A Tecnologia de fabricação de revestimentos cerâmicos

RESUMO

O presente relatório descreve os procedimentos e resultados para o peneiramento e compactação da argila. No peneiramento utilizando uma série de três peneiras consecutivas em uma mesa vibratória por tempo e frequência variáveis. O peneiramento tem objetivo principal, a separação de um material em duas ou mais frações, com partículas de tamanhos distintos para reconhecer o tipo de material e a granulometria a qual se está trabalhando. Depois de feito o peneiramento é feito a compactação, a compactação depende do ensaio granulométrico feito anteriormente. A conformação por compactação dá forma a amostra para depois ser sinterizada.

1. INTRODUÇÃO

As cerâmicas são vários átomos metálicos e não metálicos formando materiais distintos que se prendem uns aos outros através de ligações fortes e fracas. Dentre os principais processos de fabricação das cerâmicas estão a preparação da matéria prima, conformação da peça e sinterização. As cerâmicas após sinterizadas podem ser avaliadas pelas propriedades física e mecânica, procedimentos estes que necessitam de preparo de corpos de prova para ensaios destrutivos e não destrutivos.

O ensaio de granulometria é um processo utilizado para a determinação da percentagem em peso que cada faixa especificada de tamanho de grãos representa na massa total ensaiada. Através dos resultados obtidos desse ensaio, é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, que possui fundamental importância para a classificação do material usado.

A compactação tem uma finalidade de determinar a curva de variação da densidade do pó em função da umidade, para uma dada energia de compactação, confere ao pó um aumento de seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade.

O processo o processo de sinterização na metalurgia pó consiste em aquecer o material a temperatura abaixo do ponto de fusão do material-base, em atmosfera controlada, provocando difusões atômicas que farão com que as propriedades mecânicas da peça aproximem-se das adquiridas através de outras tecnologias mais disseminada.

Realizada, de modo geral, em prensas projetadas exclusivamente para este fim, a etapa de compactação consiste em comprimir a mistura até atingir a forma geométrica, as dimensões e a densidade desejadas.

2.DESENVOLVIMETNO

Os materiais cerâmicos geralmente fundem em altas temperaturas e são frágeis quando submetidos a esforços de tração (PHULÉ E ASKELAND, 2008).

Segundo Vlack (1973), a escolha dos métodos de fabricação de produtos cerâmicos depende da natureza do material e das propriedades exigidas do material. A natureza do material compreende principalmente as interações atômicas presentes no material bruto, as fases físico-químicas, características superficiais e a microestrutura atômica poligranular. As propriedades são as mecânicas, térmicas, elétricas, magnéticas acústicas, óticas, definidas conforme necessidade do projeto. Uma vez definidas as propriedades requeridas do produto final, segundo Phulé e Askeland (2008), o processamento do material cerâmico convencional empregado seguirá, com exceção dos vidros inorgânicos de composição eutética que permitem a fabricação por solidificação, as seguintes etapas:

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Figura 1. Etapas do processamento do pó cerâmico. Adaptado de Phulé e Askeland, 2008.

O processamento de produtos de cerâmica avançada segue, ainda segundo Phulé e Askeland (2008), um processo um pouco mais complexo:

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Figura 2. Técnicas para processamento de cerâmicas avançadas. Adaptado de Phulé e Askeland, 2008.

A primeira etapa do processamento é de síntese do pó cerâmico cujo objetivo é produzir um pó homogêneo e fino (PHULÉ E ASKELAND 2008), conforme aplicação: cerâmicas de alta dureza requerem partículas muito finas (tipicamente <1µm) para atingir uma microestrutura refinada com discordâncias de tamanho mínimo. Refratários geralmente exigem uma distribuição de partículas bimodal ou multimodal que contenham partículas de centenas de microns de diâmetro. Produtos abrasivos por sua vez devem ter partículas disponíveis em diversos tamanhos, cada um segredado em uma faixa de dimensão estreita.  Para atingir tais características, diversas técnicas foram desenvolvidas, listadas na tabela abaixo (RICHERSON, 2005):

Mecânicas	Químicas	Combinadas
Peneiramento	Precipitação	Calcinação
Elutriation (decantação em meio líquido)	Sol-gel	bedRotary kiln fluidizada
Air classification	Liquid mix	Síntese de Combustão
Ball milling	Decomposição
Attrition milling	Freeze drying
Vibratory milling	Hot querosene drying
Turbomilling	Plasma
Fluid energy milling	Laser
Hammer milling	Hidrotérmica
Roll crushing

Tabela 1. Técnicas para obtenção e dimensionamento do pó cerâmico. Adaptado de RICHERSON, 2005.

        O pó proveniente da síntese segue uma terminologia na literatura e indústria de materiais cerâmicos (NORTON, CARTER, 2007): partículas primárias; aglomerados partículas; grãos; flocos; colóides e agregados.

Uma etapa crucial pós síntese e pré compactação é a caracterização dos pós - que se subdivide em granulometria, definição da morfologia e composição - uma vez que o resultado desta caracterização determinará as condições e parâmetros da sinterização posterior. Segundo Carter e Norton (2007), a escolha da técnica de granulometria depende da faixa de tamanho de partícula aplicável, tamanho da amostra requerida, tempo de análise além de fatores de produção como custo do instrumento, disponibilidade, facilidade de operação e manutenção. Os autores resumem diversas técnicas em uma tabela com base no meio, tamanho captável, peso e tempo de análise: