e suas aplicações. As cerâmicas avançadas são em grande parte usadas em electrónica e aplicações estruturais como: motores, equipamentos de corte, componentes sujeitos a desgaste e peças para blindagem (protecção) de veículos, inclusive aviões e foguetes aeroespaciais. No fabrico de ferramentas de corte para metais os cerâmicos têm vindo a ganhar vantagem. As condições muito exigentes a que estão sujeitas estas ferramentas (temperatura, ataque químico, erosão) implicam a escolha de materiais com propriedades especiais. Exemplos típicos destes materiais são a Alumina a Zircónia, os Carbonetos e Nitretos, cujas propriedades mecânicas invulgares permitem a utilização em dispositivos sujeitos a grandes esforços. Durante o desbaste de metais em torno mecânico, as temperaturas atingidas na extremidade da ponta de corte são extremamente elevadas.

As características ao nível atómico que tornam um cerâmico frágil ,possuir ligação covalente, são ao mesmo tempo as que lhe conferem as propriedades desejadas de: • • •

dureza refractariedade (resistência à temperatura) resistência química

Tem-se vindo a realizar um esforço para alcançar a melhoria destas propriedades de modo a que se fabriquem cerâmicos técnicos com excelente "tenacidade à fractura", isto é, fragilidade reduzida. Resistência ao impacto, à tracção, à compressão, dureza e módulo de elasticidade são propriedades determinantes dos materiais cerâmicos. Exemplos de aplicações de cerâmicos em pistões,cadinhos,etc..

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Os Cerâmicos estruturais podem dividir-se em: Óxidos como a Alumina

(Al2O3 ) e a Zircónia (ZrO2)

Não-óxidos da qual fazem parte os Nitretos e os Carbonetos

Óxidos Alumina - Óxido de Alumínio - Al2O3: Propriedades aplicadas á resistência ao desgaste • • • •

Elevada resistência mecânica Elevada dureza Boa resistência á corrosão Elevado ponto de Fusão-2050ºC

Aplicações • • • •

Componentes para a industria Automóvel Ferramentas de corte Aplicações como suporte de Catalisadores Aplicações como material refractário

Grãos abrasivos Alumina: Este grão é extremamente robusto e sua forma de cunha permite penetração rápida em materiais duros sem fracturar-se ou desgastar-se excessivamente. É usado em materiais como aço carbono, ligas de aço, bronze duro ou madeiras duras. Turbinas de Alumina

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Zircónia Propriedades • • • •

Ponto de Fusão na ordem dos 2700ºC Elevada Durabilidade Química Elevada resistência á corrosão Elevada tenacidade á fractura

Aplicações As aplicações são limitadas por mudanças estruturais Monoclinica- 900-1000ºC-Tetragonal- ~2370ºC-Cúbico Zircónia Estabilizada-Por adições de CaO ou Y2O3 é possível manter a estrutura Cúbica mesmo a baixas temperaturas Zircónia parcialmente Estabilizada (PSZ)- ocorre uma transformação de fase induzida por tensão , é absorvida a energia de Fractura o que vai resultar numa transformação de um material frágil num material com elevada tenacidade á fractura. • • • • •

Ferramentas de corte Componentes de máquinas sujeitos a altas temperaturas Moldes para Extrusão Queimadores de Gases combustíveis Material refractário

Grãos abrasivos Óxido de Alumínio Zirconado: Este grão tem como característica principal um grande poder de auto afiação, o que confere vida longa em operações onde se deseja grande remoção de material. Portanto, o óxido de alumínio zirconado é recomendado em operações de desbaste pesado em metais e madeiras, porque ao fracturar-se este grão produz novas pontas abrasivas e cortantes.

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Não-óxidos Nitretos Nitreto de Silício-Si3N4 Propriedades • • • •

Elevada resistência mecânica Elevada resistência térmica Elevada resistência corrosão Baixo peso

Aplicações Substitui alguns metais em partes usadas a temperaturas demasiado altas • • • •

Turbinas aGás(Lâminas) ,Queimadores Motores a diesel (pistão, cilindro, cabeça de Válvula de Exaustão) Motores térmicos(revestimentos) , Bombas de Aquecimento Ferramentas resistentes á corrosão e ao calor (para usar com metais fundidos, rolamentos, selantes mecânicos, juntas de selagem)

As pontas de corte de nitreto de silício são um exemplo típico de conjugação de excelentes propriedades mecânicas, térmicas e químicas por parte de materiais cerâmicos

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SIALONS -

Si –Al- O- N

Série de soluções sólidas formadas por reacção (1700ºC-1800ºC ) entre os componentes do sistema : Si3N4 – Al2 O3 –AlN – SiO2 Embora tenham um carácter iónico mais acentuado do que outros cerâmicos, possuem a ligação covalente como predominante na sua estrutura. β -Sialon – Solução sólida Si 6-x Al x O x N 8-x Propriedades • •

Dilatações térmicas pequenas (2-3 x10-6K-1) Elevada resistência á Corrosão e Abrasão

Aplicações • • •

Componentes para motores Componentes resistentes á corosão e abrasão Moldes para Extrusão de Tubos e fios metálicos

Nitreto de Alumínio Propriedades • • • •

Material refractário- Altamente estável em atmosfera não oxidante até 2000ºC Elevada resistência ao impacto térmico Elevada resistência mecânica Elevada condutividade térmica

Aplicações • •

Materiais para fusão de Metais Cadinhos, tubos , câmara, revestimentos, câmaras de vácuo

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Nitreto de Boro –BN Propriedades Estrutura cristalina Hexagonal • • • •

Resistência á corrosão Resistência ao Calor (~2200ºC) Excelente lubrificante Facilmente maquinável

Aplicações • •

Recipientes para fusão de metais Cadinhos , moldes , queimadores ,peças maquinadas de dimensões precisas

Estrutura cristalina cúbica • •

Propriedades semelhantes ao Diamante Grande Dureza

Aplicações • •

Ferramentas de corte Abrasivos

Rebolos e rolos dressadores em CBN (Nitreto cúbico de Boro) com liga vitrificada são utilizados em operações onde é requerido apertadas tolerâncias dimensionais e geométricas com altos volumes de remoções, como nos casos de rectificação de eixocomando de válvulas, rolamentos, bicos de bombas injectoras, juntas homocinéticas

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Carbonetos Geralmente têm baixa resistência a atmosferas oxidantes. SiC tem boa resistência á oxidação o que permite a sua utilização para muitas aplicações industriais Diferem dos Nitretos porque possuem um certa condutividade eléctrica. Carboneto de Silício - SiC Propriedades • • •

Elevada Resistência ao desgaste Maior resistência á corrosão do que Si3N4 Resistência mecânica mais baixa do que Si3N4

Aplicações • • •

Componentes de máquinas com elevada resistência ao desgaste Em certas partes de Turbinas a Gás para elevadas temperaturas Elementos de aquecimentos em fornos de altas temperaturas

Grãos abrasivos Carboneto de Silício - SiC: É o mais duro e o mais afiado dos materiais usados em abrasivos revestidos. Sua dureza e afiabilidade tornam este abrasivo ideal para acabamento em materiais não ferrosos como: alumínio, latão, magnésio, titânio, borracha, vidro, plásticos, madeiras fibrosas, esmaltados e outros materiais moles. O carbureto de silício é superior a qualquer outro abrasivo em relação a penetração e rapidez de corte sob leves pressões. Outros carbonetos B4C • • •

Elevada dureza Uso em almofarizes Varões de controlo nos reactores nucleares

TiC ,WC, ZrC ,TaC • • • • •

Elevada dureza Elevada resistência ao desgaste TiC e WC com mais aplicação industrial Ferramentas de Corte Revestimentos com elevada resistência ao desgaste- Pastilhas de Corte

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Bibliografia “Sebenta da Disciplina de Cerâmicos Técnicos”, Prof. Regina Monteiro,2004 Links www.customtechceramics.com/ zirconia.html www.dynacer.com/

http://www.ii.ua.pt/uimc/divulga/divulga.html www.keratec.com/ home_es.html www.carbo-abrasivos.com.br/ unicorn.htm

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