Avanços na tecnologia de produção
de pós cerâmicos
A tecnologia para a fabricação de compósitos cerâmico-metal de estrutura
microscópica, a partir de moagem tradicional dos pós componentes e sinterizados já é
bastante conhecida. Uma classe desses materiais é apropriada para a utilização como
componentes em ferramentas de corte. Recentemente alguns desses materiais foram
desenvolvidos por uma rota alternativa a partir da moagem de alta energia, cuja
finalidade é estudar melhoramentos das propriedades físicas e mecânicas. Uma análise
dessa nova rota de fabricação é aqui analisada.
A.C.Buriti da Costa / UAF/UFCG
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1. Introdução
2. Estágios da Tecnologia do Pó
2.1 Produção do pó
2.2 Caracterização do pó
2.3 Conformação do pó
2.4 Sinterização
3. Controle de qualidade
4. Aplicações
5. Conclusões
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1. Introdução: Importância e produtos da MP
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A TP data de tempos remotos da civilização, mas só após a 2a
Guerra Mundial passou a ser tratada cientificamente desenvolvendo
produtos em todas as áreas de engenharia.
TP trata o processamento de materiais cerâmicos e metálicos a partir
consolidação de seus pós na forma desejada. A distribuição de tamanho
das partículas que compõe os pós varia de 200 a 0,01 μm.
MP trabalha com temperaturas inferiores ao ponto de fusão dos materiais (parcial ou
totalmente), e com a vantagem de obter propriedades únicas.
Fatores favoráveis
- Economia de energia;
- Materiais de alto ponto de fusão são processados pela TP (filamentos para
lâmpadas, ligas de alto ponto de fusão, etc.);
- Algumas propriedades estruturais só são obtidas pela TP (porosidade, distribuição de tamanho de grão controlada);
- Desenvolvimentos e melhoramentos no desempenho de materiais multifásicos
(compósitos);
- Economia de material ~10%.
Fatores desfavoráveis
- Limita a forma geométrica pois não há fase liquida;
- Limita o tamanho das peças em função das potencias necessárias para a
compactação;
- Obriga a produção de grandes quantidades de produtos para baixar custos.
Exemplos
... e alguns milhares de outros produtos com estruturas controladas.
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2. Estágios da Tecnologia do Pó
 2.1. Produção do pó
 2.1.1. Processos mecânicos
Tamanho de partículas para pós de
ferro em função do tempo de moagem
usando diferentes tipos de moinhos.
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2.1.2 Processos Químicos
Reações de redução, etc.
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2.2. Caracterização do pó
- Tamanho (peneiras), forma de partícula e aglomerados,
-
distribuição de tamanho;
Superfície específica (zeólita beta SiO2/Al2O3: 730 m2/g),
rugosidade, pureza (absorção atômica, difração de raios-X),
Densidade, estrutura cristalina;
Fluidez, compressibilidade, estado de aglomeração;
Energia de superfície/interface.
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2.3. Conformação do pó
Nesta etapa ao pó deve ser adicionado lubrificantes para reduzir
atritos e melhorar a fluidez e ser moído e conformado.
Este mesmo processo é aplicado a uma mistura de diferentes pós para
produzir ligas, compósitos, etc.
Prensa mecânica ou hidráulica para levantamento da
curva densidade X log P.
Após essa etapa o compactado deve ser pré-sinterizado para retirar
o lubrificante.
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2.4. Sinterização
É um processo termodinâmico de não-equilíbrio, no qual um sistema
de partículas (agregado de pó ou compactado) ativado termicamente vem
adquirir uma estrutura sólida consistente.
Redução da área
superficial específica, formação de contornos de grão e crescimento de
pescoços de união entre as partículas, leva o sistema à densificação e
contração volumétrica. Isto é alcançado por difusão atômica devido à
redução da energia livre, a força motriz do processo, proveniente de
ligações químicas incompletas nas superfícies das partículas de tamanhos
reduzidos.
Não há ainda uma teoria definitiva e consistente do fenômeno,
apesar de seu conhecimento tecnológico datar dos tempos remotos.
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2.4.1 Modelos teóricos conhecidos a partir da década de 40:



Descrição Fenomenológica: vol x porosidade na sinterização;
Descrição Topológica: variações geométricas na microestrutura;
Descrição Termodinâmica: modelo atomístico é o aceito atualmente.
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2.4.2 Classificação da sinterização

Sinterização sólida ou convencional

Sinterização por fase líquida

Sinterização ativada
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2.4.2.1
Sinterização sólida
Os mecanismos responsáveis pelo deslocamento de matéria durante o processo
de sinterização são basicamente a difusão atômica, fluência plástica e viscosa. Todos
esses processos são competitivos.
Caminhos de difusão do processo de
sinterização entre duas partículas.
Variação da porosidade (volume) durante o processo de sinterização sólida.
Modelo de 2, 3 e partículas esféricas.
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2.4.2.2 Cinética de sinterização
A razão A / V de um sistema de partículas depende:
- forma
- tamanho
- distribuição de tamanho
- rugosidade superficial
A redução da área superficial específica é a força motora do processo, a
qual produz a minimização da energia livre superficial total.
As variações diferenciais entre energia (dE) e área (dA) na região de
contato entre duas partículas está relacionada com a tensão superficial 
pela equação (note que dE < 0 é a força motriz do processo)
dE    dA
dE
1 1
    
dV
s r
1
P   
s
dE
1
 
dV
s
1
     
s
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2.4.2.2 Sinterização por fase líquida
Na sinterização por fase liquida o pó é constituído por dois ou mais
componentes, onde um dos quais tem baixo ponto de fusão em relação ao
componente principal da mistura. Nesse processo de sinterização uma fase
liquida é formada, ajudando o processo de densificação.
Exemplos:
contatos elétricos de WCu, ferritas magnéticas, abrasivos, capacitores
ferroelétricos, etc, a maioria dos produtos cerâmicos;
classe dos carbetos: passou a ser desenvolvida pela SFL a partir do inicio
do séc. XX. No caso dos metais, as primeiras aplicações da sinterização
foram feitas pelos Incas, na consolidação de grãos de platina, onde usavam
ouro como ligante, o qual fundia durante a sinterização.
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2.4.2.3 Princípios gerais da SFL
Quando ocorre a formação de fase líquida, a tendência do líquido é cobrir
as partículas sólidas, eliminando assim a interface sólido-vapor, o que
depende da molhabilidade do líquido na superfície sólida.
Sup. parcial.molhada.
 SV   SL   LV cos
Sup. não molhada.
Sup. 100% molhada.
 SL   SV   LV
 SV   SL   LV
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2.4.2.4 Evolução microestrutural na SFL

Processo de Rearranjo

Processo de Solução-Precipitação

Processo final
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3 Controle de qualidade

Verificação das propriedades físicas, químicas, mecânicas, etc.
esperadas.
As propriedades mecânicas dureza e resistência crescem na
classe dos compósitos com carbetos WC-x%Co, WC-NiC-Co, etc, de
acordo a seguinte equação:
propriedade X 1/ tamanho de grão
Partículas nanométricas obtidas por MAE tem contribuído
satisfatoriamente para a produção de carbetos nos últimos anos,
mas não ainda de forma econômica.
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4 Aplicações
Em todas as áreas de engenharia.
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5
Conclusões
Obrigado, e desejo a todos
Um Feliz Natal &
Próspero Ano Novo