Processamento e caracterização de tintas cerâmicas injetáveis à base de alumina, com potencial de utilização em Robocasting

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Silva, Bruno Medeiros da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Robocasting; Tinta cerâmica Al₂O₃; Comportamento de secagem; Caracterizações físicas; Propriedades mecânicas; Alumina; Reologia; Difração de raios X; Engenharia Metalúrgica; Produção intelectual; Al₂O₃ ceramic ink; Drying behavior; Physical characterizations; Mechanical properties
• Link de acesso: http://app.uff.br/riuff/handle/1/28847

Neste trabalho foi desenvolvido tinta cerâmica extrudável a base de Al₂O₃ para uso em impressão 3D por Robocasting utilizando carboximetilcelulose (CMC) e polietilenoimina (PEI) como aditivos para fabricação de gel extrudável. Pó de Al₂O₃ de alta pureza foi inserida em um gel viscoso de CMC, com proporções de 98% de água e 2% de CMC, misturados por 30 minutos. A tinta originada deste processo de mistura foi caracterizada por sua reologia e peças foram impressas por Robocasting utilizando a velocidade de 10 mm/s e bicos de extrusão com diâmetros de 0,25 mm e 0,41 mm, e por extrusão manual, com bico de 1,5 mm de diâmetro. Após fabricação dos corpos de provas, os mesmos foram submetidos em um teste de secagem e empenamento com 180 horas de duração, em temperaturas de 20°C ou 40°C, em moldes abertos e fechados, afim de verificar o comportamento da tinta em seu processo de secagem. Os resultados demonstraram que as tintas dos moldes fechados apresentaram menor taxa de secagem, necessitando de mais tempo para que retração cessasse. Os tempos para que a retração findasse foram, na temperatura de 20°C, 50 h para o molde aberto e 180 h para o molde fechado, e na temperatura de 40°C, 10 h para o molde aberto e, 30 h para o molde fechado. Estes resultados foram modelados por equações matemáticas. O empenamento foi mais acentuado nas primeiras 10 h de secagem, independente da temperatura adotada. A secagem a 40°C apresentou uma taxa de empeno de 9%, e a 20°C, taxa de 4,5%. As amostras foram sinterizadas a 1600°C por 2 h, sendo caracterizadas por sua densidade relativa, microestruturas e fases cristalinas. As propriedades mecânicas de dureza vickers e tenacidade à fratura foram medidas. Após sinterização a 1600°C por 2 h um grupo de amostras foi re-sinterizada a 1610°C por 6 h em patamar isoterma e caracterizada conforme mencionado anteriormente. Para comparação de resultados, amostras de alumina foram compactadas uniaxialmente e sinterizadas a 1600°C por 2 h. Os resultados indicam que em todas as condições de fabricação, Al₂O₃ foi a única fase cristalina observada. Os resultados evidenciaram melhorias nas propriedades mecânicas dos corpos de provas impressos por Robocasting com o procedimento de re-sinterização, independente do diâmetro do bico de extrusão, onde a densidade relativa foi de 95,3 ±0,4 %para 97,4 ±0,3%, dureza vickers de 1322±62 HV para 1526 ±45 HV e tenacidade à fratura, de 2,3 ±0,4 MPa.m½ para 3,2 ±0,6 MPa.m½. Os corpos de provas extrudados manualmente, com bico de diâmetro de 1,5mm, obtiveram como resultados a densidade relativa de 92,3% ±0,5, dureza vickers de 1253 ±83 HV e tenacidade à fratura 2,1 MPa.m½ ±0,8, estes resultados sendo inferiores aos impressos por Robocasting.