Sinterização em alta pressão de compósitos cerâmicos baseados em carbetos de alta dureza

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Resende, Leonardo
• Orientador(a): Pereira, Altair Soria
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Compósitos; Carbetos; Sinterização
• Palavras-chave em Inglês: Sintering; High-pressure; Composites; Carbides
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/274158

O principal objetivo deste trabalho foi explorar a possibilidade de produção de compósitos à base de carbeto de boro ou carbeto de silício, através do uso combinado de aditivos de sinterização e processamento em condições extremas de pressão, e assim obter sinterizados altamente densificados em temperaturas mais baixas e tempos de sinterização muito mais curtos do que os convencionalmente exigidos. Uma mistura de pós de B4C e SiC com aditivos de sinterização (~10% em peso de: Co, Nb, W, Fe, Si, Ni, Ti, Al) foi usada para produzir compósitos à base de carbeto de boro e de carbeto de silício por processamento de alta pressão (7,7 GPa) em diferentes temperaturas (800°C a 2000°C) e tempos de sinterização de 5 e 30 min. A composição das fases obtidas, a microestrutura sinterizada, a densificação e as propriedades mecânicas das peças obtidas, como dureza Vickers e tenacidade à fratura foram avaliadas. A combinação de alta pressão, temperatura relativamente baixa e tempos de sinterização curtos permitiu a produção, usando um processo de sinterização com uma única etapa, de um compósito de B4C-Si totalmente densificado a 7,7 GPa/1000°C/30 min, sem crescimento significativo de grãos, apresentando valores de cerca de 20 GPa e 6 MPa.m1/2 para dureza Vickers e KIc, respectivamente. Para temperaturas de sinterização mais altas (T ≥ 1200°C), foram produzidos compósitos B4C-SiC sem fase residual de Si. As melhores propriedades mecânicas, HV=20,6 GPa e KIc=5,8 MPa.m1/2, foram obtidas para a amostra sinterizada a 7,7 GPa/1500°C/5 min. Usando pó de Al como aditivo de sinterização, foi possível produzir um compósito de SiC-Al com densificação de 98% a 7,7 GPa/1000ºC/5 min, apresentando valor de dureza de 19,8 GPa. Em 7,7 GPa/1500ºC, tanto para o sistema SiC-Ti como SiC-Al, foram obtidos os melhores resultados, como densidade aparente de 3,29 g/cm3 e dureza de 21,5 GPa para o compósito SiC-TiC, e densidade aparente de 3,16 g/cm3 e dureza 22,28 GPa para o compósito SiC-Al2O3. Dessa forma, o uso de técnicas de processamento de materiais em condições extremas de pressão revelou-se uma abordagem promissora para a produção de compósitos à base de B4C e SiC altamente densificados, que são materiais de difícil sinterabilidade, quando são usadas técnicas convencionais de sinterização.