Desenvolvimento e produção de compósitos cerâmicos zircônia-alumina reforçado com óxido de terra-rara para revestimento do sistema de exaustão de turbina aeroespacial

Abstract

Os compósitos cerâmicos têm despertado o interesse de fabricantes de turbinas a gás para revestimento de seções quentes, devido sua maior capacidade de suportar altas temperaturas e exigência de menor refrigeração do ar. No entanto, a fragilidade intrínseca das cerâmicas é ainda um fator limitante para o uso destes materiais em estruturas mecânicas e aplicações industriais. Para reduzir fragilidade e aumentar resistência mecânica e tenacidade, normalmente as cerâmicas são reforçadas com incorporação de aditivos. Estudos vêm sendo realizados acerca da utilização da zircônia incorporada com outros óxidos, pois em comparação com outros cerâmicos, a zircônia tem propriedades mecânicas superiores, tais como alta resistência mecânica, estabilidade química e boa tenacidade à fratura. Neste trabalho foram produzidos compósitos cerâmicos zircônia-alumina reforçados com um óxido de terra rara, óxido de lantânio, variando o teor de alumina (5% a 20%) e o teor de óxido de lantânio (5% a 10%). Os compósitos foram produzidos por processo termomecânico e sinterizados à 1385°C. Posteriormente, foram caracterizados quanto à estrutura, microestrutura e propriedades mecânicas através de análise de tamanho de partículas, difração de raios X, densidade relativa, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, ensaio de energia dispersiva e microdureza Vickers. A microestrutura do material sinterizado revelou uma superfície com boa homogeneidade em distribuição e tamanho de partícula. Os difratogramas obtidos pela difração de raios X evidenciaram a formação dos compósitos. A densidade das amostras ficou próxima à densidade de seus óxidos percussores. A análise microestrutural revelou que o óxido de lantânio agiu como um refinador de grãos, enquanto que a alumina induziu um crescimento de grão. O ensaio de microdureza Vickers revelou que o compósito C9 com 15% de alumina e 10% de óxido de lantânio apresentou um melhor resultado, indicando que este possui boas propriedades físicas que apontam para uma possível aplicabilidade.