Compósitos Si3N4-TiN para aplicações estruturais

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dc.contributor.advisorCecilia Chaves Guedes e Silvapt_BR
dc.contributor.authorFERREIRA, THIAGO dos S.pt_BR
dc.coverageNacionalpt_BR
dc.date.accessioned2019-12-10T13:09:46Z
dc.date.available2019-12-10T13:09:46Z
dc.date.issued2019pt_BR
dc.description.abstractO nitreto de silício (Si3N4) é um material utilizado em diversas aplicações estruturais devido à suas ótimas propriedades mecânicas inclusive a altas temperaturas, como elevada dureza e resistência mecânica, além de alta resistência ao choque térmico e ao desgaste. Visando ampliar seu campo de aplicação, busca-se a melhoria da tenacidade à fratura do material e a simplificação de seu processamento. A produção de compósitos cerâmicos contendo o Si3N4 como matriz cerâmica e uma segunda fase como reforço tem sido estudada por gerar o aumento da tenacidade à fratura. No presente trabalho, estudou-se a influência de diferentes percentuais de TiN (até 30% em massa) na matriz de Si3N4, contendo Al2O3 e Y2O3 (5% em massa de cada) como aditivos. Os compósitos cerâmicos foram avaliados quanto ao comportamento de densificação, microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à oxidação. Amostras foram obtidas por prensagem uniaxial e isostática, e sinterizadas com baixa pressão de nitrogênio em duas condições (1750°C/1 hora e 1815°C/1 hora). As composições foram caracterizadas pelo estudo das densidades relativas (geométrica e aparente pelo método de Arquimedes), porosidade e perda de massa. A densidade das composições atingiu valores entre 97,0 e 98,0% da densidade teórica, com porosidade aparente inferiores a 0,5%, comprovando a eficiência dos aditivos de sinterização. O aumento da quantidade de nitreto de titânio no compósito cerâmico ocasionou uma tendência de redução da densidade relativa e de aumento da porosidade aparente. As análises por difração de raios X, MEV e EDS mostraram a presença da fase TiN dispersa na matriz de β-Si3N4, com a presença de fase amorfa intergranular. O método da impressão Vickers foi utilizado para medição da dureza e da tenacidade à fratura. A dureza medida apresentou valores entre 12,5 e 13,2 GPa, condizente com os valores apresentados pelo material monolítico, enquanto a tenacidade à fratura variou entre 6,3 e 9,3 MPa.m1/2, aumentando com a proporção de TiN no compósito cerâmico. A resistência à flexão, obtida pelo ensaio de flexão biaxial do disco apoiado em três esferas, apresentou o mesmo comportamento da tenacidade à fratura, atingindo 397,4 MPa no compósito contendo 30% de TiN e sinterizado a 1750°C, condição na qual os valores de resistência foram superiores. O estudo de oxidação foi avaliado submetendo as amostras a tratamento térmico ao ar a 1400°C por até 64 horas e apresentou valores de ganho de massa por área entre 0,7 e 6,4 mg/cm2, crescente em função do percentual de TiN presente no compósito e do tempo de ensaio. As camadas superficiais das amostras também foram analisadas por difração de raios X, MEV e EDS, identificando a presença do β-Si3N4, da SiO2 (cristobalita α), do TiO2 (rutilo), Y2Ti2O7 e Y2Si2O7 (Keiviite). A presença destas fases após a oxidação indica que ocorreu a liberação de N2 a partir do Si3N4 e do TiN, e a reação do O2 do ambiente com os elementos da fase vítrea presente nos contornos de grãos. Conforme esperado ocorreu a formação de uma camada superficial de TiO2 (rutilo), seguida por uma camada de SiO2 contendo precipitados compostos pelo óxido de titânio-ítrio e pelo silicato de ítrio, formados a partir dos cátions provenientes dos aditivos de sinterização.pt_BR
dc.description.notasgeraisDissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)pt_BR
dc.description.notasteseIPEN/Dpt_BR
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)pt_BR
dc.description.sponsorshipIDFAPESP: 15/02265-7pt_BR
dc.description.teseinstituicaoInstituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SPpt_BR
dc.format.extent103pt_BR
dc.identifier.citationFERREIRA, THIAGO dos S. <b>Compósitos Si3N4-TiN para aplicações estruturais</b>. Orientador: Cecilia Chaves Guedes e Silva. 2019. 103 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: <a href="https://dx.doi.org/10.11606/D.85.2019.tde-06112019-110637">10.11606/D.85.2019.tde-06112019-110637</a>. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/30428.
dc.identifier.doi10.11606/D.85.2019.tde-06112019-110637pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.ipen.br/handle/123456789/30428
dc.localSão Paulopt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.subjectceramics
dc.subjectsilicon nitrides
dc.subjectyttrium alloys
dc.subjectaluminium oxides
dc.subjectoxide minerals
dc.subjecttitanium oxides
dc.subjectnitrogen additions
dc.subjectmicrostructure
dc.subjectmaterials testing
dc.subjecttrace amounts
dc.subjectsintering
dc.subjecthardness
dc.subjectfracture properties
dc.subjectmechanical properties
dc.subjectimplants
dc.subjectx-ray diffraction
dc.subjectscanning electron microscopy
dc.subjectdispersion relations
dc.titleCompósitos Si3N4-TiN para aplicações estruturaispt_BR
dc.title.alternativeSi3N4-TiN composites for structural applicationspt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dspace.entity.typePublication
ipen.autorTHIAGO DOS SANTOS FERREIRA
ipen.codigoautor3402
ipen.contributor.ipenauthorTHIAGO DOS SANTOS FERREIRA
ipen.date.recebimento19-12
ipen.identifier.ipendoc26405pt_BR
ipen.meioeletronicohttps://teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-06112019-110637/pt-br.phppt_BR
ipen.type.genreDissertação
relation.isAuthorOfPublication334f8841-5c17-4cd1-995b-9cfaf53eb4dd
relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery334f8841-5c17-4cd1-995b-9cfaf53eb4dd
sigepi.autor.atividadeFERREIRA, THIAGO DOS SANTOS:3402:720:Spt_BR
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