Aula Síntese 8

Universidade Federal do Rio Grande do Norte Engenharia de Materiais

Processamento cerâmico Síntese dos pós cerâmicos

Prof. Fabiana Villela Ano/Semestre - 2013/2

Pós a partir de soluções (via úmida)

Pós a partir sólidos

Reação do estado sólido ou Mistura de óxidos ou Método cerâmico

Definição de termos básicos

Estado de aglomeração das partículas

Reação do Estado Sólido Definição:  é um método de síntese baseado na difusão do estado sólido, e

consiste na mistura mecânica de óxidos e/ou carbonatos do metal de interesse na forma de pós com o auxílio de moinhos ( moinho de bolas, atritor, vibratório) com posterior tratamento térmico. Vantagens: fácil implantação e execução; Utiliza reagentes relativamente baratos e pouco Produção

em grandes quantidades

Desvantagens: Alta contaminação com esferas de

moagem; São necessárias altas temperaturas; Pós microcristalinos; Problemas de difusão; Baixa quantidade de dopantes

reativos;

Reação do Estado Sólido Procedimento experimental A preparação pode ser feita de 2 formas: 1. Homogeneizando e moendo em moinho   

Há redução do tamanho de grãos Melhor homogeneização É mais demorado

2. Homogeneização somente em almofariz  

Somente se as partículas do pó já estarem com tamanho reduzido É mais rápido e mais simples

MgO + Al2O3 

MgAl2O4

Esquema do processo que envolve a decomposição do carbonato de cálcio

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

Processo Bayer - produção de Al2O3

Partículas com < 30 mm em moinho de martelo. Mistura com reciclado do processo e moagem para < 315µm para melhorar rendimento da digestão

Principais contaminantes da Al2O3  : Si, Fe, Ti e o Na

Reação de formação

Fase metaestável

Reação de formação Carbeto de Silício - SiC Raramente encontrado naturalmente Sintetizado a partir de quase qualquer fonte de Si (areia) e C (coque)

Processo Acheson o

SiO2

22002400 C 

 3C              SiC 

areia

reação do estado sólido coque de petróleo

moagem aquece

2CO reação ↑ endotérmica

em O2 (remover traços de C) lavagem com HF para remoção de SiO2

Reação de formação Nitreto de Silício (Si3N4) Sintetizado pela combinação de Si (metálico) e N2 (gás) de várias formas: Exemplos: 1) Nitretação direta do Silício

Si Nitretação N2

3Si + 2N2 → Si3 N4 Método que apresenta custo baixo

Moagem

Si3N4

Reação de Combustão Definição: Baseia-se na existência de reações altamente exotérmicas geradas

 pela decomposição do combustível, que são auto-sustentáveis, tornando-se assim energicamente eficientes. Vantagens: fácil implantação Processo rápido (poucos minutos) Alta temperatura de síntese

possibilitando pouca contaminação; Baixa temperatura de forno; Pós nanométricos Desvantagens: Difícil execução.; Problemas

de homogeneidade e difusão Pós extremamente aglomerados

Reação de Combustão Procedimento experimental Tipos de reagentes:  Nitratos

+ combustível orgânico (uréia, carbohidratada, amido, amina, glicina, etc.) Também

podem ser utilizado uma mistura de nitratos e óxido e/ou cloretos e/ou carbonatos, etc. (menor eficiência) Princípio Físico: Reação

altamente exotérmica seguida por difusão

Procedimento experimental Exemplo:

Material a ser sintetizado: BaTiO3 (titanato de bário) Reagentes utilizados:  Nitrato de bário –  Ba(NO3)2.H2O Dióxido de titânio –  TiO2 Uréia- CH4 N2O Reação: Ba(NO3)2 .4H2O + TiO2 + nCH4 N2O →  BaTiO3 + H2O + CO2 + N2

Fe(NO3)39H2O  Ni(NO3)26H2O Co(NO3)26H2O

 Ni1-δCoδFe2O4

Moagem de alta energia É uma moagem mecânica convencional, mas de alta energia (mechanical milling), utilizando-se um moinho de alta energia. Um caso particular desse tipo de moagem ocorre reação química ativada pela alta energia de

moagem, entre pós reagentes moídos juntos. Esses casos são denominados moagem com reação ou moagem reativa. Nesses processos trica . é possível a obtenção de pós em escala nanomé

Comportamento dos pós em relação ao tamanho das partículas,  propriedades e facilidade de processamento.