Development of an oxide ceramic matrix composite manufactured via the combination of filament winding and freeze gelation process

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Machry, Thays
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Compósitos; Sol-gel; Fibras cerâmicas; Gelificação; Ciência dos materiais
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/195693

Compósitos de cerâmica oxida são materiais promissores para aplicações em ambientes de aplicações extremas onde resistência a altas temperaturas combinadas a cargas mecânicas sob oxidação e/ ou corrosão são necessárias. Tais aplicações são, por exemplo, turbinas a gás, sistemas de proteção térmica e mísseis de alta velocidade. A fim de cumprir esses requisitos, matrizes de cerâmica oxida devem ser desenvolvidos para a manufatura de compósitos com fibras cerâmicas. Neste trabalho, compósitos de cerâmica oxida foram desenvolvidos através da combinação das vantagens do processo coloidal para a fabricação de uma matriz cerâmica oxida com as vantagens de uma técnica robotizada (filament winding) para infiltração da suspensão coloidal (sol gel) nas fibras cerâmicas. O compósito é consolidado através da gelificação da suspensão por congelamento. Usando a técnica do sol gel e o processo de gelificação por congelamento, matrizes cerâmicas com mulita ou alumina como carga foram desenvolvidas e infiltradas em fibras cerâmicas oxidas (NextelTM 610, 3000 denier, proteção orgânica) usando uma técnica para infiltração de filamentos chamada “filament winding”. Diretamente após infiltração e montagem, o compósito é congelado e consolidado devido a transição da solução em gel. Depois de consolidado, o material é secado e os cristais de gelo formados durante o congelamento do material são evaporados, por fim o compósito é sinterizado em atmosfera normal. A porosidade resultante no compósito corresponde ao espaço ocupado pelos antigos cristais de gelo. Verificou-se que, para o desenvolvimento de tais matrizes cerâmicas, homogeneização da suspensão e tamanho de partícula dos elementos de carga é fundamental para garantir a estabilidade da suspensão cerâmica durante seu processamento. Os compósitos fabricados e suas propriedades físicas, termomecânicas e mecânicas são testadas com ênfase nas propriedades interlaminares do compósito. A combinação do processo de gelificação com o “filament winding” foi demonstrada com sucesso. Impregnação homogênea dos filamentos de fibras é alcançado independentemente da matriz cerâmica usada, no entanto, um melhor desempenho mecânico dos compósitos com carga de alumina é observado. Isso ocorre, pois, os compósitos com mulita necessitam de temperaturas de sinterização mais elevadas para elevar sua resistência e propriedades interlaminares, dadas ao compósito pela matriz cerâmica.