Desenvolvimento de compósitos, micro e nano-estruturados à base de alumina

• Processo: 11/08407-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2011
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2013
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Ana Helena de Almeida Bressiani
• Beneficiário: Ana Helena de Almeida Bressiani
• Instituição Sede: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Secretaria de Desenvolvimento Econômico (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: José Carlos Bressiani ; Vania Trombini Hernandes
• Assunto(s): Materiais compósitos Materiais cerâmicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Alumina | compósitos | microestruturados | nanoestruturados | Usinagem | Compósitos Cerâmicos

Resumo

A constante busca por maior produtividade nos processos de usinagem baseia-se principalmente na redução dos tempos principais de corte. Para a redução desse tempo existem duas possibilidades: otimização do projeto da peça, e aumento substancial das velocidades de avanço e de corte, em comparação com os parâmetros convencionais. O aumento das velocidades de avanço e de corte altera as exigências relativas aos materiais utilizados como ferramentas de corte, pois, com o aumento da velocidade de corte, o desgaste das ferramentas também é aumentado, em razão das cargas térmicas abrasivas, adesivas e triboquímicas maiores sobre as arestas de corte. Por esse motivo os materiais de corte mais procurados são os de elevada dureza, como, os de alumina, de nitreto de boro cúbico policristalino, ou de diamante. Dentre os vários materiais cerâmicos utilizados a alumina ganhou destaque na fabricação de ferramentas cerâmicas por apresentar elevada resistência ao desgaste, elevada dureza, boa estabilidade química, além de baixo peso específico. No entanto, a alumina apresenta baixa tenacidade, o que restringe seu leque de aplicações. Uma possibilidade para aumentar a resistência das cerâmicas é a utilização de compósitos, que apresentam, em geral, uma elevação na tenacidade à fratura. Dentre esses, os nanocompósitos de matriz de alumina ganharam destaque por apresentarem boas propriedades mecânicas sem alterações drásticas na sinterabilidade do material. A adição de partículas nanométricas na matriz de alumina promove um aumento significativo na tenacidade do material, por outro lado a resistência mecânica dos mesmos não aumenta, e muitas vezes até diminui. Pesquisas recentes revelam que a adição de partículas de diferentes distribuições de tamanho (micrométrica e nanométrica) é um método eficiente para melhorar tanto a tenacidade, como a resistência mecânica, dos materiais cerâmicos. No entanto a adição, mesmo que em pequenas quantidades, de partículas micrométricas na matriz da alumina prejudica a etapa de sinterização uma vez que a taxa de densificação de compósitos de matriz cerâmica é significativamente menor em relação à cerâmica de matriz sem inclusões. Esse efeito torna, muitas vezes, a sinterização convencional inviável para a obtenção de compósitos cerâmicos densos. Como alternativa para a obtenção de compósitos densos surgiram diferentes processos de sinterização, dentre estes pode-se destacar: prensagem a quente, prensagem isostática a quente, ou sinterização sem pressão, seguida de prensagem isostática a quente, etc. Apesar dos excelentes resultados obtidos por essas técnicas, o alto custo envolvido no processo de fabricação muitas vezes inviabiliza a utilização de ferramentas cerâmicas, o que torna extremamente importante o estudo dos mecanismos de sinterização envolvidos, para a otimização do processo de sinterização. O mercado mundial de ferramentas cerâmicas cresce continuamente, passando a ser um dos novos horizontes da tecnologia de materiais. Dentre os vários materiais estudados estão os nanocompósitos cerâmicos de matriz de alumina com inclusões nanométricas. Desses, o nanocompósito de Al2O3 contendo 5% em volume de partículas de SiC com tamanho de aproximadamente 200nm ganhou grande destaque devido à resultados excepcionais apresentados na literatura. E mais recentemente os chamados micro-nanocompósitos, compósitos de matriz de alumina com inclusões micrométricas e nanométricas, vem sendo estudados por apresentarem aumentos significativos tanto na tenacidade, como na resistência mecânica. Assim considerando os excelentes resultados já obtidos com a obtenção de compósitos e nanocompósitos de matriz de alumina, o projeto proposto tem como principal objetivo: o processamento, caracterização, e avaliação do desempenho desses novos materiais para a fabricação de insertos de matriz de alumina com inclusões micrométricas de NbC, WC e TaC e nanométricas de NbC, ZrO2, SiC na usinagem de materiais de difícil usinabilidade. (AU)