Estudo da Influência do Teor de ZrO2-3Y2O3 em Matriz de alfa-Al2O3
Nome: ANA CAROLINA AGRIZZI ARAUJO
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 18/02/2022
Orientador:
Nome |
Papel |
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| MARCELO BERTOLETE CARNEIRO | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
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| IZABEL FERNANDA MACHADO | Examinador Externo |
| MARCELO BERTOLETE CARNEIRO | Orientador |
| MARCOS TADEU DAZEREDO ORLANDO | Examinador Interno |
Resumo: As cerâmicas à base de alumina apresentam grande relevância como materiais para ferramentas de corte no processo de usinagem de materiais principalmente ferrosos, devido a sua grande disponibilidade na natureza, alta dureza e estabilidade química em elevadas temperaturas, porém possuem baixa tenacidade à fratura. Um método para aumentar essa propriedade na alumina consiste na adição de ZrO2 estabilizada com Y2O3 na matriz Al2O3, promovendo o efeito de tenacificação devido a transformação de fase da zircônia, compósito conhecido como alumina tenacificada por zircônia (ZTA). O objetivo do trabalho é estudar a influência do teor de ZrO2-3Y2O3 (nanopó) na matriz de Al2O3 (pó ultrafino) utilizando a moderna técnica de sinterização por corrente elétrica pulsada (PECS) para o processamento de amostras. O teor de ZrO2-3Y2O3 foi alterado de 5 para 35% em volume. Os pós foram sinterizados à pressão uniaxial de 50 MPa e temperatura de 1400ºC. Os testes de densidade relativa, dureza Vickers e tenacidade à fratura (KIC) foram realizados e comparados com a cerâmica comercial usada como referência. Um projeto de material em gradação funcional (Functionally Graded Material, FGM) foi feito e a tensão residual nesse foi calculada. Os resultados mostraram, para a cerâmica comercial, densidade relativa de 98,2 ± 0,3%, dureza Vickers de 1712 ± 306 HV e KIC igual a 4,22 ± 0,67 MPa.m1/2. Para as amostras sinterizadas por PECS, o teor de ZrO2-3Y2O3 ajudou a atingir uma densificação total a partir do teor de 15%ZrO2. Todas as amostras tiveram um número de dureza Vickers maior que o de referência. Embora a amostra de 5% ZrO2-3Y2O3 tenha cerca de 8% em porosidade, ela teve o maior número de dureza Vickers 2007 ± 35 HV e KIC 5,54 ± 0,42 MPa.m1/2. A partir de curvas de regressão e com o foco de obter uma maior tenacidade à fratura, o teor de 9,08%ZrO2 foi escolhido. Utilizando o modelo de tensão residual de Ravichandran, observou-se uma tensão residual trativa na primeira camada do FGM projetado, porém essa está abaixo das tensões de rupturas reportadas para o mesmo material na literatura. Esta análise foi importante para destacar as propriedades de adaptação de uma cerâmica graduada funcionalmente para ser aplicada como ferramenta de corte.
Palavras chave: Alumina, Zircônia, Densidade, Dureza Vickers, Tenacidade à fratura, PECS, Tensão residual.
