Desenvolvimento e produção de compósitos de matriz cerâmica baseado em alumina-titânia reforçado com óxido de terra-rara para revestimento do sistema de exaustão de turbina aeroespacial

Abstract

As turbinas a gás, responsáveis pela propulsão de aeronaves, apresentam bocais de exaustão formados por um conjunto de ligas à base de níquel ou de cobalto, e estão entre os equipamentos, do setor aeroespacial, que mais falham prematuramente devido as temperaturas elevadas em que trabalham. Em consequência deste cenário, os fabricantes de turbinas buscam por uma melhora nesses componentes de seção quente. O uso de compósitos cerâmicos pode ser uma solução, pois estes materiais têm a capacidade de suportar altas temperaturas e exigem menor arrefecimento do ar, além da possibilidade de adquirir partes mais leves para seus equipamentos. Podendo, assim, otimizar o desempenho desses sistemas e alcançar menor consumo de combustível. Porém, a fragilidade intrínseca das cerâmicas é um fator que precisa ser melhorado para que esses materiais possam ser utilizados em estruturas mecânicas e aplicações industriais. Para melhorar este fator, reduzindo sua fragilidade e aumentando a resistência mecânica e tenacidade, as cerâmicas são incorporadas com aditivos. Estudos anteriores mostram que cerâmicas à base de alumina e incorporadas com outros óxidos, apresentam propriedades mecânicas superiores a outros materiais cerâmicos, obtendo-se propriedades como estabilidade química, resistência a altas temperaturas e tenacidade à fratura. Compósitos cerâmicos alumina-titânia (Al₂O₃-TiO₂) foram produzidos neste trabalho e incorporados com o óxido de terra rara, ítria (Y₂O₃), variando o teor de óxido de ítrio em 5%, 10% e 15%. Os compósitos foram produzidos por processo termomecânico e sinterizados à 1350°C, e caracterizados quanto à estrutura, microestrutura e propriedades mecânicas, através de difração de Raios - X, densidade relativa, análise do tamanho de partícula, análise termogravimétrica, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, e microdureza Vickers. Os resultados mostraram uma boa homogeneidade na distribuição e no tamanho de partículas. O ensaio de microdureza Vickers para os compósitos de 10% e 15% de ítria obteve resultados próximos e inferiores ao de 5% de ítria, sendo mais interessantes em termos de tenacidade à fratura. Porém, os resultados do DRX e da análise termogravimétrica para o compósito de 15% de ítria indicou que houve mudança da fase cristalina do compósito. Desta forma, os resultados para o compósito com 10% de ítria indicaram melhores propriedades do material para aplicação na indústria aeroespacial.