Title

DESEMPENHO MECÂNICO DE COMPÓSITOS DE SIC COM ADIÇÃO DE LAS: UMA ABORDAGEM POR MICROINDENTAÇÃO KNOOP

MECHANICAL PERFORMANCE OF SIC COMPOSITES WITH LAS ADDITION: A KNOOP MICROINDENTATION APPROACH

Authorship

CARVALHO, MAGNO TORRES; CARVALHO, MAGNO TORRES; ALKIMIM, HELLEN KARINA PEREIRA; ALKIMIM, HELLEN KARINA PEREIRA; MONTEIRO, SÉRGIO NEVES; MONTEIRO, SÉRGIO NEVES; CAMPOS, JOSÉ BRANT DE; CAMPOS, JOSÉ BRANT DE; DE MELO, FRANCISCO CRISTOVÃO LOURENÇO; MELO, FRANCISCO CRISTOVÃO LOURENÇO DE; LIMA, EDUARDO DE SOUSA; LIMA, EDUARDO DE SOUSA

CARVALHO, MAGNO TORRES

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ALKIMIM, HELLEN KARINA PEREIRA

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MONTEIRO, SÉRGIO NEVES

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CAMPOS, JOSÉ BRANT DE

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DE MELO, FRANCISCO CRISTOVÃO LOURENÇO

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LIMA, EDUARDO DE SOUSA

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DOI

10.5151/2594-5327-41838

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Abstract

Esta pesquisa explorou como a inclusão de vitrocerâmica do tipo lítio-alumínio-silicato (LAS) afeta as características de resistência de materiais cerâmicos feitos de carbeto de silício (SiC), concentrando-se na avaliação da dureza Knoop. Para tanto, foram produzidas amostras com diferentes concentrações de LAS – 1%, 5% e 15% – por meio de moagem precisa, compactação sob pressão e um processo de aquecimento a 1800 °C, em ambiente com gás argônio, para promover a união das partículas. A estrutura interna das amostras foi minuciosamente analisada e relacionada com os dados obtidos nos testes de dureza. O conjunto de amostras com 1% de LAS (DK1) exibiu o nível mais elevado de dureza (31,76 GPa em HK0,1), ultrapassando em 53% o desempenho do SiC sem adição. Esse aprimoramento foi creditado ao surgimento de uma fase semelhante ao vidro, à diminuição na quantidade de poros e à otimização do processo de compactação. Ao contrário disso, quantidades maiores de LAS levaram ao aumento da porosidade e à diminuição da performance mecânica, em decorrência da evaporação de certos componentes e da criação de fases adicionais. Os resultados evidenciam a eficiência do LAS como um componente adicional benéfico quando utilizado em pequenas quantidades, assim como a precisão do teste Knoop na identificação das propriedades de cerâmicas que se quebram facilmente. A estratégia apresentada representa uma opção interessante para aprimorar as propriedades mecânicas utilizando métodos de fabricação mais simples, auxiliando no progresso de materiais de ponta para uso em condições desafiadoras.

THIS STUDY ANALYZED THE MECHANICAL BEHAVIOR OF SILICON CARBIDE (SIC)-BASED CERAMIC SYSTEMS WHEN INCORPORATING LITHIUM-ALUMINUM-SILICATE (LAS) GLASS-CERAMIC WHILE MEASURING KNOOP HARDNESS. THE RESEARCH TEAM PRODUCED SAMPLES WITH DIFFERENT LAS PERCENTAGES BY USING CONTROLLED MILLING PROCESSES FOLLOWED BY UNIAXIAL PRESSING AND LIQUID-PHASE SINTERING AT 1800 °C UNDER ARGON GAS PROTECTION. THE SCIENTISTS CONDUCTED A MICROSTRUCTURAL ANALYSIS OF THE SAMPLES WHICH HELPED THEM TO INTERPRET THE HARDNESS MEASUREMENT OUTCOMES. THE SAMPLE DESIGNATED AS M1 WITH 1% LAS REACHED A MAXIMUM HARDNESS VALUE OF 31.76 GPA AT HK0.1 WHICH EXCEEDED PURE SIC BY 53%. THE OBSERVED ENHANCEMENT RESULTED FROM THE GLASS PHASE FORMATION AS WELL AS THE LOWERED POROSITY AND BETTER DENSIFICATION. HIGH LAS CONCENTRATIONS RESULTED IN POROUS STRUCTURES THAT DIMINISHED MECHANICAL STRENGTH BECAUSE OF ELEMENT EVAPORATION AND SECONDARY PHASE DEVELOPMENT. THESE FINDINGS CONFIRM THE PERFORMANCE OF LAS AS AN EFFECTIVE FUNCTIONAL ADDITIVE AT LOW CONCENTRATIONS WHILE EMPHASIZING THE SPECIFIC SENSITIVITY OF KNOOP HARDNESS TESTING BRITTLE MATERIALS. THE DEVELOPED METHOD SHOWS PROMISE AS AN EFFECTIVE ALTERNATIVE WHICH USES SIMPLE MANUFACTURING PROCESSES TO ENHANCE MATERIAL STRENGTH FOR APPLICATIONS IN DEMANDING ENVIRONMENTS.

Keywords

Carbeto de silício, Vitrocerâmica, Dureza Knoop.