Avaliação microestrutural e propriedades de cascas cerâmicas contendo diferentes tamanhos e concentrações de nanopartículas de sílica coloidal

• Main Author: Iona Macedo Leonardo Machado
• Other Authors: Wander Luiz Vasconcelos
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2013
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-97VK3Y

=== Parts having excellent surface finishing and low dimensional tolerances characterize the investment casting. These characteristics are related to wax properties of copying details and reproducing the details by ceramic shells. The objective of this study was to evaluate the effects of varying the size and concentration of colloidal silica nanoparticles in the properties of ceramic shells and evaluate the microstructures. Three types of backup slurries were evaluated with colloidal silica sizes of 13nm, 8nm, and 5nm. A fourth type showing distribution of sizes of 14nm to 22nm was also investigated. Slurries prepared with silica binders of 8nm and 13nm were evaluated at concentrations of 15%, 20%, 25%, and 30%. The slurry prepared with silica binder of 5nm was evaluated at 15% and 10% and the slurry prepared with silica binder of 14nm to 22nm was evaluated at concentrations of 40%, 30% and 15%. Several processing parameters were controlled. Flexural strength and permeability were evaluated. The atomic force microscopy was used to characterize the different sizes of colloidal silica. Microstructural characterization of ceramic shells was performed by pycnometry, scanning electron microscopy, and X-ray computed microtomography (-CT). For the studied conditions the maximum flexural strength was observed for ceramic shell with silica binder of 8nm. The ceramic shell with silica binder of 8nm showed higher strength at lower silica concentrations than ceramic shell with silica binder of 13nm. For the same concentration of silica, the flexural strength for shells with silica binder of 5nm is close to those obtained for the ceramic shells with silica binder of 13nm. The results of flexural strength for ceramic shells with silica binder of 14nm to 22nm and 30% of colloidal silica are close to the values for the shell with silica binder of 13nm. In general the curve of permeability showed an inverse behavior to the flexural strength curve. Picnometry showed that the bulk density is lower than the apparent density. Microstructural differences between green and fired shells were observed by scanning electron microscopy and X-ray computed microtomography. Fractures of the shells showed that stucco grains of fired ceramic shells were much more apparent than stucco grains of green shells. This behavior is typical for stronger material. We observe through the microtomography that porosity and average pore diameter of shells decreased after firing. === O processo de fundição de precisão caracteriza-se pelo excelente acabamento superficial e estreita tolerância dimensional das peças. Isto se deve à facilidade da cera do modelo em reproduzir detalhes e à reprodução destes através da casca cerâmica. O objetivo foi avaliar os efeitos da variação do tamanho e da concentração de nanopartículas de sílica coloidal nas propriedades de cascas cerâmicas e realizar uma avaliação microestrutural das mesmas. Foram avaliadas lamas cerâmicas secundárias preparadas com sílica coloidal de tamanhos de 5nm, 8nm, 13nm e 14-22nm. As lamas preparadas com sílica coloidal de tamanhos de 8nm e 13nm foram avaliadas nas concentrações de 15%, 20%, 25% e 30%. A lama contendo sílica coloidal de tamanho de 5nm foi avaliada nas concentrações de 15% e 10% e a lama contendo sílica coloidal com tamanhos de 14-22nm, nas concentrações de 40%, 30% e 15%. Foram controlados diversos parâmetros de processamento da casca cerâmica e avaliadas a resistência à flexão e a permeabilidade. A microscopia de força atômica foi utilizada para caracterizar os diferentes tamanhos de nanopartículas de sílica coloidal. A caracterização microestrutural das cascas cerâmicas foi realizada por meio das técnicas de picnometria, microscopia eletrônica de varredura e microtomografia computadorizada de raios X (µ-CT). Para as condições estudadas, o valor máximo da resistência à flexão a verde foi verificado para a casca contendo sílica coloidal de 8nm. Ao comparar as cascas com sílica coloidal de 8nm e 13nm, verificou-se maior resistência para o tamanho menor e em concentrações de sílica menores. Para a mesma concentração, a resistência à flexão para a casca com sílica coloidal de 5nm é próxima da obtida para a casca com sílica coloidal de 13nm. Os resultados da resistência à flexão para a casca com sílica coloidal de 14-22nm e 30% de concentração são próximos dos valores para a casca com sílica coloidal de 13nm. Em geral as curvas de permeabilidade apresentaram comportamento inverso às curvas de resistência à flexão em função da concentração de sílica. A picnometria revelou a menor densidade volumétrica em relação à aparente. Diferenças microestruturais entre a casca sinterizada e a casca a verde foram observadas por microscopia eletrônica de varredura e microtomografia computadorizada de raios X. A região de fratura das cascas sinterizadas apresenta os grãos de estucagem mais evidentes, sendo típicos de material mais resistente. Através da microtomografia pôde-se observar a redução de porosidade e do diâmetro médio de poros de cascas cerâmicas após a sinterização.