Preparação e estudo da estrutura e das propriedades de compactos de microesferas de vidro

Abstract

Os materiais porosos são abundantes na natureza e têm funções de acordo com o contexto onde se encontram inseridos. Duas das suas funções naturais mais importantes são: filtrar de partículas dos meios líquidos e apresentar corpos leves de resistência mecânica razoável. Os filtros sintéticos devem apresentar as duas propriedades acima mencionadas. Nesta tese são apresentados os resultados de uma técnica de obtenção de discos porosos, processados a partir de microesferas de vidro. Os discos foram obtidos através sinterização de compactos verdes de microesferas de vidro monodispersas revestidas com um ligante orgânico. Os discos foram preparados com esferas de três diâmetros diferentes e sob diferentes condições de sinterização - temperatura e o tempo. A porosidade, a resistência mecânica e a permeabilidade a líquidos foram medidas em função do tamanho de partícula e das variáveis do processo de sinterização. Foi construído um acessório para a máquina ensaios mecânicos a fim de medir a resistência à fractura dos discos, que apresentam uma superfície rugosa com colisões esféricas. Os resultados são explicados com base nos modelos existentes para o comportamento de materiais com duas fases. Finalmente, são indicadas algumas das vantagens das microesferas de vidro, material abundante e barato, utilizado para obter os compactos.

Porous materials are abundant in nature and accordingly they have different functions in different contexts. Two of the most important natural functions are filtering of particles from otherwise liquid media and second, achieving a lightweight but adequately strong body. Man-made filters should have the two abovementioned properties. In this thesis the results of a technique of making porous discs from glass microspheres are presented. The discs were obtained by sintering the green bodies of monodisperse glass microspheres made by wetting the spheres with an adequate organic binder. The discs were prepared with spheres of three different diameters and under varying sintering conditions - temperature and time. Porosity, mechanical strength and fluid permeability were measured as a function of the particle size and the variables of the sintering process. A accessory tool for the tensile/compression testing machine was constructed for measuring the fracture strength of the discs having rough surface with spherical bumps. The results are explained within the existing models of the behaviour of two phase’s materials. Finally, some of the advantages of the abundantly and cheaply available glass microspheres in making the compacts are pointed out.