Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/38144
Title: Ligação de materiais por uma técnica inovadora de Flash
Other Titles: Joining materials by an innovative Flash technique
Author: Silva, Edna Filipa Soares
Advisor: Almeida, José Carlos Martins de
Senos, Ana Maria de Oliveira e Rocha
Keywords: União
Vidro
Porcelana
Campo elétrico
Defense Date: 31-Oct-2022
Abstract: Este trabalho descreve um projeto realizado no Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica da Universidade de Aveiro em parceria com a empresa Vista Alegre Atlantis. O objetivo da tese foi desenvolver um método alternativo às colas endurecidas por radiação ultravioleta, de modo a unir materiais que, até então, não foi possível de unir. As colas UV não funcionam, quando são utilizadas em tons escuros, âmbar ou opacos, pois estes ao absorverem a radiação, impedem a sua passagem para o adesivo, pelo que, a técnica de ligação destes materiais torna-se impraticável. É aqui que surge a oportunidade para testar novos métodos de união de materiais, sendo uma delas a união por Flash. A união por Flash consiste na aplicação de um campo elétrico, sob determinadas condições de temperatura e corrente elétrica, em que, por efeito Joule e eletromigração iónica, promove uma união rápida (poucos segundos) entre os materiais. Nos vidros, esse evento é denominado de amolecimento induzido pelo campo elétrico (EFIS), na qual o vidro amolece sob a aplicação de um campo DC. Com isto surgiu a necessidade de compreender um pouco mais sobre este fenómeno. As amostras foram caracterizadas eletricamente. As energias de ativação correspondentes ao início do processo de condução iónica foram calculadas a partir de dados experimentais. A condutividade iónica, depende da migração dos iões de sódio e é influenciada pelo efeito alcalino misto (MAE). Com base nessas observações, concluiu-se que o EFIS compreende os seguintes fenómenos: polarização dipolar, difusão iónica de longo alcance, injeção de protões e por fim, rutura dielétrica. Foi também avaliada a influência da rugosidade no processo de união dos materiais e considerou-se que a passagem de corrente elétrica é assegurada pelo volume da amostra e não pela superfície. Comprovou-se a existência de uma relação, entre o valor de campo elétrico para se iniciar a condutividade e a espessura do vidro, que no caso presente, se manifesta no par de placas de vidro. Foi feito um estudo relativamente às mudanças das condições experimentais do FJ, para analisar a influência da intensidade de corrente, tempo de ensaio e mudança de posição dos elétrodos. As micrografias das amostras unidas, e a distribuição dos elementos químicos, obtidas por microscopia eletrônica (SEM) e EDS, respetivamente, mostraram que a aplicação de campos elétricos gera defeitos e promove o processo de união, facilitando o papel da difusão iónica. O projeto cumpriu com o objetivo principal tendo sido possível unir vidros de cores diferentes e verificou-se que essa união tirou partido do efeito EFIS. O mesmo se aplica quando se tentou unir a porcelana e a porcelana ao vidro.
This work describes a project developed at the Department of Materials and Ceramics Engineering of the University of Aveiro in partnership with the company Vista Alegre Atlantis. The objective of the thesis was to develop an alternative method to UV hardened glues, in order to join materials that, until then, were not possible to join. UV glues do not work, when they are applied on dark, amber, or opaque tones, since these absorb radiation, and prevent its passage to the adhesive. Hence, becoming impractical to bond these materials. This is where the opportunity arises to test new methods of bonding materials, one of them being flash bonding. Flash bonding consists of the application of an electric field, under certain conditions of temperature and electric current, which, by the Joule effect and ionic electromigration, promotes a fast bond (few seconds) between the materials. In glasses, this event is called electric field-induced softening (EFIS), in which the glass softens under the application of a DC field. With this came the need to understand a little more about this phenomenon. The samples were characterized electrically. The activation energies corresponding to the onset of the ionic conduction process were calculated from experimental data. The ionic conductivity depends on the migration of sodium ions and is influenced by the mixed alkali effect (MAE). Based on these observations, it was concluded that EFIS comprises the following phenomena: dipolar polarization, long-range ion diffusion, proton injection, and dielectric breakdown. It was also evaluated the influence of roughness on the bonding process of the materials. The electric current path is ensured by the sample´s volume and not by the surface. It was proved that there is a relationship between the electric field value to initiate conductivity and the thickness of the glass, which in this case manifests itself in the pair of glass plates. A study was conducted regarding the changes in the experimental conditions of the FJ to analyze the influence of current intensity, test time, and electrode position. Micrographs of the bonded samples, and the distribution of chemical elements obtained by electron microscopy (SEM) and EDS, respectively, showed that the application of electric fields generates defects and promotes the bonding process, facilitating the role of ion diffusion. The project fulfilled its goal by being able to bond glasses of different colors triggered by the EFIS effect. The same applies when trying to bond porcelain and porcelain to glass.
URI: http://hdl.handle.net/10773/38144
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEMaC - Dissertações de mestrado

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