Post on 19-Dec-2018
O que são compósitos ?
FASE MATRIZ
FASE DISPERSA
COMPÓSITO
Compósitos
Fase contínua
• Partículas
• Fibras Contínuas
• Whiskers
• Plaquetas
Matriz Cerâmica
Fase dispersa
CMCs
• alta temperatura de fusão
• alta resistência ao desgaste
• resistência à corrosão e
• resistência à oxidação
• dureza.
fragilidade
Materiaiscerâmicos
CMCs
Propriedades
Atrativas
Propriedade que deve ser observada
Desenvolvimento
Os requisitos básicos para fabricação de um CMCs
Compatibilidade entre os coeficientes de expansão térmica• gerados por gradiente de temperatura
Estabilidade química• poderia haver a formação de um novo composto.
Microestruturas - Exemplos
ZrO2-Al2O3 Si3N4-SiC SiAlON - SiC
• dureza• tenacidade à fratura • fadiga.
Altas temperatura
Temperatura Ambiente
• resistência à oxidação• resistência à corrosão • resistência à fluência • resistência à fadiga térmica.
CMCs
Propriedades Propriedades
PROPRIEDADES ÀTEMPERATURA AMBIENTE
Efeito da adição de segunda fase na Dureza
0 5 10 15 2019,0
19,5
20,0
20,5
21,0
21,5
22,0
22,5
23,0
Har
dnes
s (G
Pa)
SiC content - wt.%
Hot Pressed
0 5 10 15 20 25 301300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
Vick
ers
Har
dnes
s H
V
Al2O3 content (wt%)
1500 0C 1550 0C 1600 0C
Compósito ZrO2-Al2O3 Compósito SiAlON-SiC
Sinterizado entre 1500 e 1600 0C Sinterizado a 17500C
CMCs - Tenacidade à FraturaMaior confiabilidade mecânica
Melhor tenacidade à fratura
Mecanismo de tenacificação - mudança da forma com que a trinca se propaga devido a sua interação com a fase dispersa.
•desvio da trinca•ramificação da trinca•arredondamento da ponta da trinca•compressão das faces da trinca devido à tensão gerada no processo de fabricação•Compressão das faces da trinca devido à tensão gerada por transformações alotrópicas (ex.: ZrO2)
Dessa forma há:•uma redistribuição da tensão na ponta da trinca•aumento da energia necessária para que a trinca continue a se propagar pelo material.
Efeito da adição de segunda fase na Tenacidade à Fratura
0 5 10 15 203,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
Frac
ture
Tou
ghne
ss (M
Pa.m
1/2 )
Hot Pressed
SiC content (wt.%)0 5 10 15 20 25 30
6,46,66,87,07,27,47,67,88,08,28,48,6
Frac
ture
Tou
ghne
ss
(KIC
) - M
Pa m
1/2
Al2O3 content (wt%)
15000C 15500C 16000C
0 5 10 15 20 25 303
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Frac
ture
Tou
ghne
ss (M
Pa.m
1/2 )
SiC whisker content
Si3N4-SiC composite sintered at 1750 C
ZrO2-Al2O3 Si3N4-SiC Si3N4-SiC(W)
PROPRIEDADES À QUENTE
Características que influenciam na resistência à oxidação/corrosão são:
Quantidade de poros
Quantidade de fase dispersa
Quantidade de fase intergranular
Quantidade de fase intergranular
SNCAL – Si3N4 com 5 ou 20% de Y2O3-Al2O3 (forma β-Si3N4 + fase intergranular)
SNCAN – Si3N4 com 5 ou 20% de AlN-Y2O3 (Forma SiAlON)
Características que influenciam na resistência a fluência
Microestruturais (mais importantes)
• deslizamentos de contornos de grão provocam a diminuição da resistência à fluência/fadiga térmica.
• Amolecimento das fases intergranulares.
Dissolução e precipitação
• quando se trabalha a altas temperaturas esse fenômeno pode ocorrer em materiais que apresentem alotropia, pois a fase estável a temperatura ambiente, se dissolve, precipitando-se na fase estável à temperatura de trabalho (caso seja atingida a temperatura de transformação alotrópica)
Por exemplo, compósitos a base de Si3N4
Deslizamento de Contornos de Grão
Desenvolvimento de tensões residuais entre a matriz e o reforço
( ) TE rméaiarr ∆−= αασ
rrmm
rrrmmmmédia VEVE
VEVE++
=ααα
( ) TE mméaiamm ∆−= αασ
α -Coeficiente de expansão térmica
E - Módulo de Elasticidade
V - Fração volumétrica de cada fase
∆T - Variação de temperatura
m – matriz
r - reforço
Superliga a base de Nicoberta com zircônia (TBC thermal Barrier
Coating)