Processamento e caracterização de materiais cerâmicos experimentais

Abstract

O objetivo desse trabalho foi avaliar a viabilidade do processamento da cerâmica de dissilicato de Lítio a partir da técnica de impressão direta a jato de tinta (robocasting), testá-la mecanicamente e analisar sua microestrutura. Os grupos experimentais (n=30) foram divididos em: AR (aditivo/robocasting) e FS (fresagem/subtrativa). Para o grupo AR, preparou-se uma “tinta” obtida a partir da mistura de pó de cerâmica de dissilicato de Lítio com poliacrilato de amônia a 0,8% numa relação de 1:1. Após, foi adicionado hidroxipropil metilcelulose a 1% como viscosificante e polietilenimina a 0,1% para geleificação da mistura. Um modelo digital em forma de disco (d=16mm) foi produzido em um software, e o disco cerâmico foi impresso em impressora 3D a partir da tinta produzida com configuração de impressão de 10 camadas de 0,2mm com um anel externo, preenchido internamente no eixo “X” ou “Y” em cada camada. Para o grupo FS, blocos cerâmicos pré-cristalizados foram cortados em uma cortadora de precisão, seguidos por brocas diamantadas do tipo “serra copo” até a obtenção de discos com 12,1mm de diâmetro e 1,21mm de espessura. Os discos de ambos os grupos foram cristalizados a 840ºC, atingindo dimensões finais de aproximadamente 12mm por 1,2mm. Os espécimes foram submetidos ao teste de resistência à flexão biaxial de 3 pontos (RFB) (n=30) em uma máquina de ensaios universal, utilizando uma célula de carga de 500N, e os valores da carga aplicada foram registrados (MPa) no momento da fratura. Imagens fractográficas dos espécimes (n=1) fraturados foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) para verificação da origem da fratura e porosidade dos materiais. Os espécimes foram submetidos ao teste de dureza Vickers (GPa) (n=5) em um durômetro, com cinco indentações em cada espécime (1Kgf/15 s) em pontos espaçados de 500µm. Um espécime por grupo (n=1) foi levado à difratometria de raios-X (DRX) para análise química da fase cristalina dos materiais. Para RFB, o grupo AR obteve valores menores (128,02 ± 33,91) do que o grupo FS (325,09 ± 63,98). Para Vickers, o grupo AR também obteve valores menores (4,07 ± 0,30) do que o grupo FS (5,63 ± 0,14). Na análise por DRX, o grupo AR mostrou menor conversão de metassilicato de Lítio em dissilicato de Lítio do que o

grupo FS. Imagens de MEV mostraram a microestrutura da cerâmica do grupo AR mais porosa do que o grupo FS. Foi demonstrada a viabilidade da fabricação da cerâmica de dissilicato de Lítio por robocasting. No entanto, a cerâmica apresentou pior performance mecânica, que poderia ser explicada pela menor formação de cristais de dissilicato de Lítio após cristalização e maior porosidade na sua fabricação.