Estudo comparativo de propriedades mecânicas, térmicas e microestruturais de cerâmicas avançadas utilizadas em câmaras de moagem

Abstract

O estudo proposto no Trabalho de Conclusão de Curso em questão é baseado na caracterização de propriedades microestruturais, mecânicas e térmicas de câmaras de moagem utilizados em moinhos produzidos pela Netzsch Equipamentos de moagem e dispersão, modelo ZETA do tipo LMZ. Essas câmaras de moagem foram fabricadas por empresas fornecedoras, uma localizada na China e outra no Brasil. A empresa chinesa produziu a câmara pelo processo de prensagem isostática à quente, com Carbeto de Silício (SiC). Já a fornecedora brasileira, confeccionou a câmara via processo de conformação por colagem, com a formulação final composta majoritariamente por SiC e Nitreto de Silício (Si 3 N 4 ). Para caracterizar as propriedades de ambas as peças e compará-los, utilizamos as técnicas de Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), microdureza Vickers, Espectroscopia de Absorção Fotoacústica (EAF), e o teste de absorção de água. Com os resultados de MEV, MO e Microdureza pôde-se comparar as microestruturas das duas amostras. A amostra chinesa apresentou uma microestrutura mais fina e homogênea em comparação a outra amostra, o que também resultou em uma dureza homogênea por todo o material. Ao contrário, a amostra brasileira exibiu uma microestrutura e dureza heterogêneas, apresentando grãos de diferentes tamanhos. Essa inomogeneidade dos grãos da amostra brasileira afeta as propriedades mecânicas do material, pois a tensão que cada grão suporta é função também de sua área superficial, o que pode causar comportamentos distintos na câmara durante sua aplicação. Além disso, verificou-se uma porcentagem significativamente maior de poros na amostra brasileira quando comparado à amostra chinesa. Essa porosidade na amostra brasileira resultou em uma difusividade térmica maior do que a amostra chinesa. Porém esses poros foram encontrados com diferentes tamanhos no decorrer da microestrutura, o que pode levar a um material com gradiente de densidade, que além de prejudicar na transferência de calor (não constante por toda a peça), também poderia prejudicar a resistência ao desgaste da mesma, resultando em uma moagem inconstante do produto.

The proposed study is based on the characterization of microstructural, mechanical and thermal properties of grinding chambers used in mills produced by Netzsch grinding and dispersing equipment, model ZETA LMZ type. These grinding chambers were manufactured by supplier companies, located in China and Brazil. The Chinese company produced the chamber with Silicon Carbide by Hot Isostatic Pressing (HIP), (SiC). The Brazilian company, produced this chamber mainly of SiC and Silicon Nitride (Si 3 N 4 ) using bonding process. In order to characterize the properties of both chambers Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Vickers microhardness, Photoacoustic Absorption Spectroscopy (PAS), and water absorption analysis were used. According with the results of MEV, OM and microhardness it is possible compare the microstructures of two chambers. The Chinese sample presented a finer microstructure and homogeneous compared to another sample, which also resulted in a homogeneous hardness for all the material. On the other hand, the Brazilian sample exhibited a heterogeneous microstructure and hardness, with irregular grain size. The irregular grain size of the Brazilian sample may affect the mechanical properties of this material, because the tension that each grain supports is also a function of its surface area, which can cause different behavior through the chamber during its application. In addition, it was observed a large significant percentage of pores in the Brazilian sample when compared to the Chinese sample. This porosity in the Brazilian sample resulted in a larger thermal diffusivity of the Brazilian sample. However, these pores were found with different sizes, which can lead to a material with density gradient. All these characteristics could be harming the wear resistance, resulting for a inconstant grinding of the product.