Produção e caracterização de compósitos de matriz cerâmica (CMC) baseado em zircônia-titânia reforçado com óxido de terra rara para revestimento do sistema de exaustão de turbina do setor aeroespacial

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: LUCINDO, Vitor de Moura
Orientador(a): YADAVA, Yogendra Prasad
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso embargado
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Engenharia Mecanica
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Engenharia Mecânica
Turbinas a gás
Compósitos cerâmicos
Revestimento
Zircônia-titânia
Y₂O₃
Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/35903
Resumo: Nos dias atuais, os fabricantes de turbinas a gás usadas na indústria aeroespacial tornaram-se mais preocupados sobre as perspectivas do uso de compósitos de matriz cerâmica na seção quente destes motores, devido sua maior capacidade de suportar altas temperaturas e exigência de menor refrigeração do ar, de modo a reduzir o consumo de combustíveis e melhorar a performance. Por outro lado, a fragilidade intrínseca das cerâmicas é ainda um fator crucial para uso destes materiais em estruturas mecânicas e aplicações industriais. Para reduzir a fragilidade e aumentar a resistência mecânica e a tenacidade à fratura, normalmente as cerâmicas são reforçadas com incorporação de um ou mais aditivos cerâmicos. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver compósitos de matriz cerâmica zircônia-titânia (ZrO₂-TiO₂) reforçados com óxido de terra rara, ítria (Y₂O₃), que apresentem as características de alta tenacidade à fratura, alta resistência mecânica e resistência a ambiente de alta temperatura, para revestimento de sistema de exaustão de turbina aeroespacial. Os compósitos cerâmicos ZrO₂-TiO₂-Y₂O₃ foram produzidos por processo termomecânico, variando o teor em massa de TiO₂ em 3%, 8%, 13% e 18% e o teor em massa de Y₂O₃ em 8% e 10%, e sinterizados em temperaturas de 1350°C durante 6 horas. As propriedades estruturais, microestruturais e mecânicas foram estudadas por difratometria de raios x (DRX), densidade absoluta, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e microdureza Vickers. A microestrutura dos compósitos cerâmicos com 10% de Y₂O₃ apresentou melhor homogeneidade em distribuição e tamanho de partículas, e a microdureza Vickers apontou que o compósito com 13% de TiO₂ e 10% de Y₂O₃ obteve o melhor resultado, indicando que este é um potencial candidato para uma possível aplicabilidade no revestimento do sistema de exaustão de turbina do setor aeroespacial.
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Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2019.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/35903Nos dias atuais, os fabricantes de turbinas a gás usadas na indústria aeroespacial tornaram-se mais preocupados sobre as perspectivas do uso de compósitos de matriz cerâmica na seção quente destes motores, devido sua maior capacidade de suportar altas temperaturas e exigência de menor refrigeração do ar, de modo a reduzir o consumo de combustíveis e melhorar a performance. Por outro lado, a fragilidade intrínseca das cerâmicas é ainda um fator crucial para uso destes materiais em estruturas mecânicas e aplicações industriais. Para reduzir a fragilidade e aumentar a resistência mecânica e a tenacidade à fratura, normalmente as cerâmicas são reforçadas com incorporação de um ou mais aditivos cerâmicos. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver compósitos de matriz cerâmica zircônia-titânia (ZrO₂-TiO₂) reforçados com óxido de terra rara, ítria (Y₂O₃), que apresentem as características de alta tenacidade à fratura, alta resistência mecânica e resistência a ambiente de alta temperatura, para revestimento de sistema de exaustão de turbina aeroespacial. Os compósitos cerâmicos ZrO₂-TiO₂-Y₂O₃ foram produzidos por processo termomecânico, variando o teor em massa de TiO₂ em 3%, 8%, 13% e 18% e o teor em massa de Y₂O₃ em 8% e 10%, e sinterizados em temperaturas de 1350°C durante 6 horas. As propriedades estruturais, microestruturais e mecânicas foram estudadas por difratometria de raios x (DRX), densidade absoluta, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e microdureza Vickers. 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To reduce fragility and increase mechanical resistance and fracture tenacity, typically the ceramics are reinforced with incorporation of one or more ceramic additives. In this sense, the present work aimed to develop zirconia-titania (ZrO₂-TiO₂) ceramic matrix composites reinforced with rare earth oxide, yttria (Y₂O₃), which have characteristics of high fracture tenacity, high mechanical resistance and high temperature environment resistance, to coat the aerospace turbine exhaust system. ZrO₂-TiO₂-Y₂O₃ ceramic composites were produced by thermomechanical process, ranging the mass percentage of TiO₂ at 3%, 8%, 13% and 18% and the mass percentage of Y₂O₃ at 8% and 10%, and sintered in temperature of 1350 °C for 6 hours. The structural, microstructural and mechanical properties were studied by x-ray diffraction, absolute density, scanning electron microscopy, dispersive energy spectroscopy and Vickers microhardness. The microstructure of 10% Y₂O₃ ceramic composites showed better homogeneity in particle size and distribution, and Vickers microhardness showed that the 13% TiO₂ and 10% Y₂O₃ composite had the best result, indicating that this is a potential candidate for possible applicability in the coating of the aerospace turbine exhaust system.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia MecanicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessEngenharia MecânicaTurbinas a gásCompósitos cerâmicosRevestimentoZircônia-titâniaY₂O₃Produção e caracterização de compósitos de matriz cerâmica (CMC) baseado em zircônia-titânia reforçado com óxido de terra rara para revestimento do sistema de exaustão de turbina do setor aeroespacialinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Vitor de Moura Lucindo.pdfDISSERTAÇÃO Vitor de Moura Lucindo.pdfapplication/pdf2766562https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/35903/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Vitor%20de%20Moura%20Lucindo.pdf80acc678c0e1a449c5f713e567877452MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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