Estudo do nitreto de alumínio para aplicações termo-mecânicas

Baldacim, S. A.; Silva, O. M. M.; Santos, C.; Silva, C. R. M.

doi:10.1590/s0366-69132005000400008

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“…A combinação de alto ponto de fusão, elevada dureza e coeficiente de expansão térmico relativamente baixo tornam o diboreto de titânio (TiB2) um importante material para aplicações de alta performance [1,2]. Já o nitreto de alumínio, é conhecido pela sua alta condutividade térmica e um coeficiente de expansão térmico próximo ao do silício [3,4]. Entretanto, a consolidação destes cerâmicos por técnicas convencionais é de grande complexidade.…”

Section: Compósitos Tib2 -Alnunclassified

SINTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS CERÂMICOS TIB2 – AlN VIA PLASMA PULSADO

Júnior¹,

Simão²,

Skury³

et al. 2018

ABM Proceedings

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ResumoAs propriedades e caracteristicas do diboreto de titânio (TiB2) e nitreto de alumínio (AlN) tornam esses materiais ideais para aplicações termomecânicas. Entretanto, a dificuldade de sinterizar compósitos cerâmicos à base de TiB2 -AlN tem limitado suas aplicações na indústria contemporânea. Nesse sentido, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a técnica de sinterização por plasma pulsado (SPS), como uma alternativa para consolidação de compósito cerâmico em um curto intervalo de tempo. Após a caracterização das matérias primas, as amostras foram sinterizadas utilizando temperaturas entre 1.500°C e 1.900°C, além de 80 MPa de pressão e 10 minutos de permanência na temperatura máxima. A técnica "SPS" mostrou-se eficiente na sinterização desse sistema, alcançando densificações de até 98%. E ainda, como era esperado, a incompatibilidade dos coeficientes de expansão térmica entre o TiB2 e o AlN provocaram um processo de tenacificação nos compósitos. Palavras-chave: Sinterização, Compósitos, Cerâmica, Caracterização. SINTERING CERAMIC COMPOSITES TiB2 -AIN BY WAY OF PULSED PLASM AbstractThe properties and characteristics of titanium diboride (TiB2) and aluminum nitride (AlN) make these ideal materials for thermomechanical applications. However, the difficulty of ceramic composites sintering the based in TiB2 -AlN has limited its applications in th contemporary industry. In this sense, the present study aims to assess the sintering technique pulsed plasm (SPS) as an alternative to ceramic composite consolidation in a short period of time. After the characterization of raw materials, the samples were sintered using temperatures between 1,500°C and 1,900°C, and 80 MPa pressure and 10 minutes permanency at the maximum temperature. The "SPS" technique proved efficient in the sintering of this system, reaching densification up to 98%. And, as expected, the incompatibility of thermal extension coefficient between TiB2 and the AlN in motion a process of toughening of composites.

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Section: Compósitos Tib2 -Alnunclassified

SINTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS CERÂMICOS TIB2 – AlN VIA PLASMA PULSADO

Júnior¹,

Simão²,

Skury³

et al. 2018

ABM Proceedings

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“…Entre os diferentes auxiliares de sinterização, o nitreto de alumínio (AlN) vem obtendo sucesso na densificação do diboreto de titânio. O AlN passou a ser estudado e desenvolvido para aplicações termomecânicas, principalmente devido à alta resistência mecânica, excelente estabilidade em altas temperaturas, baixa constante dielétrica, baixa densidade (3,26 g.cm -3 ) e um coeficiente de expansão térmico próximo ao do silício (4,8 x 10 6 K -1 ) [8,9,10].…”

Section: Introductionunclassified

Avaliação da densificação do diboreto de titânio sinterizado por plasma pulsado

et al. 2016

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RESUMOO diboreto de titânio (TiB 2 ) é um material cerâmico que se destaca por sua elevada resistência mecânica, estabilidade química e dureza a altas temperaturas, entretanto, características como baixa sinterabilidade e tenacidade a fratura limitam a atuação deste material em aplicações termomecânicas. Técnicas de sinterização não convencionais como SPS e aditivo de sinterização como AlN e Si 3 N 4 podem reduzir a temperatura de sinterização e aumentar a tenacidade à fratura do TiB 2 . Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência da técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering -SPS) no processamento do diboreto de titânio. O nitreto de alumínio foi utilizado como aditivo para reduzir temperatura e tempo de sinterização e facilitar a densificação do TiB 2 . Os resultados apontam a sinterização por plasma pulsado como uma técnica eficiente na densificação de compósito cerâmico TiB 2 -AlN. Elevado grau de densificação foi alcançado mesmo utilizando tempos de sinterização relativamente curto.Palavras-chave: Diboreto de titânio, sinterização, densificação. ABSTRACTTitanium diboride (TiB 2 ) is a ceramic material that highlight because of its high mechanical resistance, chemical stability and hardness in high temperatures. However, characteristics as low sinterability and fracture toughness restrict its usage on termomechanical applications. Non-conventional sintering techniques as SPS and sintering aid as AlN and Si 3 N 4 can reduce sintering temperature and increase fracture toughness of TiB 2 . The objective of this work is to evaluate the efficiency of spark plasma sintering (SPS) technique on the manufacturing of titanium diboride. Aluminum nitride (AlN) was used as additive to reduce sintering temperature and time and enhance tib 2 densification. The results indicate that spark plasma sintering is an efficient technique in the densification of TiB 2 -AlN ceramic composite. High degree of densification was achieved even using relatively short sintering time.Keywords: Titanium Diboride , Sintering , Densification. INTRODUÇÃOO TiB 2 é um composto refratário com propriedades atrativas, como elevada dureza (cerca de três vezes maior do que o aço endurecido) e resistência ao desgaste a temperaturas elevadas. A combinação de propriedades do TiB 2 faz deste material um candidato a aplicações diversificadas, entre elas, material estrutural para alta temperatura e revestimentos resistentes ao desgaste [1,2]. Entretanto, a densificação do TiB 2 é muito difícil e complexa, principalmente devido à elevada energia das ligações químicas entre o titânio (Ti) e o boro (B) e o seu baixo coeficiente de difusão. Assim, o transporte de massa necessário para se alcançar uma boa densificação é restrito, o que exige altas temperaturas e longos tempos de sinterização para a densificação do TiB 2 utilizando técnicas convencionais de sinterização [3]. Altas temperaturas e longos tempos de sinterização

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“…Esta diferença entre as densidades é proveniente das alterações realizadas nas condições de densificação, as quais foram adotadas para evitar a reação amostra/matriz na prensagem a quente.Dentre estas alterações, estão: a maior taxa de aquecimento (30 °C/min) em comparação à sinterização sem pressão (15 °C/min) e a não utilização de patamar no processo de prensagem a quente, gerando uma diminuição no tempo de sinterização via fase líquida, o que pode prejudicar a densificação ocorrida na etapa solução-precipitação33 . A adoção de pressão mínima é outro fator que pode ter contribuído para a obtenção de uma menor densidade, já que durante o processo de prensagem uniaxial a quente, a aplicação de pressão externa, associada à alta temperatura, acelera a cinética de densificação pelo aumento do contato entre as partículas e pelo maior empacotamento destas111 .A sinterização sem pressão em comparação à prensagem a quente, além de ter apresentado melhor desempenho, em termos de densificação das amostras, apresenta menor custo devido a possibilidade de produção de maior número de amostras por sinterização. Assim, foi adotado apenas o processo sem pressão para o estudo de resistência ao choque térmico do SiC.…”

unclassified

Resistência ao choque térmico de carbeto de silício sinterizado via fase líquida

Mello¹

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The behavior of ceramic materials towards thermal shock resistance is a topic of great interest, due to applications in which the reliability against sudden temperature variations is required. In this thesis, it was studied how the variation in the proportion of Y 2 O 3 :Al 2 O 3 additives and different parameters on the processing of liquid phase sintered silicon carbide may influence thermal shock resistance of this material. Samples were prepared with molar composition 90%SiC+10%Y 2 O 3 :Al 2 O 3 , by varying oxides molar proportion between 2:1 and 1:4, with and without previous reaction of the additives. Mixtures were compacted and sintered in a resistive graphite furnace at 1750, 1850 and 1950°C, and by hot pressing at 1750 and 1850°C, and evaluated for densification. After analysis of the first results, pressureless sintering and the mixtures with proportions of 1:3 and 1:4 of previously reacted Y 2 O 3 :Al 2 O 3 were selected for the study of thermal shock resistance. Thermal cycles were performed by heating at temperatures of 600, 750 and 900°C and sudden cooling in water at room temperature. The evaluation of samples regarding thermal shock resistance was conducted by determination of elasticity modulus, porosity, flexural strength and microstructural analysis of the cracks. The samples sintered at 1950°C temperature are those that exhibit the best performance in relation to thermal shock resistance, while the variation in the proportions Y 2 O 3 :Al 2 O 3 from 1:3 to 1:4 do not significantly change this property. Under the conditions used, the maximum temperature for liquid phase sintered SiC application must be limited to 750°C, which allows its use as a component of heat exchanges, bearings, pump bearings, gas turbines and sensors of automotive and aeronautical engines.

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Estudo do nitreto de alumínio para aplicações termo-mecânicas

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SINTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS CERÂMICOS TIB2 – AlN VIA PLASMA PULSADO

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Avaliação da densificação do diboreto de titânio sinterizado por plasma pulsado

Resistência ao choque térmico de carbeto de silício sinterizado via fase líquida

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