Cerâmicas Porosas Obtidas a Partir de Hidróxidos de ... · percurso, aos meus pais Carlos e...
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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Cerâmicas Porosas Obtidas a Partir de Hidróxidos de Magnésio e Alumínio Aluno: Rafael Alvim Regattieri Orientação: Prof. Dr. Rafael Salomão São Carlos, Julho de 2015
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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Cerâmicas Porosas Obtidas a Partir de
Hidróxidos de Magnésio e Alumínio
Aluno: Rafael Alvim Regattieri Orientação: Prof. Dr. Rafael Salomão
São Carlos, Julho de 2015
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – USP
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS – EESC
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS - SMM
CERÂMICAS POROSAS OBTIDAS A PARTIR DE
HIDRÓXIDOS DE MAGNÉSIO E ALUMÍNIO
São Carlos, Julho de 2015.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia de Materiais (SMM), Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), como parte dos requisitos para conclusão do curso de Graduação em Engenharia de Materiais e Manufatura e na Universidade de São Paulo
Dedico este trabalho antes de tudo a Deus que sempre me guiou durante todo o
percurso, aos meus pais Carlos e Silvia, meu irmão Felipe, meu primo Arthur, minha
madrinha Maristela, aos meus avós Waldemar, Lídia, Norberto e Magdalena. A
todos os meus colegas de classe que também são meus irmãos e ao meu
orientador, Rafael Salomão, mestre e amigo.
Obrigado a todos!
Agradecimentos
A Universidade de São Paulo, a Escola de Engenharia de São Carlos
(EESC/USP) e ao Departamento de Engenharia de Materiais (SMM) e todo o
pessoal de apoio do nosso departamento que tornam possível o nosso trabalho na
melhores condições possíveis, meu muito obrigado.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Rafael Salomão, por toda a ajuda e apoio dado
ao longo do projeto.
A Alcoa Alumínio (Brasil), a Almatis (Brasil e Alemanha), a Magnesita
Refratários SA (Brasil) pela doação das matérias-primas e materiais necessários ao
desenvolvimento dessa pesquisa.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, por
realizar o Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC) e à
FAPESP (2010/19274-5) que tornaram este projeto possível.por meio de seu apoio
financeiro.
Aos técnicos do Departamento de Engenharia de Materiais da EESC-USP,
Silvano, Pedro, Tico e João pela ajuda com os ensaios, procedimentos e por
compartilharem toda a sua experiência comigo.
Aos colegas de laboratório Pedro, César, Lucíola, Adriane e Leandro que me
acompanharam e ajudaram, tanto tecnicamente como com companheirismo, durante
todo o processo.
Resumo
REGATTIERI, R. A. Cerâmicas Porosas Obtidas a Partir de Hidróxidos
de Alumínio e Magnésio. Trabalho de Conclusão de Curso – Escola de Engenharia
de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2014.
Esse trabalho apresenta os resultados do estudo de cerâmicas porosas
obtidas a partir de hidróxido de magnésio e hidróxido de alumínio combinadas em
diferentes proporções em uma matriz de alumina. O objetivo dessa pesquisa foi
entender os mecanismos de formação de poros a partir da combinação de diferentes
proporções dos hidróxidos citados, que tem função porogênica, com alumina. Foram
preparadas diversas suspensões a partir da mistura dos pós cerâmicos. As
suspensões, depois de prontas, foram colocadas em um dispositivo de extrusão
para preparar as macroesferas. As amostras para análise foram preparadas a partir
do processo de gelcasting na presença de alginato de sódio para aglutinar a
suspensão cerâmica. Com várias macroesferas preparadas a partir da combinação
de diferentes proporções volumétricas de alumina com os hidróxidos, as amostras
foram então sinterizadas em diferentes temperaturas para a comparação das
porosidades obtidas em relação à temperatura de queima, a partir do princípio de
Arquimedes. Verificou-se que a composição da estrutura porosa é de grande
importância para manutenção dos poros em alta temperatura. As composições mais
porosas foram aquelas onde houve a formação da fase espinélio (MgAl2O4) e
espinélio com excesso de alumina. Esse efeito está associado à dificuldade
intrínseca que esse material tem em densificar. Em seguida, foram preparadas
estruturas cerâmicas formadas pelas macroesferas porosas dispersas em uma
matriz densa de alumina ligada com alumina hidratável (ligante inorgânico).
Verificou-se que tais estruturas apresentaram boa homogeneidade sem presença de
trincas ou outros defeitos.
Palavras-Chave: microestrutura cerâmica, gelcasting, porosidade, macroesferas.
Abstract
REGATTIERI, R. A. Cerâmicas Porosas Obtidas a Partir de Hidróxidos
de Alumínio e Magnésio. Trabalho de Conclusão de Curso – Escola de Engenharia
de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2014.
This work presents results of porous ceramic study btained from magnesium
and aluminum hydroxide combined in different proportions wtih an alumina matrix.
The objective of this research was to understand pore forming mechanisms from
different combination proportions of hydroxides cited, which has porogênic function
with alumina. Several suspensions were prepared with this ceramic powders. The
suspensions after ready, were placed in an extruder to prepare BEADS. Samples for
analysis were prepared from gelcasting process made in the presence of sodium
alginate to bind the ceramic suspension. With several BEADS prepared from the
combination of different volumetric proportions of alumina hydroxides, samples were
sintered at different temperatures to compare the porosities obtained in relation to the
firing temperature using the Archimedes method. It was found that the composition of
the porous structure is very important for the maintenance of pores for high
temperature. The compositions with more porous were those where there was the
formation of spinel phase (MgAl2O4) and spinel with excess alumina. This effect is
associated with the intrinsic difficulty that this material has to densify. Then, the
porous ceramic structures were formed with BEADS spread and dispersed in a
dense alumina matrix made by hydratable alumina (inorganic binder). It was found
that such structures showed good homogeneity without the presence of cracks or
other defects..
Keywords: Ceramics microstructure, gelcasting, porosity, (BEADS).
Lista de Figuras
Figura 1: Distribuição X Dispersão (SALOMÃO, 2012) ............................................. 23 Figura 2: (a) Gráfico típico de CPFT (esquerda) e (b) PSD (direita) (SALOMÃO,
2012) ......................................................................................................................... 24 Figura 3: Representação do método da decomposição de compostos inorgânicos
hidroxilados ou carbonatados para produção de cerâmicas macroporosas
(SALOMÃO, 2012). ................................................................................................... 26 Figura 4:Diagrama de equilíbrio do sistema MgO-Al2O3 (fonte:
http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=Al-Mg-O_MgO-
Al2O3.jpg&dir=FToxid) .............................................................................................. 28 Figura 5: Hélice utilizada nos testes de avaliação do comportamento reológico das
suspensões cerâmicas contendo ligantes poliméricos (elaborada pelo autor), ......... 32 Figura 6:Exemplo do programa de dispersão com a) rotação constante de modo a
avaliar b) o efeito de cada adição do dispersante ao sistema. (elaborada pelo autor)
.................................................................................................................................. 33 Figura 7:Exemplo do a) programa de rotação imposto pelo equipamento, b) leitura
dos valores de torque requeridos e c) valores médios de torque em função da
rotação. ..................................................................................................................... 34 Figura 8:Esquema do mecanismo de gotejamento da suspensão de alumina
contendo alginato de sódio em solução coagulante, Ca(NO3)2. (elaborada pelo
autor). ........................................................................................................................ 37 Figura 9:Molde utilizado para produzir a peça cerâmica (elaborada pelo autor) ....... 38 Figura 10:Determinação do teor ideal de DAC na suspensão de alumina pura e com
diferentes teores de alginato de sódio. ...................................................................... 41 Figura 11:Potencial zeta para a) Al2O3 e b) Al(OH)3 na presença dos dispersantes
DAC e PCE-2. ........................................................................................................... 42 Figura 12:Representação esquemática do mecanismo de adsorção das moléculas
de PCE-2 na superfície das partículas cerâmicas. .................................................... 42 Figura 13:Determinação do teor ideal PCE-2 nas suspensões de alumina e hidróxido
de alumínio. ............................................................................................................... 43 Figura 14:Macroesferas (aproximadamente 1 mm de diâmetro) produzidos por
extrusão..................................................................................................................... 44 Figura 15:Comparação das porosidades tendo Al(OH)3 como agente porogênico. . 45 Figura 16:Comparação das porosidades tendo o Mg(OH)2 como agente modificador.
.................................................................................................................................. 46 Figura 17:Peça desmoldada após secagem (verde) ................................................. 47 Figura 18:Observação da seção transversal da peça ............................................... 49 Figura 19: Observação da seção longitudinal da peça .............................................. 49
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Proporções volumétricas para preparação das microesferas com
Al(OH)3.........................................................................................................................35
Tabela 2 - Proporções volumétricas para preparação das microesferas com
Mg(OH)2.....................................................................................................................35
Tabela 3: Características das matérias-primas utilizadas.(*Almatis,
EUA)...........................................................................................................................39
Sumário
Agradecimentos .......................................................................................................... 9
Resumo ..................................................................................................................... 11
Abstract ..................................................................................................................... 13
Sumário ..................................................................................................................... 19
1. Introdução ........................................................................................................... 21
1.1. Objetivos: ..................................................................................................... 22
2. Revisão Bibliográfica .......................................................................................... 23
2.1 Distribuição, Dispersão de Suspensões e Potencial Zeta (ζ): ...................... 23
2.2 Distribuição de Tamanho de partícula: ......................................................... 24
2.3 Preparação de Cerâmicas Porosas.............................................................. 25
2.4 Gelcasting .................................................................................................... 28
2.5 Sinterização ................................................................................................. 29
3. Materiais e Métodos............................................................................................ 31
3.1-Caracterização das matérias-primas ............................................................... 31
3.2-Dispersão das suspensões: ............................................................................. 31
3.3-Preparação das suspensões para o gotejamento das macroesferas .............. 35
3.4-Gotejamento das macroesferas: ...................................................................... 36
3.5-Caracterização da Porosidade: ........................................................................ 37
3.6-Preparação da suspensão da matriz: .............................................................. 38
3.7-Preparação das peças: .................................................................................... 38
4. Resultados e Discussão ..................................................................................... 39
4.1-Caracterização das matérias-primas: .............................................................. 39
4.2-Dispersão das suspensões: ............................................................................. 39
4.3- Gotejamento das Macroesferas: ..................................................................... 44
4.4-Porsidade: ........................................................................................................ 45
4.5-Macroestruturas: .............................................................................................. 47
4.6-Observação das Peças: ................................................................................... 48
5. Conclusões ......................................................................................................... 51
6. Referências Bibliográficas .................................................................................. 53
21
1. Introdução
Cerâmicas porosas têm sido bastante estudadas devido ao seu grande
campo de aplicação como isolantes térmicos em processos industriais que envolvam
geração, troca ou manutenção de calor. Esse bom desempenho se explica pelo fato
desses materiais combinarem a baixa condutividade térmica dos materiais porosos
com a refratariedade das cerâmicas.
Um ponto que ainda necessita aprimoramento e estudo em relação a seu
desempenho, é a manutenção da capacidade de isolamento térmico em
temperaturas elevadas (acima de 1300ºC). Nesses casos, a densificação promovida
pela sinterização, reduz a quantidade de poros, comprometendo o desempenho do
material. A sinterização é o fenômeno que envolve a união, das partículas
empacotadas, a partir de diversos mecanismos, tendo como consequências a
redução dos níveis de porosidade, o aumento na resistência mecânica e retração.
Como alternativa para minimizar esse problema inerente da sinterização,
neste trabalho, foram preparadas diferentes combinações de alumina (Al2O3),
hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) e hidróxido de alumínio (Al(OH)3), com a finalidade
de encontrar proporções que podem simultaneamente gerar poros (hidróxidos de
magnésio e alumínio após sua decomposição) e formar compostos resistentes à
densificação.
Trabalhos na literatura indicam que a preparação de estruturas porosas a
base de espinélio (MgAl2O4) apresentam boa resistência à densificação devido à
inerente dificuldade de sinterização que este composto apresenta. Isso ocorre
devido à expansão volumétrica que acompanha a formação deste composto e ao
fato de ele formar soluções sólidas (com excesso de Al2O3 ou MgO) em uma
extensa faixa de composição e temperatura (favorecendo assim crescimento de grão
em detrimento da sinterização). Embora esse efeito possa causar danos mecânicos
em cerâmicas densas, pode ter grande aplicação tecnológica em estruturas porosas
para isolamento térmico em alta temperatura.
Com o objetivo de minimizar a formação de fases de baixa refratariedade,
voláteis tóxicos e conferir resistência mecânica à verde, agentes ligantes orgânicos
22
têm sido utilizados no lugar de compostos inorgânicos. Destaca-se entre eles o
polímero natural alginato de sódio, proveniente da extração do ácido algínico de
algas marinhas marrons, disponível comercialmente como um sal de alginato,
geralmente de sódio.
1.1. Objetivos:
O trabalho tem como objetivo obter estruturas porosas, com porosidades
acima de 50% em temperaturas de sinterização elevadas (1500ºC) e que sejam
resistentes à densificação.
A obtenção dessas estruturas deve ser feita via consolidação por gelcasting e
queima em diferentes temperaturas.
Por fim deseja-se incorporar as macroesferas em uma matriz densa de
alumina.
23
2. Revisão Bibliográfica
2.1 Distribuição, Dispersão de Suspensões e Potencial Zeta (ζ):
Um dos meios mais utilizados para a preparação de peças cerâmicas é a
moldagem de suspensões aquosas, onde a aglomeração e a decantação das
partículas são evitadas com o uso de dispersantes ou defloculantes (GALASSI,
2006). A Figura X a seguir exemplifica os mecanismos de distribuição e dispersão de
partículas em uma suspensão aquosa:
Figura 1: Distribuição X Dispersão (SALOMÃO, 2012)
Uma suspensão estável deve combinar a presença dos dois fatores, a
distribuição espacial das partículas e sua dispersão para reduzir o número de
aglomerados. Para conseguir essas características, necessita-se entender o
conceito de potencial zeta (ζ). O PZ pode ser definido de forma geral como a
resultante das cargas elétricas positivas e negativas no plano de cisalhamento da
dupla camada que envolve as partículas em suspensão. O pH no qual o potencial
zeta (ζ) é nulo é chamado de ponto isoelétrico. Neste pH, a repulsão entre as
partículas é mínima e a suspensão flocula, resultando em um fluido muito viscoso.
No entanto, se o pH da suspensão estiver suficientemente distante do ponto
isoelétrico, ela poderá se manter dispersa e com baixa viscosidade, o que facilita,
por exemplo a extrusão da suspensão.
24
Para que a dispersão ocorra, é necessário que seja alcançada uma condição
de equilíbrio entre as forças de atração e repulsão entre as partículas e a força de
gravidade. A função do dispersante é evitar aglomerações de partículas, o que pode
ser conseguido tornando-as eletricamente carregadas. Para isso modifica-se o pH
da suspensão adicionando-se uma base (OH- ) ou um ácido (H+ ). Quando as
cargas das partículas são idênticas, há uma repulsão eletrostática entre elas. Se
estas forças são suficientes para superar a atração de van der Waals, o sistema
ficará bem disperso. (OLIVEIRA, 2000). Uma suspensão bem dispersa mostra um
comportamento próximo ao newtoniano, em contraste com a floculada, que tem um
comportamento pseudoplástico. (SCHRAMM, 2006). Esse comportamento
newtoniano é o que é desejado para a manufatura da suspensão.
2.2 Distribuição de Tamanho de partícula:
Durante a caracterização das matérias-primas, é necessário conhecer qual o
tamanho das partículas que serão usadas e como elas se distribuem. A distribuição
do tamanho de partícula é muito importante para mecanismos como, por exemplo, o
empacotamento. Uma ferramenta que ajuda a entender a distribuição de partícula é
o gráfico de CPFT (Cumulative perfcent finer than, Figura 2a). Essa curva mostra as
informações sobre como é a distribuição de tamanho das partículas na matéria-
prima, relacionando o tamanho com a distribuição da amostra estudada e
comparando os diâmetros das partículas.
Figura 2: (a) Gráfico típico de CPFT (esquerda) e (b) PSD (direita) (SALOMÃO, 2012)
25
Sendo assim, valores típicos são importantes para essa análise, o D50 e o D90.
O D50 mostra que 50% da população é menor do que esse diâmetro de partícula,
pode-se entender essa informação como o tamanho médio das partículas, e o D90
mostra que 90% das partículas são menores do que o diâmetro analisado, logo essa
informação apresenta o valor máximo da população.
A outra curva que auxilia essa análise é a curva típica de distribuição de
tamanho de partícula (particle size distribution, PSD, Figura 2b). Esse gráfico deve
ser analisado em conjunto com o do CPFT, como a Figura 2 nos mostra, a curva
PSD nos dá a informação de como os tamanhos estão distribuídos, e tem o formato
típico de uma curva gaussiana.
2.3 Preparação de Cerâmicas Porosas
Estruturas cerâmicas macroporosas são definidas como aquelas formadas
por um sistema bifásico contendo uma matriz cerâmica densa, formada por um meio
contínuo, e uma fase porosa (mínimo de 50 %volume) com tamanho médio de poros
(DP) acima de 50 nm. (STUDARD et al, 2006). Essas estruturas podem ser obtidas a
partir de uma ampla variedade de métodos, levando a um grande número de
possibilidades em relação à quantidade, geometria e distribuição de tamanho de
poros. Para o caso desse trabalho, onde a preparação dos materiais foi feita por via
de suspensões com compostos inorgânicos hidroxilados, a discussão será
concentrada nesse método e em como ocorre a decomposição desses compostos.
No método da decomposição de compostos inorgânicos hidroxilados, essas
partículas (por exemplo, argilas, Al(OH)3, Mg(OH)2, CaCO3, entre outros possíveis)
são introduzidas na matriz cerâmica durante a mistura das suspensões.(DENG,
FUKASAWA, ANDO, 2001). A Figura 3 apresenta o esquema do mecanismo de
formação de poro por decomposição de hidróxidos durante a sinterização.
26
Matriz de Al2O3
a) Após a consolidação b) Durante a calcinação
Composto hidroxilado ou
carbonatado (Ex.: Al(OH)3)
Compostos de transição (Ex.: -
Al2O3): retração volumétrica,
alta área superficial e
porosidade intrapartícular
c) Início da sinterização d) Fim da sinterização
• Compostos de transição: redução da
área superficial, formação de fases
mais estáveis (Ex.: -Al2O3)
• Matriz densa: contração volumétrica
• Matriz densa +
porosidade residual
Figura 3: Representação do método da decomposição de compostos inorgânicos hidroxilados ou carbonatados para produção de cerâmicas macroporosas (SALOMÃO, 2012).
Durante o aquecimento inicial, dois mecanismos principais são responsáveis
pela geração de poros; uma fração da porosidade ocorre por conta da contração
volumétrica decorrente da decomposição dos compostos inorgânicos hidroxilados,
por exemplo, o Al(OH)3, liberando o espaço ao redor das partículas (Figura 3b). As
outras porções de poros formados vêm da elevada quantidade de defeitos, trincas e
irregularidades superficiais observados na superfície das partículas do material
recém-decomposto.(SALOMÃO, VILLAS-BÔAS, PANDOLFELLI, 2011).
Continuando o aquecimento, as fases de transição se estabilizam (Figura 3c),
diminuindo sua área superficial. Alguns cuidados são necessários para se utilizar
esse método; as rampas de aquecimento devem ser suaves e cuidadosas para
evitar a pressurização da estrutura na hora da saída do vapor de água, e a escolha
racional dos compostos hidroxilados ou carbonatados para que não haja formação
de fases de baixo ponto de fusão devido a reações com a matriz densa.
Comparados à outros métodos, este apresenta menor preocupação com
liberação de compostos voláteis tóxicos, isso porque trata-se de compostos
27
inorgânicos e, devido à sua natureza sólida, estável e pouco reativa, podem ser
facilmente incorporados em diversas matrizes cerâmicas (inclusive concretos
refratários isolantes), utilizando-se os mesmos sistemas de dispersão e de ligantes.
(SALOMÃO, 2012).
Estruturas porosas obtidas a partir de óxido e hidróxido de alumínio
(respectivamente, Al2O3 e Al(OH)3) tem forte apelo tecnológico pela facilidade de
processamento que apresentam (mesmas condições de dispersão e ausência de
fases de baixa refratariedade) e por seu baixo custo. .(DENG, FUKASAWA, ANDO,
2001). Durante sua decomposição (250-400ºC), o hidróxido de alumínio (HA) sofre
uma contração volumétrica de aproximadamente 60%, gerando poros com
dimensões da ordem de 100 nm a 10 nm (SALOMÃO, VILLAS-BÔAS,
PANDOLFELLI, 2011). A combinação desses elementos pode gerar estruturas com
porosidade entre 50-80 %, após sinterização a 1000-1100ºC, variando-se o teor de
HA adicionado à formulação.
No entanto, quando a temperatura de sinterização ultrapassa esses valores,
há uma significativa redução de porosidade que ocorre mais intensamente nas
amostras com maior teor de Al(OH)3. Essa redução está associada à sequência de
transformações de fases que acompanha a decomposição do hidróxido de alumínio
(ZHOU R., SNYDER, R.L, 1991). Acima de 1000ºC a formação de partículas muito
pequenas de α- Al2O3 provenientes da decomposição do HA aumentam
significativamente a força motriz para a sinterização, o que por sua vez reduz a
porosidade.
Outros trabalhos apontam soluções para minimizar a forte tendência à
sinterização nesses casos. Um dos métodos avaliados na literatura, que apresentam
sucesso quando as cerâmicas são expostas por longos períodos de tempo a altas
temperaturas, é o uso de partículas de hidróxido de alumínio com menor área
superficial. (SHAN, CHOKSHI, RAJ, 2008). Essa substituição atrasa a formação da
α- Al2O3, diminuindo assim a força motriz para sinterização. Outros trabalhos
investigaram a introdução de elementos que dificultem a sinterização e a conversão
da alumina de transição em alumina alfa, como por exemplo, a combinação com
MgO (SALOMÃO, 2012).
28
Na medida em que o aquecimento do material contendo MgO prossegue, a
sua combinação com Al2O3 começa a gerar espinélio (MgAl2O4) por volta de
1200ºC, ao longo da região em que os ocorreu a formação de poros. Por se tratar de
um composto tipo solução sólida, com ampla faixa de solubilidade na faixa de
temperatura de trabalho (900-1994ºC) (Figura 4) e apresentar uma significativa
expansão volumétrica no momento de sua formação, o espinélio possui forte
tendência a crescimento de grãos e baixa força motriz para sinterização e
densificação, o que garante uma melhor estrutura porosa.( BAYLEY J.T., RUSSEL
JR, 1968).
Fração molar (Al2O3/(Al2O3 + MgO)
Te
mp
era
tura
(°C
)
Figura 4:Diagrama de equilíbrio do sistema MgO-Al2O3 (fonte: http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=Al-Mg-O_MgO-Al2O3.jpg&dir=FToxid)
2.4 Gelcasting
A investigação e desenvolvimento de processos e técnicas inovadoras para a
fabricação de componentes cerâmicos avançados e sua aplicação estratégica, é
esforço de cientistas e engenheiros ao redor do mundo.
A conformação de geometrias complicadas com microestrutura homogênea é
o principal objetivo a ser alcançado, a fim de minimizar o custo de fabricação e
otimizar as propriedades do produto final.(RANJITH KUMAR, 2007). O esforço
contínuo nesta área resultou em uma infinidade de técnicas de conformação de
29
componentes, desde o preenchimento convencional dos moldes até técnicas de
preenchimento diretas, como a técnica do gelcasting, que faz uso das propriedades
inerentes de suspensões cerâmicas densas para transformar-se num gel.
O gelcasting foi inicialmente desenvolvido por Omatete (OMATETE ET AL,
1991) e baseia-se nos conceitos derivados da conformação cerâmica tradicional e
da formação e química de polímeros. Gelcasting consiste em preparar uma
suspensão cerâmica com uma alta fração de sólidos combinado com uma solução
de monômero orgânico em um molde não poroso para que a rede polimérica deja
formada in-situ para manter as partículas de cerâmica em conjunto conferindo
resistência mecânica à peça verde. (JANNEY ET AL, 1998).
O uso dessa técnica é importante para a pesquisa, porque ela, além de
permitir o gotejamento da suspensão, ela confere resistência mecânica à verde para
as macroesferas, o que é muito importante para a caracterização do material.
2.5 Sinterização
A sinterização é um processo que ocorre espontaneamente na natureza, onde
partículas que possuem contato mútuo, sob a ação de temperatura, tende a se
transformar em um corpo íntegro e de maior resistência. Sua força motriz é a
diminuição da energia que o sistema de partículas tem em excesso. A superfície das
partículas é uma região de alta concentração de defeitos estruturais e de ligações
rompidas (alta energia). Em relação ao interior da estrutura cristalina, a energia de
superfície é muito maior, e é justamente essa possibilidade de diminuir sua energia
total que leva o sistema a criar as ligações a partir da adição de calor, levando à
sinterização.
30
31
3. Materiais e Métodos
3.1-Caracterização das matérias-primas
Alumina calcinada (CT3000SG, Almatis, EUA) e hidróxido de alumínio
precipitado (Hydral 710, Almatis, Germany) foram utilizados como partículas
cerâmicas. O polímero alginato de sódio (Labsynth, Brasil), foi utilizado como agente
ligante para gelcasting. Para o sistema com o alginato de sódio foi empregado o
citrato de amônio dibásico (DAC, Labsynth, Brasil) como dispersante, pois este
componente não interfere significativamente na complexação do polímero em
solução polivalente.
Para os pós de alumina e hidróxido de alumínio foram avaliados: distribuição e
tamanho de partícula (medição do D50/D90 no, DT-1202, Dispersion Technology
Inc, USA), potencial Zeta e área superficial específica (método BET de adsorção de
nitrogênio, Nova 1200e, Quantachrome Instruments,USA). Para a medida de área
superficial e densidade (feita pela técnica de picnometria de Hélio, Ultrapyc 1200e,
Quantachrome Instruments,USA) as amostras foram aquecidas a 150ºC, por 60
minutos, em vácuo, para remoção de umidade adsorvida.
3.2-Dispersão das suspensões:
Testes para medir a viscosidade de suspensões cerâmicas geralmente são
feitos em viscosímetros ou em reômetros rotacionais. Neste trabalho, o estudo do
comportamento reológico das suspensões teve dois objetivos principais: i)
determinar tipo e teor ideal de dispersante para cada sistema e ii) verificar se esse
dispersante seria compatível com o polímero utilizado como ligante no processo de
gelcasting. Nos testes convencionais em viscosímetros, uma suspensão sem
dispersantes é inicialmente preparada e, à medida que alíquotas de dispersante vão
sendo introduzidas na mistura, amostras são retiradas e testadas em relação à sua
viscosidade em certa taxa de cisalhamento constante. Considerando suspensões de
elevada concentração de sólidos e com polímeros dissolvidos, que elevam
32
consideravelmente a viscosidade do sistema, esse tipo de ensaio intermitente
apresenta vários fatores de erro, como por exemplo, perda de material entre uma
amostra e outra, secagem da água na suspensão base, presença de impurezas,
entre outros.
Devido a esses pontos, neste projeto um método alternativo e contínuo foi
desenvolvido a partir de trabalhos encontrados na literatura sobre comportamento
reológico de concretos refratários. O método utiliza uma hélice especial com projeto
adequado para aprimorar a qualidade da mistura, impedir formação de aglomerados
e simultaneamente, maximizar o sinal de torque (a hélice que foi desenvolvida neste
trabalho e é apresentada na Figura 5). A hélice é acoplada em um misturador
mecânico instrumentado (PowerVisc, Ika, Germany) que, acoplado a um
computador, registra a rotação imposta e o torque correspondente para mantê-la
(taxa de coleta de 2 pontos por segundo, Figura 6).
Eixo cilíndrico:
• 10 mm de diâmetro
• 20 cm de comprimento
25 mm
60 mm
1 cm
1 mm
60 mm
Figura 5: Hélice utilizada nos testes de avaliação do comportamento reológico das suspensões cerâmicas contendo ligantes poliméricos (elaborada pelo autor),
33
Foi preparada uma suspensão base (36 %volume de Al2O3 ou Al(OH)3) sem
dispersante que foi colocada sob agitação no misturador, sob rotação constante (400
rpm, Figura 6a). Após um minuto para homogeneização, alíquotas de dispersante
foram sendo adicionadas à suspensão e em cada passo os valores de torque
impostos pelo equipamento foram registrados (Figura 6b). Após a coleta dos dados,
foi feita uma curva dos valores médios de torque para cada intervalo em função do
teor de dispersante adicionado. O teor ideal de dispersante foi determinado pelo
ponto mínimo de torque ou com o valor máximo de dispersante a partir do qual não
se verifica variações significativas de torque.
0
100
200
300
400
500
0 30 60 90 120 150 180 210 240
0
3
6
9
12
0 30 60 90 120 150 180 210 240
Tempo (s)
Ro
taçã
o (
rpm
) T
orq
ue
(N
.cm
)
a)
b)Adição de dispersante
Homogeneização
Figura 6:Exemplo do programa de dispersão com a) rotação constante de modo a avaliar b) o efeito de cada adição do dispersante ao sistema. (elaborada pelo autor)
Uma vez realizado o teste com a suspensão de alumina sem ligante, o
alginato foi adicionado e o teste repetido nas mesmas condições para verificar sua
influência na dispersão.
Para acompanhar o comportamento reológico das suspensões em função do
teor de polímero ligante, ciclos de cisalhamento foram realizados variando-se a
34
rotação do equipamento (50-600 rpm, Figura 3a). Após o teste, os valores médios de
torque (Figura 7b) foram representados em função da rotação criando uma curva
similar às curvas tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento
convencionais (Figura 7c). Como os testes foram conduzidos em condições fora do
regime estacionário laminar, a curva torque versus rotação fornece um indicativo da
viscosidade do sistema.
0
4
8
12
16
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420
0
100
200
300
400
500
600
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420
Tempo (s)
Rota
ção (
rpm
) T
orq
ue (
N.c
m)
0
2
4
6
8
0 100 200 300 400 500 600
Torq
ue (
N.c
m)
Rotação (rpm)
a)
b)
c)
Aum
ento
RPM
Dim
inuição RPM
Aumento
RPM
Dim
inuição RPM
Aumento RPM
Diminuição RPM
Figura 7:Exemplo do a) programa de rotação imposto pelo equipamento, b) leitura dos valores de torque requeridos e c) valores médios de torque em função da rotação.
35
3.3-Preparação das suspensões para o gotejamento das macroesferas
Foram preparadas várias suspensões contendo diferentes teores dos
hidróxidos de alumínio e de hidróxido de magnésio tendo a alumina como elemento
base. Para as microesferas contendo alumina e hidróxido de alumínio foram
preparadas 5 proporções volumétricas diferentes que estão descritas na tabela a
seguir:
Tabela 1: Proporções volumétricas para preparação das microesferas com Al(OH)3.
Para as microesferas com alumina e hidróxido de magnésio foram preparadas 4
diferentes suspensões envolvendo esses componentes em diferentes proporções
Tabela 2
Tabela 2: Proporções volumétricas para preparação das microesferas com
Mg(OH)2.
Na proporção de 50-50 v% é onde ocorre a formação de espinélio.
36
Todas as suspensões são preparadas em uma proporção em massa de 72% de
H2O, 1% de dispersante DAC e 0,1% de Tensiol 86, junto com 26% de solução de
alginato, contendo 5,5% em massa de alginato (em pó).
3.4-Gotejamento das macroesferas:
A suspensão contendo o polímero foi colocada em uma seringa de 10 ml, com
agulha de 0,5 mm de diâmetro e 1 cm de comprimento. A seringa foi, então,
conectada a um compressor de ar, operando a uma pressão constante de 20 kN.m-
2. A mistura foi gotejada em uma solução coagulante 0,1 M de Ca(NO3)2 (Labsynth,
Brasil). A presença dos íons Ca2+ induz a formação de ligações intermoleculares
fortes entre as cadeias de alginato, restringido a mobilidade das partículas sólidas e
preservando sua forma esférica. Detalhe do processo pode ser observado na Figura
8.
As esferas permanecem em contato com solução coagulante por cerca de 40
minutos Após esse período, as amostras foram então removidas da solução
coagulante, lavadas em água exaustivamente até remoção dos íons cálcio,
deixadas por 24 h em etanol absoluto, para que a água residual fosse removida,
então são secas a 80ºC por 24h e sinterizadas. No caso as esferas foram
sinterizadas em diferentes temperaturas a fim de se comparar as porosidades
obtidas.
37
3.5-Caracterização da Porosidade:
A porosidade aparente (PA) foi medida utilizando-se o princípio de
Arquimedes (ASTM C373), utilizando-se etanol como fluido de imersão. As amostras
secas foram inicialmente pesadas (MSeca) e colocadas em recipiente com etanol, sob
vácuo, durante 1 h. Após esse período, o vácuo foi desligado e o material
permaneceu imerso por 24 h. Em seguida, utilizando-se uma balança com acessório
para pesagem imersa, a massa das esferas foi medida dentro do etanol (MImersa) e,
após secagem com papel-toalha, pesadas novamente (MSaturada). O valor da
porosidade aparente é dado pela expressão 1
PA (%) = 100% x (MSaturada – MImersa)/(MSaturada – MSeca) (1)
Moléculas de Alginato de Sódio dissolvidas na suspensão
Suspensão de Al2O3 + Alginato de Sódio
Solução coagulante -Ca(NO3)2
20 kN.m-2
Partículas de Al2O3
Esfera porosa de alumina consolidada
Figura 8:Esquema do mecanismo de gotejamento da suspensão de alumina contendo alginato de sódio em solução coagulante, Ca(NO3)2. (elaborada pelo autor).
38
3.6-Preparação da suspensão da matriz:
Foi preparada uma suspensão contendo 79,09 %massa de alumina calcinada
(E-SY 1000, Almatis, Alemanha), 2,37 %massa de cimento de aluminato de cálcio
(CAC, CA270, Almatis, Holanda) e 18,54 %massa de água destilada. Misturou-se a
alumina calcinada com a água, o dispersante LA (0,08 %massa de pó seco) e o
antiespumante Tensiol 86 (1 gota a cada 50 g de pó seco). Depois de retirar a
suspensão do moinho, ela foi misturada com o CAC, que tem com função conferir
maior resistência mecânica à mistura.
3.7-Preparação das peças:
As macroesferas impregnadas com água (verdes) foram adicionados à matriz
de alumina já com CAC. Esta mistura foi colocada no molde (Figura 9) e mantida a
50ºC em ambiente saturado de umidade para completar a hidratação do cimento,
por 24 horas. Após esse período, as amostras foram desmoldadas e mantidas em
ambiente ventilado a 50ºC, por 24 horas.
Figura 9:Molde utilizado para produzir a peça cerâmica (elaborada pelo autor)
2 cm
7 cm
39
4. Resultados e Discussão
4.1-Caracterização das matérias-primas:
Na Tabela 3, encontram-se os valores medidos de área superficial e
densidade.
Tabela 3: Características das matérias-primas utilizadas.(*Almatis, EUA)
4.2-Dispersão das suspensões:
Para as suspensões contendo alginato de sódio como ligante foram testados
dois dispersantes, o DAC e o PCE-2. O hidróxido de alumínio não foi testado com o
DAC, pois testes preliminares mostraram que a solução resultante apresenta
Alumina*Valores
Típicos / Medidos
Mg(OH)2
Área superficial específica (BET, m2.g-1)
7,5 / 7,2 18
Densidade (g.cm-3) 3,90 / 3,95 2,4
Tamanho de Partícula (D50, μm)
0,5 / 0,61 0,54
Tamanho de Partícula (D90, μm)
2 / 0,95 1,24
Impurezas
Na2O (%) 0,08 0,01
Fe2O3 (%) 0,02 0,001
SiO2 (%) 0,03 0,001
CaO (%) 0,02 0,005
MgO (%) 0,07 -
40
elevada viscosidade e tensão de escoamento. Com base neste dado definiu-se que
para qualquer composição contendo hidróxido de alumínio seria utilizado apenas o
PCE-2 como dispersante.
A adição de um dispersante a uma suspensão de alumina permite uma maior
quantidade e regularidade na distribuição de cargas superficiais, podendo provocar
uma redução significativa de viscosidade, para uma mesma concentração de
sólidos. O DAC foi utilizado, pois possui uma alta densidade de carga e o tamanho
da cadeia da molécula de citrato dissociada é apropriado para elevados valores de
fração volumétrica de sólidos. A Figura 10 mostra o indicativo do efeito da
quantidade de DAC no indicativo de viscosidade (curva torque x RPM) de
suspensões 36 %volume alumina com e sem a presença do alginato de sódio (em
ambos os casos o pH da suspensão é de aproximadamente 9,5). Verificou-se que o
torque necessário para manter a rotação constante de 400 rpm diminuiu
significativamente com a adição de DAC, atingindo seu valor mínimo para um teor
igual a 0,28 mg DAC/m2 Al2O3 (0,20 %peso de DAC) (resultados similares podem
ser encontrados na literatura). Com um excesso de DAC, a viscosidade das
suspensões volta a aumentar e pode ser atribuída à redução da eficiência de
adsorção dos íons citrato na alumina e ao aumento na força iônica do líquido. Como
conseqüências, a interações entre as partículas se tornam mais fortes e a
viscosidade do sistema aumenta. Embora os níveis de torque sejam maiores com
adição de alginato, o ponto de dispersão otimizada não se alterou. Esse fato indica
que, além de atuar favoravelmente como dispersante, o DAC também apresenta
elevada compatibilidade com o alginato.
41
0
15
30
45
60
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
mg DAC/ m2 Al2O3
To
rqu
e (
400
rp
m, N
.cm
) Al2O3 pura
0,45 %peso Alginato de sódio
0,9 %peso Alginato de sódio
0
15
30
45
60
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Al2O3 pura
0.45%peso Alginato
0,9%peso Alginato
Teor ideal (0,28 mg/m2)
Figura 10:Determinação do teor ideal de DAC na suspensão de alumina pura e com diferentes teores de alginato de sódio.
O bom desempenho do DAC nas partículas de alumina pode ser explicado
pelos resultados apresentados na Figura 11a. Esse efeito baseia-se principalmente
no aumento de cargas na superfície das partículas e, consequentemente, no
aumento das forças repulsivas da dupla camada. O DAC altera o ponto isoelétrico
das partículas de Al2O3 e Al(OH)3 para valores de pH 3,9 e 4,3, respectivamente.
O PCE-2 foi testado como dispersante, pois é apropriado para dispersão e
também para defloculação de outros materiais cerâmicos, como por exemplo,
cimento Portland, cimento de aluminato de cálcio, carbonato de cálcio, entre outros.
O princípio deste dispersante depende de forças repulsivas eletrostáticas e
estéricas, que se tornam efetivas após a adsorção das moléculas de PCE na
superfície das partículas (Figura 12).
42
-160
-120
-80
-40
0
40
80
Al2O3 pura
Al2O3 + DAC
Al2O3 + PCE-2
-160
-120
-80
-40
0
40
80
0 2 4 6 8 10 12 14
Al2O3 pura
Al2O3 + DAC
Al2O3 + PCE2
-160
-120
-80
-40
0
40
80
0 2 4 6 8 10 12 14
Al(OH)3 pura
Al(OH)3 + DAC
Al(OH)3 + PCE-2
-160
-120
-80
-40
0
40
80
0 2 4 6 8 10 12 14
Al2O3 pura
Al2O3 + DAC
Al2O3 + PCE2
pH
Pote
ncia
l Z
eta
(m
V)
Pote
ncia
l Z
eta
(m
V)
a)
b)
pH da suspensão (8,7)
Figura 11:Potencial zeta para a) Al2O3 e b) Al(OH)3 na presença dos dispersantes DAC e PCE-2.
-
-
---
--
--
-
-
---
--
--
- -
--
-
-
-
---
-- --
----
--
--
--
------
- -
--
-
-
-
---
-- --
----
--
--
--
------
- -
--
-
-
-
---
-- --
----
--
--
--
------
- -
--
-
-
-
---
-- --
----
--
--
--
------
- -
--
-
-
-
---
-- --
----
--
--
--
------
Adsorção
Éter
policarboxílicoPartícula
cerâmica
Figura 12:Representação esquemática do mecanismo de adsorção das moléculas de PCE-2 na superfície das partículas cerâmicas.
Devido a essas forças repulsivas eletro-estéricas os aglomerados presentes
na suspensão cerâmica são quebrados e a água que estava presa dentro deles é
liberada. O atrito entre as partículas é neutralizado tornando a suspensão fluida com
43
pequena quantidade de água. A Figura 13 apresenta o efeito da quantidade de PCE-
2 no indicativo da viscosidade de suspensões (Torque x Rotação) 36 %peso de
alumina ou hidróxido de alumínio.
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
%peso PCE-2
To
rque (
400 r
pm
, N
.cm
)
0
2,5
5
7,5
10
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Al2O3
Al(OH)3
Al2O3
Al(OH)3
Figura 13:Determinação do teor ideal PCE-2 nas suspensões de alumina e hidróxido de alumínio.
O torque necessário para manter a rotação constante de 400 rpm para a
suspensão de hidróxido de alumínio atinge o seu mínimo em aproximadamente 0,3
%peso PCE-2 e para a suspensão de alumina esse valor é atingido por volta de 0,4
%peso PCE-2. Um ponto importante a ser mencionado é que mesmo com excesso
de dispersante o indicativo de viscosidade não volta a aumentar devido às
características eletroestéricas do polímero. Esse efeito decorre do fato de que a
quantidade de cargas presentes na cadeia do éter policarboxílico não altera
significativamente a característica da superfície das partículas, conforme demonstra
os resultados apresentados na Figura 11b.
44
4.3- Gotejamento das Macroesferas:
A extrusão gerou um bom número de macroesferas, com tamanho e formato
bastante regulares, como é possível observar na figura a seguir (Figura 14).
Figura 14:Macroesferas (aproximadamente 1 mm de diâmetro) produzidos por extrusão.
Observa-se na Figura 14, que algumas das esferas apresentam alguns
problemas de forma, como por exemplo, esferas achatadas e disformes, e também a
presença de alguns fios de suspensão. Esses problemas ocorrem principalmente por
causa da variação de pressão na saída da seringa (esferas achatadas e disformes),
e a ocorrência de formação dos fios está ligada à posição (altura) que a seringa está
da solução de nitrato de cálcio. Para garantir uma maior homogeneidade entre as
esferas elas foram separadas manualmente retirando as que apresentavam os
defeitos citados acima.
1 cm
45
4.4-Porsidade:
Foram preparadas e gotejadas várias suspensões contendo diferentes teores
dos hidróxidos de alumínio e de hidróxido de magnésio tendo a alumina como
elemento base. Com as esferas obtidas pela queima em diferentes temperaturas,
foram medidas suas porosidades aparentes. A partir desses dados foram traçados
os gráficos que relacionam a temperatura de sinterização, o tipo e o teor de
hidróxido utilizado com a porosidade apresentada. A Figura 15 apresenta os
resultados para a combinação de alumina (Al2O3) com o hidróxido de alumínio
(Al(OH)3).
Figura 15:Comparação das porosidades tendo Al(OH)3 como agente porogênico.
Inicialmente, para as amostras sinterizadas a 1100ºC, pode-se observar que,
quanto maior o conteúdo de Al(OH)3, maior o nível de porosidade atingido, como um
resultado da redução de volume que ocorre com a decomposição do hidróxido de
alumínio. Para queima à temperaturas maiores (1300ºC e 1500ºC), níveis menores
de porosidade foram alcançadoss. Estes resultados sugerem que os poros
inicialmente formadas em 1100ºC foram parcialmente eliminados pelos processos de
sinterização/densificação. Este comportamento pode ser compreendido
46
considerando as transformações térmicas das reações que envolvem Al(OH)3, a
partir da sua decomposição até a temperatura de sinterização. O Al(OH)3 tem sua
decomposição térmica na faixa de temperaturas de 250-450ºC (dependendo do
tamanho da partícula e da área superfícial). Durante este processo o Al(OH)3 sofre
uma contração volumétrica de cerca de 60%.
A fim de analisar o uso da Mg(OH)2 como um agente porogênico, amostras
foram preparadas variando a proporção de hidróxido de magnésio na matriz de
alumina, como ilustrado na Figura 16. Do gráfico pode-se observar que em relação
às amostras preparadas com Al2O3 a porosidade à verde do material contendo
Mg(OH)2 é menor, isso se dá por causa da diferença existente entre os seus
tamanhos de partícula, que no caso fornece um melhor empacotamente para as
amostras preparadas com Mg(OH)2, por isso o menor nível de porosidade à verde
apresentado.
Figura 16:Comparação das porosidades tendo o Mg(OH)2 como agente modificador.
Em relação às temperaturas de queima, para as amostras sinterizadas a
1100ºC, pode-se observar que a porosidade aumenta devido à decomposição do
hidróxido de magnésio em óxido de magnésio (MgO) e água (H2O). Para
temperatura de 1300ºC o mecanismo de aumento de poros continua para todas as
proporções de Mg(OH)2 .
47
Já no caso das amostras sinterizadas até 1500ºC, existem variações nos
valores de porosidade conforme o teor de Mg(OH)2. Na composição 50-50 v%, onde
é formado o espinélio, pode-se notar que o Mg(OH)2 atua como um agente
porogênico, isso também pelo fato da presença de espinélio, que impede
densificação devido à sua natureza expansiva durante a sua formação, na
composição com 40% de Mg(OH)2 (1,2:0,8) o comportamento é semelhante ao da
composição que forma o espinélio.
Para as outras composições (24% e 75% Mg(OH)2) o Mg(OH)2 acaba atuando
como um agente que impede o crescimento de grão, e assim faz com que a amostra
use a energia fornecida pela temperatura de 1500ºC apenas para densificar a
amostra, e é devido a isso essas composições apresentam valoras mais baixos de
porosidade aparente.
4.5-Macroestruturas:
Para a preparação da peça foi realizada a moldagem sob vibração para
melhor acomodação da suspensão no molde com as macroesferas e para a retirada
de bolhas nas laterais, a peça resultante é mostrada na Figura 17.
Figura 17:Peça desmoldada após secagem (verde)
48
A maior dificuldade encontrada na produção dessa peça é fazer as
macroesferas ficaram no interior da matriz e apresentarem boa adesão com a
mesma. Esse problema é considerado difícil de resolver, já que uma das possíveis
soluções para ele envolve uma mudança na viscosidade da suspensão que forma a
matriz da peça. Isso foi pensado como solução a fim de melhorar a mistura entre a
suspensão e as microesferas, que no caso atual tendem a flutuar dificultando muito
a presença delas no interior da peça, bem como a adesão dos macroesferas com a
matriz. Apesar dessas dificuldades, a peça foi moldada e o resultado pode ser
observado nas Figuras 17, 18 e 19.
4.6-Observação das Peças:
Para observar se realmente ocorreu uma boa adesão, dispersão e distribuição
das macroesferas de Al(OH)3 na matriz de Al2O3, foi realizada uma preparação de
superfície nas peças. Essa preparação foi feita através de lixamento das
superfícies a serem observadas seguida de um ataque com líquido penetrante a fim
de facilitar o contraste entre as macroesferas e a matriz. A superfície da secção
transversal pode ser observada nas figuras a seguir, onde a região mais escura
representa as macroesferas (que absorveram mais líquido) e a mais clara a matriz.
49
Figura 18:Observação da seção transversal da peça
Figura 19: Observação da seção longitudinal da peça
Sobre a moldagem e a impregnação das esferas em matriz de alumina,
existem outros trabalhos em andamento que estão buscando caracterizar essas
estruturas, não só quanto à porosidade, mas também em relação à suas
propriedades e comportamento mecânico.
50
51
5. Conclusões
Com os resultados obtidos, verificou-se que é possível preparar suspensões
estabilizadas de Al2O3 e Al(OH)3 e Al2O3 e Mg(OH)2.
A adição de um dispersante em uma suspensão de alumina permite uma maior
regularidade na distribuição das cargas superficiais que por sua vez gera uma
redução muito significativa na viscosidade. O DAC foi escolhido por possuir alta
densidade de cargas. Com a adição do DAC na suspensão que estava em teste no
misturador, foi observado que o torque necessário para manter a rotação constante
(no caso de 400 rpm) diminuiu,ou seja, o DAC funcionou muito bem como
dispersante, tendo seu valor ótimo em torno de 0,2 %peso contido na suspensão.
Quando testado na presença de alginato, observou-se que o ponto ótimo de
dispersão não se alterou, indicando a compatibilidade do DAC com o alginato, por
causa dessa boa compatibilidade o DAC foi escolhido como dispersante para a
preparação de todas as suspensões.
O que motivou esse trabalho foi a dificuldade em se estabelecer um método
eficaz que garantisse a presença das macroesferas de maneira distribuída no
interior da matriz de alumina. Essa dificuldade está diretamente ligada à viscosidade
da suspensão que forma a matriz da peça. A partir dessas conclusões foram
produzidas as amostras pelo processo de extrusão que teriam sua porosidade
analisada para dar contornos finais ao trabalho.
As amostras preparadas com Al(OH)3 apresentaram maior sensibilidade para a
mudança de temperatura e uma redução significativa na porosidade a temperaturas
acima de 1100ºC. Este resultado foi associado com a elevada reatividade da
alumina de transição formada pela decomposição do Al(OH)3 e da consequente
densificação da matriz de alumina. No caso do Mg(OH)2 pode-se afirmar que na
proporção em que se forma o espinélio (1 Al2O3 : 1 Mg(OH)2 proporção 50-50%) o
hidróxido de magnésio atua muito bem como agente porogênico mantendo a
porosidade com valores elevados mesmo quando queimados a temperaturas mais
elevadas (1500Cº), o que mostra que esse material alem de apresentar boa
porosidade, tambem apresenta boa resistencia mecânica por causa da sua
temperatura de sinterização.
52
Para evidenciar a importância de se manter a proporção correta para formação
de espinélio foram feitas amostras com proporções maiores de Mg(OH)2, que ao
contrário do que ocorre com o espinélio, sofrem densificação quando sinterizados à
temperatura de 1500ºC.
A formulação e o método escolhidos para a preparação da matriz, as peças
apresentaram um bom resultado. Isso ficou claro com a observação das peças, que
mostraram uma boa distribuição e adesão das macroesferas com a matriz.
53
6. Referências Bibliográficas
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