Estudo de composições cerâmicas à base de alumina e vitrocerâmico do sistema LZSA para obtenção de estruturas multicamadas por tape casting

Study of ceramic compositions based on alumina and LZSA glass-ceramic for obtaining multilayer structures by tape casting

Resumo

Compósitos de matriz cerâmica têm sido desenvolvidos nas últimas décadas como um meio eficiente de melhoria da tenacidade à fratura. Compósitos cerâmicos multicamadas se destacam por seu relativo baixo custo e facilidade de obtenção. Estes compósitos são confeccionados com camadas alternadas de dois materiais cerâmicos e têm como mecanismo de tenacificação o desvio de trajetória de trincas em propagação, camada após camada, no compósito. Neste trabalho foram estudadas composições à base de alumina e vitrocerâmico LZSA (Li₂O-ZrO₂-SiO₂-Al₂O₃) para compor as camadas a fim de se obter compósito multicamada com interfaces fortes. Assim, tensões residuais compressivas nas camadas finas à base de LZSA intercaladas às camadas à base de Al₂O₃, sob leve tensão residual de tração, foram esperadas obter. As composições foram definidas por planejamento experimental fatorial, gerando corpos de prova por prensagem, os quais foram sinterizados e caracterizados quanto ao coeficiente de expansão térmica e módulo de elasticidade. Três composições (% em massa) à base de alumina (CA1: 100% Al₂O₃; CA2: 90% Al₂O₃ e 10% ZrO₂; CA-PC: 90% Al₂O₃, 5% ZrO₂ e 5% SiC_whisker ) e três composições à base de LZSA (CF6: 70% LZSA, 10% Al₂O₃ e 20% SiC_whisker ; CF8: 50% LZSA, 10% Al₂O₃, 20% TiO₂ e 20% SiC_whisker ; CF-PC: 75% LZSA, 5% Al₂O₃, 10% TiO₂ e 10% SiC_whisker ) foram selecionadas. Estas composições foram projetadas para gerar tensões residuais de compressão nas camadas à base de LZSA (até -32,35 MPa) e de tração nas camadas à base de Al₂O₃ (mínimo de 0,27 MPa). A técnica de tape casting foi empregada para produzir folhas das composições selecionadas, utilizando-se quantidades de ligantes e plastificantes indicadas na literatura. As composições foram então processadas por tape casting, obtendo-se folhas cerâmicas homogêneas, flexíveis e com resistência a verde suficiente para o manuseio. A espessura das folhas das composições de alumina variou de 130 a 210 μm e as folhas das composições de LZSA entre 180 e 230 μm.

Palavras-chave:
compósito cerâmico multicamada; alumina; vitrocerâmico LZSA; tensões residuais; tape casting