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

Abstract

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.