Produção de compósitos Cu-ZrO2 por meio de processamento coloidal aquoso

• Main Author: Vieira Junior, Luiz Eloi
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2015
• Subjects: Engenharia de materiais; Reologia; Cobre; Potencial zeta; Componentes metálicos
• Online Access: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/129275

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2014 === Made available in DSpace on 2015-02-05T20:53:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330826.pdf: 3997323 bytes, checksum: 6a28fc235efb1499478cd4ad493ad32c (MD5) Previous issue date: 2014 === Esta tese de doutorado apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de processamento para a estabilização de suspensões de partículas de cobre metálico reforçadas com nanopartículas de ZrO2, em meio aquoso, para a produção de componentes densos e porosos. Neste sentido, foi realizada uma etapa inicial de caracterização do pó de cobre, via química coloidal, analisando interações entre a superfície das partículas de cobre e o meio líquido em valores crescentes de pH e com a adição de um dispersante. Esta etapa viabilizou a produção de suspensões Cu-ZrO2 com fluidez adequada até a concentração de 58% em volume (92% em massa). A seguir, as suspensões foram submetidas a três técnicas coloidais: colagem de barbotina (slip casting), colagem de fitas (tape casting) e réplica (replica). Mantendo-se a concentração de sólidos das suspensões de cobre, adicionaram-se nanopartículas de zircônia até 3% em volume. Foi empregada a técnica de colagem de barbotina para avaliar as condições de empacotamento de partículas e previsão do seu comportamento durante a sinterização. Para a obtenção das fitas, adicionou-se um ligante às suspensões na condição ideal de 3% em massa, fato que conferiu flexibilidade e resistência a verde às fitas processadas. A última técnica de processamento empregada foi a impregnação e réplica para a produção de componentes porosos. O comportamento térmico dos materiais foi avaliado de acordo com ensaios de dilatometria, análise térmica diferencial (ATD) e termogravimetria (TG). A adição das nanopartículas levou a um retardo na sinterização dos componentes devido à maior refratariedade da zircônia. Os materiais conformados foram sinterizados a temperaturas de até 1000°C em atmosfera de Ar/5%H2. Por fim, todos os materiais produzidos foram caracterizados por densidade e microscopia eletrônica de varredura. A caracterização mecânica se deu por microdureza Vickers para os compactados colados. No caso das fitas sinterizadas, a caracterização mecânica foi realizada via ensaio de tração. O melhor resultado atingido foi com 1% em volume de zircônia, combinando propriedades reológicas e mecânicas.<br> === Abstracts: This thesis presents the development of a processing methodology for the stabilization of copper suspensions reinforced with ZrO2 nanoparticles in aqueous medium to produce dense and porous components. Therefore, a previous stage of powder characterization, colloidal chemically was performed by analyzing interactions between the surface of copper particles and the liquid medium at increasing pH values and with the addition of a dispersant. This step enabled the production of Cu-ZrO2 suspensions with adequate flowability at the concentration of 58vol% (92wt%). Subsequently, the suspensions were subjected to three colloidal techniques: slip casting, tape casting and replica. Maintaining the solids content of the copper suspension, zirconia nanoparticles were added up to 3 vol.%. The slip casting technique was applied to evaluate the particles packing conditions and their behavior during sintering. To obtain the tapes, a binder was added to the suspensions in the ideal condition of 3wt.%, which conferred flexibility and green strength. The latter technique employed was replica to produce porous components. The thermal behavior of the materials was evaluated according to dilatometry, differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetry (TG). The addition of nanoparticles led to a sintering impediment of the components due to increased refractoriness of zirconia. The green materials were sintered at temperatures up to 1000°C in Ar/5% H2 flowing atmosphere. Finally, all materials produced were characterized by density and scanning electron microscopy. This mechanical characterization was performed by Vickers microhardness. For sintered tapes, mechanical characterization was performed by tensile testing. The best result was achieved with Cu-1ZrO2 combining rheological and mechanical properties.