Caracterização de cerâmicas a base de nitreto de silício para aplicações estruturais

Abstract

The need for development of new materials is a natural process in the companies’ technological point of view, seeking improvements in materials and processes. Specifically, among the materials, ceramic exhibit valuable properties, especially the covalent ceramics which have excellent properties for applications which requires the abrasion resistance, hardness, high temperatures, resistence, etc. being a material that has applications in several areas. Most studies are related to improvement of properties, specially fracture toughness that allows the expansion of its application. Among the most promising ceramic materials are silicon nitride (Si3N4) which has excellent properties. The goal of this work was the development and caracterization of Si3N4-based ceramics, doped with yttrium oxide (Y2O3), rar earth concentrate (CTR2O3) and cerium oxide (CeO2) in the same proportion for the evaluation of properties. The powders' mixtures were homogenized, dried and compressed under pressure uniaxial and isostatic. Sintering was carried out in 1850 ⁰C under pressure of 0,1MPa N2 for 1 h with a heating rate of 25 ⁰C / min and cooling in the furnace inertia. The characterizations were performed using Archimedes principle to relative density, weight loss by measuring before and after sintering, phase analysis by X-ray diffraction, microstructure by scanning electron microscope (SEM), hardness and fracture toughness by the method Vickers indentation. The results obtained showed relative density of 97-98%, Vickers hardness 17 to 19 GPa, fracture toughness 5.6 to 6.8 MPa.m1/2, with phases varying from α-SiAlON and β-Si3N4 depending the types of additives used. The results are promising for tribological applications and can be defined according to the types of additives to be used

A necessidade de desenvolvimento de novos materiais é um processo natural no ponto de vista tecnológico das empresas, visando melhorias dos materiais e processos. Especificamente, entre os materiais, os cerâmicos apresentam propriedades importantes, principalmente os cerâmicos covalentes que possuem excelentes propriedades para aplicações onde requer: a resistência à abrasão, dureza, resistência a altas temperaturas, etc. sendo um material que possui aplicações nas mais diversas áreas. Grande parte dos estudos, estão relacionados a melhoria de propriedades, principalmente a tenacidade a fratura que possibilita a ampliação de sua aplicação. Entre os materiais cerâmicos mais promissores está o nitreto de silício (Si3N4), que apresenta excelentes propriedades. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e caracterização de cerâmicas a base de Si3N4, aditivadas com óxido de ítrio (Y2O3), concentrado de terras raras (CTR2O3) e óxido de cério (CeO2) nas mesmas proporções para avaliação das propriedades. As misturas dos pós foram homogeneizadas, secadas e compactadas por pressão uniaxial e isostática. A sinterização foi realizada a 1850 ⁰C sob pressão de 0,1MPa N2 por 1h, com taxa de resfriamento de 25 ⁰C/min e resfriamento na inércia do forno. As caracterizações foram realizadas utilizando principio de Archimedes para densidade relativa, perda de massa pela medida antes e após sinterização, análise das fases por difração de raios-X, microestrutura pelo microscópio eletrônico de varredura (MEV), e dureza e tenacidade à fratura pelo método de indentação Vickers. Os resultados obtidos mostraram densidade relativa de 97 a 98%, microdureza Vickers de 17 a 19 GPa, tenacidade a fratura de 5,6 a 6,8 MPa.m1/2, com fases variando entre α-SiAlON e β-Si3N4 em função dos tipos de aditivos utilizados... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)