Desenvolvimento de cerâmicas à base de cordierita (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) por sinterização reativa a partir de impressão 3D por extrusão usando hidrogel à base de nanosilicato de laponita

Abstract

Robocasting, também denominado como "Direct Ink Writing" é uma técnica de manufatura aditiva baseada em extrusão direta de sistemas coloidais, depositados camada por camada, utilizando uma suspensão concentrada (tinta cerâmica) visando produzir estruturas tridimensionais personalizadas. Neste trabalho, foi estudado o desenvolvimento e caracterização de cerâmicas a base de Cordierita (2Al₂O₃.5SiO₂.2MgO) obtidas a partir da extrusão de uma tinta composta de gel e SiO₂-Al₂O₃-MgO, como carga cerâmica na estequiometria final da Cordierita (2Al₂O₃.5SiO₂.2MgO). Uma tinta contendo 68,3% peso de carga sólida desenvolvida com os o grupo de aditivos Darvan-CMC-Laponita, foi desenvolvida e caracterizada quanto a sua reologia e caracteristicas térmicas (TGA/DSC). Amostras de diferentes geometrias foram impressas utilizando impressora 3D, velocidade de impressão de 10 mm/s e bico de 630 m, secas e pré-sinterizadas a 1100 °C/1h. Em seguida, sinterizadas a 1200°C - 1400 °C. As peças impressas foram sinterizadas em diferentes temperaturas e suas fases cristalinas identificadas por difração de raios-X. O grupo de amostras sinterizadas a 1425°C/1h, foram caracterizados por difração de raios X, densidade aparente e microscopia eletrônica de varredura, além de caracterizações mecânicas por dureza Vickers, módulo de elasticidade e resistência à compressão. Após a sinterização, as amostras sinterizadas apresentaram majoritariamente a fase cordierita (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) além de fases residuais de espinélio, sílica e alumina não transformadas, com densidade relativa de 75%. O material desenvolvido nesse trabalho, apresentou coeficiente de expansão térmica de 4,7x10⁻⁶/°C, Dureza Vickers de 234±74 HV. Nano dureza de 977,2±66 HV; modulo de elasticidade (E) = 43,8 ±15 GPa e resistência à compressão média de 25,3 ±21 MPa.