Análise e caracterização mecânica da alumina reforçada com grafeno - Pereira, Cristian Guilherme Barbosa [UNESP] (2025)
Os avanços na ciência dos materiais têm impulsionado o desenvolvimento de cerâmicas avançadas, destacadas por propriedades como alta dureza, estabilidade térmica, biocompatibilidade, inércia química e resistência à corrosão. Contudo, a fragilidade inerente desses materiais ainda limita seu uso em diversas aplicações. Nesse contexto, os alótropos de carbono, como o grafeno, têm despertado grande interesse como reforço em matrizes cerâmicas. Embora promissor, o desempenho do grafeno depende fortemente das condições de mistura e sinterização adotadas. Neste trabalho, foram fabricados e caracterizados compósitos alumina-grafeno, utilizando duas matrizes cerâmicas diferentes (A1000 SG e AKP-53) e concentrações de 0,80%, 1,60% e 2,40% em peso de grafeno. Os corpos de prova foram produzidos por meio de mistura em meio úmido, secagem, compactação e sinterização em atmosfera redutora. Os resultados mostraram que, para a matriz A1000 SG, concentrações de grafeno de até 1,60% proporcionaram melhor dispersão, com menor formação de aglomerados. Esses compósitos apresentaram melhorias nos valores de resistência à flexão e tenacidade à fratura, enquanto aumentos na dureza foram observados até a concentração de 0,80%. Em contrapartida, para a matriz AKP-53, os compósitos com grafeno exibiram menor densidade e maior porosidade em comparação à matriz pura. Esses resultados foram atribuídos à formação de aglomerados e à incompatibilidade dimensional entre o grafeno e os grãos menores da matriz AKP-53, o que resultou em quedas progressivas na resistência à flexão, tenacidade à fratura e dureza. A avaliação do módulo elástico dinâmico indicou uma tendência de redução com o aumento do teor de grafeno em ambas as matrizes, associada principalmente ao aumento da porosidade, à fraca adesão interfacial e à formação de regiões estruturalmente descontínuas. Esses efeitos comprometeram a rigidez dos compósitos, especialmente em concentrações mais elevadas. Este estudo demonstra que a utilização do grafeno como reforço em matrizes cerâmicas pode melhorar significativamente suas propriedades mecânicas, desde que sejam otimizadas as condições de dispersão e compatibilidade dimensional entre os componentes. A preservação estrutural do grafeno em ambas as matrizes confirma a eficácia do método de sinterização empregado, oferecendo uma abordagem viável para a fabricação de compósitos cerâmicos com boas propriedades mecânicas.