Título

COMPÓSITOS REFRATÁRIOS DE ALUMINA E MATRIZ POLIMÉRICA CONTENDO ADIÇÕES DE NANOESTRUTURAS DE CARBONO E ELEMENTOS ANTIOXIDANTES Refratário Contendo Carbono Nanoestruturado e Antioxidantes

ALUMINA AND POLIMERIC MATRIX REFRACTORY COMPOSITES CONTAINING ADDITIONS OF CARBON NANOSTRUCTURES AND ANTIOXIDANT ELEMENTS

Autoria

Mitre, Leonardo; Silva, Guilherme Frederico Bernardo Lenz e; Santos, Adelina Pinheiro

DOI

10.5151/2594-5327-21634

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Resumo

Nas mais diversas aplicações no meio industrial é ampla a utilização de refratários contendo carbono. Buscando atender a demanda por materiais que suportem condições operacionais mais rigorosas, torna-se necessário o desenvolvimento de refratários com alta tecnologia agregada e desempenho superior. Já foi comprovado que a utilização de formas nanoestruturadas de carbono permite reduzir substancialmente o teor de carbono no refratário, o que resulta em produção de materiais metálicos mais limpos (notadamente o aço), maior vida útil da carcaça metálica do equipamento, menor condutividade térmica (com menor perda térmica no tijolo refratário) com consequente produção de materiais ambientalmente mais adequados. No entanto, estas fontes carbonosas em escala nano trazem a desvantagem de apresentarem áreas superficiais muito elevadas estando portanto, muito mais suscetíveis à oxidação em altas temperaturas. Buscando reduzir esse efeito foram adicionadas às formulações, separadamente, elementos (B, Ti, Si) com elevada afinidade termodinâmica pelo oxigênio. Através do planejamento fatorial de experimentos do tipo 22 x 23, onde foram aplicadas 3 fontes de carbono (Nanotubos multiwall, nanofibras e negro de fumo), duas temperaturas e dois tempos de queima, demonstramos através de dados obtidos de análises termogravimétricas, o efeito sinérgico entre os antioxidantes e os carbonos nas formulações de refratários.

 

In the most diverse applications in industrial environment is extensive use of carbon-containing refractories. Seeking to meet the demand for materials that support more stringent operating conditions, it becomes necessary to the development of refractories with high technology and superior performance. In recent year, refractory nanocomposites have been developed by incorporating a second carbon phase of nanometric dimensions into the ceramic matrix. Has already been proven that the use of carbon nanostructured allows to substantially reduce carbon in refractory, which results in cleaner production of metallic materials (notably the steel), longer service life of metal casting equipment, less thermal conductivity (with less thermal loss in firebrick) with consequent production of environmentally more suitable materials. Nevertheness, two technological barriers must be overcome for the effective use of carbon nanocomposites in refractory materials: i) the efficient control of dispersion in the ceramic matrix and the polymer resin, ii) improvement of the resistance to oxidation at high temperatures. Seeking to reduce this effect were added to the formulations, separately, elements (Si, B and Ti) that exhibit high affinity for the oxygen. Using a type 22 x 23 factorial design of experiments (DOE), where were applied 3 carbons sources (carbon black CB, multiwall nanocarbons MWNC and carbon nanofibers NF), two temperatures (700 and 1,000 oC) and two times for firing, were demonstrated that the data obtained by thermogravimetric analysis the synergistic effect between antioxidants and nanocarbons in refractory formulations.

Palavras-chave

Refratários; Nanocarbonos; Antioxidantes; Planejamento de experimentos.

Refractories; Nanocarbons; Antioxidants; Design of experiments