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Sinterização e cristalização de vidros assistida por campo elétrico

Processo: 20/04233-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de maio de 2020
Vigência (Término): 30 de abril de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Eduardo Bellini Ferreira
Beneficiário:Icaro Marino Bittencourt
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros, AP.CEPID
Assunto(s):Materiais não metálicos   Campo elétrico   Cristalização   Vidro   Cinética   Sinterização   Fotoluminescência   Caracterização microestrutural   Microscópio eletrônico

Resumo

A sinterização por flash é uma técnica promissora para produção de cerâmicas utilizando-se campo elétrico. É uma das técnicas de sinterização assistidas por campo, elétrico ou magnético, conhecidas como FAST (das iniciais em inglês). Aplicando-se voltagem, o tempo de sinterização de compostos cerâmicos como ZrO2 estabilizada por Y2O3 pode diminuir de horas para alguns segundos, e a temperatura diminuir em centenas de graus, comparados aos da sinterização convencional. A sinterização de várias cerâmicas policristalinas condutoras iônicas vêm sendo desenvolvida com sucesso através dessa técnica, mas o entendimento do fenômeno ainda é assunto de debate, visto que não se sabe se é resultado apenas do aquecimento Joule, ou se outros efeitos citados na literatura, como avalanche de defeitos, fotoluminescência ou alteração da estrutura cristalina, têm papel relevante. Apesar do sucesso com cerâmicas cristalinas, as tentativas de sinterizar por flash compactados de vidros em pó vinham falhando e somente recentemente houve sucesso. Também no Grupo de Engenharia de Materiais Vítreos do Departamento de Engenharia de Materiais da EESC/USP fomos bem-sucedidos na aplicação desta técnica, sinterizando por flash compactos de partículas de vidro de janela comercial, no sistema soda-cal-sílica aquecidos até ~750 °C a 10 °C/min sob diferentes tensões CC (0 a 500 V). Observamos que campos elétricos acima de 300 V influenciam fortemente a cinética de sinterização do vidro, produzindo densidades relativas superiores as obtidas por sinterização convencional. O amolecimento e a formação de espuma devem ser evitados quando o flash ocorre devido à aplicação do campo elétrico. Atualmente, devido ao efeito da cristalização e a possibilidade de obter vitrocerâmicas por meio de sinterização com campo elétrico, abrem-se promissoras áreas de pesquisa no tema. Assim, o pesquisador irá investigar a sinterização de partículas compactadas de vidros modelos estequiométricos nos sistemas soda-cal-sílica e/ou lítio-alumina-sílica, tratados termicamente em diferentes intensidades de campo elétrico. Para esses sistemas, o pesquisador deverá coletar informações na literatura ou caracterizar propriedades como a cinética de sinter-cristalização, a viscosidade e a condutividade elétrica em função da temperatura, importantes para avaliar as bases fenomenológicas da sinterização por campo elétrico. Os resultados experimentais serão comparados com cálculos analíticos usando o modelo de Clusters de sinterização não-isotérmica de vidros por fluxo viscoso com cristalização concorrente. As atividades de pesquisa incluem o aprimoramento da instrumentação para sinterização por flash em corrente alternada, a fusão das composições, conformação, controle da moagem e da granulometria para otimização da compactação, tratamentos térmicos com e sem aplicação de campo elétrico CC e CA, e caracterização das propriedades antes e após os tratamentos, como: granulometria do pó, densidade aparente e real, caracterização da microestrutura por meio de microscópios óticos e eletrônicos, além de difração de raios X.