Projeto e caracterização da composição cerâmica equimolar CaZrO3-MgO para condições severas de serviço - Leal, Beatriz Vieira (2017)
O uso de materiais cerâmicos estruturais na indústria aeronáutica ou aeroespacial é fundamental para a resposta a condições de serviço extremas. Componentes sujeitos a temperatura elevada, resistência mecânica elevada e desgaste, como pás de turbinas, escudos térmicos, cones de escape de foguetes, são atualmente fabricados em materiais cerâmicos avançados como nitreto de silício (Si3N4), zirconia estabilizada com yttria (YSZ), ou alumina (Al2O3). Nos últimos anos a eficiência térmica dos sistemas de propulsão de aeronaves está limitado pela temperatura máxima de operação (T˜ 1200ºC) dos sistemas de revestimentos de barreira térmica (Thermal Barrier Coatings, TBCs). O desenvolvimento de novos materiais cerâmicos para o revestimento das superligas de níquel é imperioso para responder ao aumento da eficiência energética, redução do consumo de combustível e aumento da autonomia das aeronaves. Recentemente diversos trabalhos têm proposto a composição estequiométrica de zirconato de cálcio (CaZrO3) como uma alternativa viável para ambientes severos sujeitos a temperaturas elevadas, corrosão e desgaste. A sua fusão congruente assegura a estabilidade termodinâmica e inércia química, acresce uma condutividade térmica baixa e um coeficiente de expansão térmica similar ao do substrato metálico (por exemplo uma superliga de níquel). Além disso, as propriedades mecânicas deste composto podem ser melhoradas por solução sólida formando compósitos cerâmicos multifásico CaZrO3-MgO. Partindo da mistura equimolar de CaZrO3-MgO obteve-se materiais densos de reduzido tamanho de grão através de sinterização controlada em três condições: 1450ºC – 2h, 1450ºC – 3h e 1500ºC – 2h. A microestrutura destes materiais foi caracterizada através de SEM/EDX e as suas propriedades físicas (densidade e porosidade) e mecânicas (compressão diametral, dureza e tenacidade à fratura) foram comparadas entre si e com a literatura. Os resultados demonstram que uma sinterização a 1500ºC – 2h permite obter materiais densos (~99%), com microestrutura homogénea e propriedades mecânicas similares ou até superiores aos materiais atualmente propostos para TBCs, como por exemplo um Kc de 2,5 MPa.m1/2 (enquanto Si3N4 apresenta 2,0 MPa.m1/2 e Al2O3 indica 2,1 MPa.m1/2). No entanto, os valores de dureza de ~8 GPa são relativamente modestos e a máxima compressão diametral foi de 60 MPa, o que indica um potencial de otimização.