Preparação de sialon's reforçados com partículas alongadas de sialon obtidas por síntese por combustão (CS)

Abstract

O presente trabalho foi dedicado ao estudo e desenvolvimento de compósitos cerâmicos à base de sialon’s, reforçados com varetas de sialon, produzidas por síntese por combustão, com o objectivo de incrementar suas propriedades mecânicas e possibilitar sua aplicação industrial, Os cerâmicos baseados em Si3N4, entre eles os sialon’s, apresentam uma combinação de propriedades mecânicas, químicas e térmicas excelentes, que colocam esses cerâmicos entre os materiais mais promissores para o uso em aplicações estruturais sob temperaturas elevadas. Estes possuem vantagens importantes sobre os demais materiais, tais como elevada resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e oxidação, baixo coeficiente de fricção e elevada temperatura de decomposição. Os sialon’s podem resistir a ambientes rigorosos e suportar pesados carregamentos a temperaturas às quais os metais e os polímeros falham. Muitos estudos foram realizados sobre esses materiais, utilizando-se várias técnicas de consolidação das amostras em verde e de sinterização. Neste trabalho foram produzidas amostras consolidadas em verde por enchimento por barbotina e sinterizadas por prensagem uniaxial a quente. As amostras foram caracterizadas do ponto de vista físico por difracção de raios-X, microscopia electrónica de varrimento (SEM) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), a fim de se analisar a microestrutura e fases presentes nos compósitos. Ensaios de dureza Vickers, tenacidade à fractura por identações e testes tribológicos pino contra disco, foram realizados com o objectivo de verificar as propriedades mecânicas mais relevantes para aplicações dinâmicas. Os resultados obtidos foram discutidos em termos da composição das amostras (quantidade volúmica de fase de reforço) e variáveis do processo (temperatura de patamar). A comparação com resultados obtidos por outros estudos e com cerâmicos comerciais, confirmaram a boa qualidade das amostras.

The work presented was dedicated to the study and development of sialon’s ceramic composites, reforced with sialon whiskers made by combustion synthesis, aiming at improving their mechanical properties towards industrial applications. The Si3N4 based ceramics, including sialon’s, show an excellent combination of mechanical, chemical and thermal properties, that put them among the most promising materials for structural applications under high temperatures. Those materials take advantage of other materials because their resistance to high temperatures, ware and oxidation resistances, short friction coefficient and high decomposition temperature. The sialon’s can resist to harsh environments and support hard load and high temperatures at which metals and polymers fail. Many studies have been carried out about these materials, using a variety of techniques to consolidate the green bodies and sintering. In the present work, green samples were by slip casting and sintered by uniaxial hot pressing. These samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS), to analyse the microstructure and identify the crystalline phases present and the compositions of some phases in the composites. Vickers hardness and fracture toughness were evaluated through indentation tests, and trybologic pin-on-disc tests were also carried out to evaluate the more important mechanical properties under dynamic applications. The obtained results were discussed in terms of samples composition and process variables. The comparison with results obtained in other studies and commercial ceramics confirmed the good quality of the samples.