Estudo do impacto das condições de arrefecimento de um processo de sinterização em eletrólitos sólidos à base de zircónia

Abstract

O trabalho, no âmbito desta dissertação, pretendeu levar a efeito um estudo do processo de fabrico de sensores de oxigénio, no sentido de otimizar as suas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas, fortemente condicionadas pelo perfil de sinterização. Este trabalho, que decorreu num estágio na Rauschert Italia, surge na sequência de um já longo projeto de cooperação entre o grupo empresarial e a Universidade de Aveiro. Durante o estágio foram estudadas e aplicadas algumas técnicas e ferramentas que visam otimizar etapas do processo produtivo. Deste modo, por recurso a ferramentas de CFD foi desenvolvida uma metodologia de simulação numérica de um forno laboratorial, tendo-se o mesmo validado através de resultados obtidos experimentalmente. Mais ainda, o estudo mencionado serviu de apoio à definição de toda uma metodologia numérica conducente ao estudo da distribuição térmica dentro de um forno de dimensão industrial. Os resultados obtidos permitiram concluir que, durante o ciclo térmico, a carga pode sofrer variação térmica, dependendo da sua posição relativa dentro do forno, algo a ter em consideração dada a sensibilidade deste tipo de materiais e a forte dependência dos mesmos no que concerne a sua qualidade final com o historial térmico induzido durante o ciclo de arrefecimento. Deste modo, apresentam-se algumas propostas, tecessem-se algumas considerações no que concerne reposicionamentos de carga no sentido de aumentar a homogeneidade térmica no interior de um forno e apresentam-se alguns resultados envolvendo o comportamento térmico e elétrico de eletrólitos com base na zircónia

The work, within the scope of this dissertation, intends to carry out a study of the process to produce oxygen sensors. Moreover, it is intended to optimize the product electrical, thermal and mechanical properties, strongly conditioned by the sintering profile. This work, which took place during an internship at Rauschert Italia, follows an already long cooperation project between the business group and the University of Aveiro. Within the scope of the internship, some techniques and tools have been studied and applied to optimize the production process steps. In this way, a CFD tool was used to model a laboratory furnace, validated through experimental results. Moreover, the mentioned study supported the definition of a whole numerical methodology leading to the study of the thermal distribution within an industrial size furnace. The obtained results allowed to conclude that during the thermal cycle, the load can undergo thermal variation, depending on its relative position inside the furnace, something to consider given the sensitivity of this type of materials and their final quality strong dependence on the thermal history induced during the cooling cycle. In this way, some proposals are presented, and a few considerations are issued regarding load repositioning to promote thermal homogeneity inside a furnace. Moreover, some results of tests on the thermal and electrical performance of zirconia based electrolytes are presented