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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Pedro Henrique Lopes Cardoso
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Salomão, Rafael (Presidente)
Boas, Mariana de Oliveira Carlos Villas
Maestrelli, Sylma Carvalho
Título em português
Efeito da microestrutura e propriedades físicas das partículas precursoras na obtenção de mulita in situ
Palavras-chave em português
área superfícial específica
mulita
propriedades físicas
propriedades mecânicas
sílica amorfa precipitada
Resumo em português
Matérias-primas cerâmicas são tecnologicamente muito importantes, pois são aplicadas desde a indústria de base, como isolamento térmico dos fornos siderúrgicos feito pelas cerâmicas refratárias, por exemplo; até a produção de materiais para a construção civil, componentes eletrônicos, entre outros. Devido a essa ampla aplicação, muitos estudos se desenvolveram com o intuito de conhecer as propriedades desses materiais, bem como suas interações com o processamento. Tais propriedades são determinantes para as aplicações e também para as rotas de produção que podem ser empregadas. A principal técnica de processamento cerâmico para consolidação das peças e ganho de propriedades mecânicas é a sinterização. Este processo sofre grande influência das propriedades físicas das partículas que compõem as matérias-primas. O presente estudo se propõe a investigar e monitorar, através de modificações estruturais controladas, quais as características das partículas que mais afetam esta etapa do processamento. Para tal estudo escolheu-se o sistema Al2O3-SiO2 em proporção estequiométrica (3:2) para obtenção de Mulita. Dentre as matérias-primas componentes do sistema, a sílica (SiO2) é a que mais sofre modificações estruturais em uma faixa de temperatura relativamente baixa; logo, foi selecionada para ter suas propriedades modificadas mediante tratamentos térmicos variados, de 700°C, 900°C e 1100°C. As modificações causadas nas propriedades físicas e seus efeitos foram monitorados. Avaliou-se a influência causada na obtenção de mulita estequiométrica, as alterações nas propriedades mecânicas dos corpos de prova sinterizados em temperaturas diferentes (1100°C, 1300°C e 1500°C) durante 3 horas, e a estabilidade dimensional. A sílica aplicada no estudo foi uma sílica amorfa precipitada, disponível comercialmente. Os resultados mostraram que a sílica teve sua área superficial específica (ASE) variando de cerca de 150 m²/g até valores próximos de 0,5 m²/g. Ficou evidente ainda que a variação da ASE das partículas foi responsável por grandes interferências na sinterização ou densificação das estruturas. Este processo depende da movimentação dos átomos para regiões da superfície onde ocorrerá o contato entre as partículas e sua junção. Com a redução da ASE, a sinterização se torna menos efetiva e a estabilidade dimensional é favorecida. Por outro lado, quando a sinterização das partículas é proeminente, a densificação das estruturas dá origem a componentes com boas propriedades mecânicas, aplicáveis em situações estruturais. Os resultados mostraram ainda que é possível obter estruturas com propriedades mecânicas semelhantes, como resistência à ruptura e módulo elástico, mesmo tendo partido de matérias-primas muito diferentes, permitindo o nivelamento e adequação dessas propriedades às aplicações desejadas.
Título em inglês
Particles microstructure and physical properties effects on the obtainment of "in situ" mullite
Palavras-chave em inglês
mechanical properties
mullite
physical properties
precipitate amorphous silica
specific surface area
Resumo em inglês
Ceramic raw-materials are technologically very important, once they are applied since basic industry, such as thermal insulating for steel furnace made by refractory ceramics until the production of materials for construction, electronics compounds and others. Due to its wide hall of applications, many studies were developed for understand these materials' properties and its interaction with processing. Such properties are application and processing route determinant. The main processing technique for consolidating and gaining of mechanical properties is sintering. This process is highly influenced by particles' physical properties. This very study is proposed to investigate and monitor, by controlled structure modifications, which particles' characteristics affects sintering more intensely. For such objective, the system Al2O3-SiO2 on stoichiometric proportion (3:2) for mullite obtaining was chosen. Among system's raw-material, silica (SiO2) is easier to be modified by temperature in a relatively low range, so it was selected to have its properties changed by different thermal treatment of 700°C, 900°C and 1100°C. Physical properties' modifications and its effects were monitored. The influence on stoichiometric mullite obtaining, variations on mechanical properties of 3 hours long sintered samples (1100°C, 1300°C and 1500°C), and dimensional stability were measured. Market-available precipitate amorphous silica was employed. Results showed that thermal treatment of silica was able to vary its specific surface area (SSA) from 150 m2g-1 to values near of 0,5 m2g-1. It was also clear that SSA variation was responsible for interfering on sintering. This process depends on atoms movement to surface regions where will occur contact and particles bonding. With SSA reduction, sintering is less effective and dimensional stability is favored. On the other hand, when particles' sintering is more effective structure densification will end on components with good mechanical properties, finding uses on structural application. Results also showed that is possible to obtain similar mechanical properties structures even when raw-materials exhibit different characteristics.
 
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Data de Publicação
2019-09-03
 
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