Title

DESENVOLVIMENTO DE REFRATÁRIOS À BASE DE ALUMINA CONTENDO ADIÇÕES DE NANOESTRUTURAS DE CARBONO E ESTUDO DE OXIDAÇÃO DESTES COMPÓSITOS REFRATÁRIO CONTENDO CARBONO NANOESTRUTURADO

DEVELOPMENT OF REFRACTORY BASED ON ALUMINA CONTAINING ADDITIONS OF CARBON NANOSTRUCTURES AND STUDY OF OXIDATION OF THESE COMPOSITES REFRACTORY CONTAINING CARBON NANOSTRUCTURED

Authorship

Mitre, Leonardo; Furtado, Clascídia Aparecida; Santos, Adelina Pinheiro; Silva, Sérgio Cabral; Silva, Guilherme Frederico Bernardo Lenz e

Mitre, Leonardo

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Furtado, Clascídia Aparecida

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Santos, Adelina Pinheiro

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Silva, Sérgio Cabral

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Silva, Guilherme Frederico Bernardo Lenz e

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DOI

10.5151/2594-5327-18377

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Abstract

A presença do carbono em materiais refratários modifica a tensão superficial entre o sólido (refratário) e o líquido (metal-escória) apresentando ainda papel importante quanto à resistência mecânica e ao choque térmico. Atualmente vem sendo desenvolvidos nanocompósitos com incorporação na matriz cerâmica de uma segunda fase com dimensões em escala nanométrica visando o desenvolvimento de materiais com desempenhos aprimorados, lançando mão de propriedades mecânicas, térmicas e físico- químicas únicas dos nanomateriais de carbono. Duas barreiras tecnológicas devem ser contornadas: o controle eficiente da dispersão e estabilização do sistema ligante polimérico e a melhoria/otimização da resistência à oxidação em temperaturas elevadas. Este trabalho teve como objetivos a avaliação dos aspectos termodinâmicos e cinéticos do processo de oxidação dos componentes carbonosos nanoestruturados (nanotubos, nanofibras e negro de fumo) e do carbono amorfo proveniente da transformação da resina polimérica em compósitos refratários. A análise cinética foi realizada tendo como base o método termogravimétrico das diferentes composições, de forma a obter e ajustar modelos matemáticos que representem o processo de oxidação. Foram também investigados os efeitos do acréscimo de aditivos de elevada afinidade termodinâmica pelo oxigênio (ex: boro, titânio e silício) de modo a reduzir ou eliminar a oxidação dos carbonos nanoestruturados incorporados nos compósitos.

The presence of carbon in refractory materials modifies the surface tension between the solid (refractory) and liquid (slag-metal) in addition to presenting important role in the mechanical strength and thermal shock. Currently being developed nanocomposites incorporating the ceramic matrix of a second phase with nanoscale dimensions in order to develop materials with improved performance, making use of mechanical, thermal and physicochemical only of carbon nanomaterials. Two technological barriers must be overcome: the efficient control of the dispersion and stabilization of polymeric binder system and the improvement / optimization of the oxidation resistance at elevated temperatures. This study aimed to evaluate the thermodynamic and kinetic aspects of the oxidation process of carbonaceous nanostructured components (nanotubes, nanofibers and carbon black) and amorphous carbon from the transformation of the polymer resin in refractory composites. The kinetic analysis was performed based on the thermogravimetric method of different compositions in order to obtain and adjust the mathematical models representing the oxidation process. We also investigated the effects of adding additives of high thermodynamic affinity for oxygen (eg, boron, titanium and silicon) to reduce or eliminate the oxidation of carbon nanostructures embedded in composites.

Keywords

Refratários; Nanocarbonos; Antioxidantes; Análise térmica.

Refractories; Nanocarbons; Antioxidants; Thermal analysis