Title

Influência da sinterização a 1950 °c na resistência à flexão biaxial de carbeto de silício

Influence of sintering at 1950°C on the biaxial flexural strength of Silicon carbide

Authorship

ALKIMIM, HELLEN KARINA PEREIRA; OUVERNEY, LORRANA PEREIRA SILVA; JESUS, WELLINTON BRUNO DA SILVA DE; SENE, FRANK FERRER; CAMPOS, JOSÉ BRANT DE; LIMA, EDUARDO DE SOUSA

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LIMA, EDUARDO DE SOUSA

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DOI

10.5151/2594-5327-43235

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Abstract

O carbeto de silício (SiC) é amplamente empregado em aplicações estruturais e balísticas devido à sua elevada dureza, alto módulo de elasticidade e baixa densidade. Entretanto, sua elevada covalência dificulta a densificação por sinterização em estado sólido, tornando necessária a utilização de aditivos para viabilizar a sinterização por fase líquida. Neste trabalho, avaliou-se a resistência à flexão biaxial de um SiC comercial do fabricante Kymera, aditivado com Al₂O₃ e Y₂O₃ e sinterizado a 1950 °C. As amostras foram conformadas por prensagem uniaxial, submetidas à remoção de ligantes orgânicos e posteriormente sinterizadas sob atmosfera de argônio. O ensaio de flexão biaxial foi realizado de acordo com a norma ABNT NBR 6872:2023. O material apresentou resistência à flexão biaxial de 344,6 MPa, valor situado em faixa intermediária quando comparado com dados da literatura para cerâmicas de SiC sinterizadas por fase líquida com aditivos Al₂O₃–Y₂O₃. A análise dos corpos de prova fraturados indicou fratura abrupta e comportamento típico de materiais cerâmicos frágeis. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura revelaram uma microestrutura característica de LPS-SiC, com bom grau de densificação, grãos faceteados e crescimento relativamente homogêneo, embora ainda com presença de poros residuais e fase intergranular vítrea remanescente, os quais influenciaram diretamente o desempenho mecânico do material. Os resultados demonstram que o processamento adotado foi eficiente e indicam o potencial do material para aplicações estruturais, incluindo sistemas de proteção balística, com possibilidade de otimização adicional por meio do controle microestrutural.

Silicon carbide (SiC) is widely used in structural and ballistic applications due to its high hardness, high modulus of elasticity, and low density. However, its high covalency hinders densification by solid-state sintering, making the use of additives necessary to enable liquid-phase sintering. In this work, the biaxial bending strength of a commercial SiC from the manufacturer Kymera, additivated with Al₂O₃ and Y₂O₃ and sintered at 1950°C, was evaluated. The samples were formed by uniaxial pressing, subjected to removal of organic binders, and subsequently sintered under an argon atmosphere. The biaxial bending test was performed according to the ABNT NBR 6872:2023 standard. The material exhibited a biaxial flexural strength of 344.6 MPa, a value situated in the intermediate range when compared to literature data for liquid-phase sintered SiC ceramics with Al₂O₃–Y₂O₃ additives. Analysis of fractured specimens indicated abrupt fracture and behavior typical of brittle ceramic materials. Scanning electron microscopy micrographs revealed a microstructure characteristic of LPS-SiC, with a good degree of densification, faceted grains, and relatively homogeneous growth, although still with the presence of residual pores and a remaining vitreous intergranular phase, which directly influenced the mechanical performance of the material. The results demonstrate that the processing adopted was efficient and indicate the material's potential for structural applications, including ballistic protection systems, with the possibility of further optimization through microstructural control.

Keywords

Carbeto de silício, Sinterização, Flexão biaxial, Microestrutura

Silicon carbide, Sintering, Biaxial bending, Microstructure