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- 1. Influência dos parâmetros da sinterização flash na densificação e microestrutura do ZnO Discente: Ana Gabriela Storion Orientadora: Dra. Elíria M. J. A. Pallone Coorientadora: Dra. Sylma Carvalho Maestrelli Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Materiais Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Universidade de São Paulo
- 2. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Óxido de Zinco - ZnO • Estruturas-Cristalinas (a) Wurtzita (b) Blenda de zinco (c) Sal-Gema • Semicondutor do tipo n • Aplicações em diversos setores • Melhoria de propriedades: uso de materiais nanoestruturados FONTE: MORKOÇ, H.; ÖZGÜR, Ü. Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology. Weinheim, Germany: Wiley- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2009, p. 2. 2
- 3. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Processamento de Materiais Cerâmicos Fonte: Própria autoria. Baseado em REED, J. S. Principles of Ceramics Processing. 2a ed ed. New York: John Wiley & Sons, 1995, p. 12. 3 Adaptado de FRANCIS, L. F. Powder Processes. In: Materials Processing. Elsevier, 2016. p. 343–414.
- 4. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Fonte: Própria autoria. Baseado em REED, J. S. Principles of Ceramics Processing. 2a ed ed. New York: John Wiley & Sons, 1995, p. 12. Fonte: Adaptado de CARTER, C. B.; NORTON, M. G. Ceramic Materials - Science and Engineering. New York: Springer US, 2007, p. 418-419. 4 Processamento de Materiais Cerâmicos
- 5. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Fonte: Própria autoria. Baseado em REED, J. S. Principles of Ceramics Processing. 2a ed ed. New York: John Wiley & Sons, 1995, p. 12. Adaptado de CARTER, C. B.; NORTON, M. G. Ceramic Materials - Science and Engineering. New York: Springer US, 2007, p. 418, 481. 5 Processamento de Materiais Cerâmicos
- 6. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Fonte: Própria autoria. Baseado em REED, J. S. Principles of Ceramics Processing. 2a ed ed. New York: John Wiley & Sons, 1995, p. 12. 6 Processamento de Materiais Cerâmicos
- 7. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Sinterização • Transformação do pó previamente processado em um corpo sólido: • Sinterização no estado sólido (solid state sintering - SSS) • Sinterização via fase líquida (liquid-phase sintering - LPS) • Vitrificação • Sinterização de fluxo viscoso (viscous sintering - VS) • Dois processos ocorrem concomitantemente: • Densificação e Crescimento de grão • Controlar os mecanismos da sinterização permite controlar a microestrutura de um material. Fonte: GERMAN, R. M. Thermodynamics of sintering. In: Sintering of Advanced Materials. Elsevier, 2010. p. 7. 7
- 8. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Sinterização • Vários processos não convencionais de sinterização vêm sendo estudados com o objetivo de controlar o crescimento de grão e melhorar a densificação • Dentre as principais técnicas de sinterização não convencionais, podem-se citar: • Sinterização por micro-ondas • Sinterização por plasma (SPS) • Sinterização flash 8
- 9. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Sinterização Flash • 3YSZ Cologna, Rashkova e Raj (2010) 0 a 120 V/cm Flash > 60 V/cm Sinterização convencional 1450 ºC – Sinterização Flash 850 ºC • Materiais com coeficiente negativo de temperatura • ZnO Schmerbauch et al. (2014) 0 a 160 V/cm Flash > 80 V/cm Sinterização convencional 1200 ºC – Sinterização Flash 600 a 700 ºC • No entanto, alguns obstáculos ainda precisam ser superados: • entender os mecanismos de densificação • melhorar a homogeneidade microestrutural • Dependência da geometria e dimensões Fonte: Adaptado de COLOGNA, M.; RASHKOVA, B.; RAJ, R. Flash Sintering of Nanograin Zirconia in o 5 s at 850 º C. v. 3559, n. 28133, p. 3557, 2010. Fonte: Adaptado de JHA, S. K. et al. Beyond flash sintering in 3 mol % yttria stabilized zirconia. Journal of the Ceramic Society of Japan, v. 124, n. 4, 2016, p. 283. 9 Fonte: Adaptado de JHA, S. K. et al. Beyond flash sintering in 3 mol % yttria stabilized zirconia. Journal of the Ceramic Society of Japan, v. 124, n. 4, 2016, p. 283.
- 10. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES Sinterização Flash para o ZnO • Os estudos foram realizados • com corpos de prova de ZnO em formato cilíndrico • preparados via prensagem uniaxial • Até o presente momento não existem estudos realizados sobre a influência do método de conformação na FS para corpos de prova de ZnO • A distribuição dos poros do corpo a verde cria gradientes de densidade afetam diretamente nos caminhos de passagem de corrente elétrica 10
- 11. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES OBJETIVOS O objetivo principal deste trabalho é avaliar a influência de diferentes técnicas de conformação e dos parâmetros da FS na homogeneidade microestrutural dos corpos de prova de ZnO. Objetivos específicos: • Avaliar diferentes técnicas de conformação com relação à distribuição da porosidade ao longo do corpo de prova; • Realizar a CS sob as mesmas condições; • Parametrizar o processo de FS a partir de análise experimental de diferentes configurações; • Avaliar a densificação dos corpos de prova de ZnO conformados por diferentes métodos; • Calcular o tamanho de grãos em diferentes regiões dos corpos de prova sinterizados via FS e CS; • Encontrar os melhores parâmetros da FS, para a obtenção de elevada densificação, com controle no crescimento dos grãos e microestrutura homogênea. 5
- 12. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES METODOLOGIA 12
- 13. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES METODOLOGIA 13
- 14. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS 14 Caracterização do Pó Análise granulométrica via difração a laser das amostras ZN e ZS.
- 15. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 15 Caracterização do Pó Difratograma de Raios X para as amostras ZN e ZS, juntamente com o padrão de difração do ZnO segundo a ficha JCPDS 36-1451 18nm 48nm RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
- 16. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 16 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Sinterização Convencional Sinterização Flash Dinâmica Sinterização Flash Isotérmica – Diferentes métodos de conformação e diferentes materiais do eletrodo Sinterização Flash com Isolamento Térmico Sinterização Flash com Controle de Corrente Sinterização
- 17. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 17 Sinterização Convencional Curva de retração linear e densidade relativa durante a sinterização convencional do corpo de prova ZS-PI-C a 1200 ºC/2 h. 0 200 400 600 800 1000 1200 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 Temperatura (ºC) Retração Linear Específica L/L 0 (%) L/L0 dT 794 Densidade Relativa (%DT) 55 60 65 70 75 80 85 90 95 914 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS DA = (94,5 ± 0,8) %DT
- 18. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 18 Sinterização Convencional I – superfície superior, II – centro, III – superfície inferior e IV – superfície radial ZS-PI-C Sinterizado convencionalmente a 1200 ºC/2 h RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
- 19. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 19 Sinterização Flash Dinâmica Curva de campo elétrico (E), densidade de Corrente (J), e densidade de Potência (P) e retração linear (dL/L0) durante a sinterização flash do corpo de prova Prensagem Isostática e Eletrodos de Pt 0 30 60 0 100 200 0 500 1000 1500 -100 0 100 200 -15 -10 -5 0 E (V/cm) J (mA/mm²) 60s 898 ºC 862 ºC P (mW/mm³) dL/L0 (%) Tempo (s) RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS DA = (95,7 ± 1,2) %DT
- 20. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 20 I – superfície superior, II – centro, III – superfície inferior e IV – superfície radial Prensagem Isostática e Eletrodos de Pt - 60 V/cm e 200 mA/mm2 Sinterização Flash Dinâmica RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
- 21. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 21 Sinterização Flash Isotérmica Tempo de incubação (s) e DA (%DT) - FSI a 800 ºC RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
- 22. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 22 Sinterização Flash Isotérmica Teste de Tukey - Tempos de incubação - FSI RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
- 23. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 23 Sinterização Flash Isotérmica Teste de Tukey – Densidade Aparente - FSI RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
- 24. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 24 Sinterização Flash Isotérmica RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Conformação por Prensagem Isostática Eletrodos de Platina Eletrodos de Inconel DA = (94,3 ± 0,3) %DT DA = (94,8 ± 0,7) %DT
- 25. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 25 Sinterização Flash Isotérmica RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Conformação por Prensagem Uniaxial a 140 MPa Eletrodos de Platina Eletrodos de Inconel DA = (94,7 ± 1,4) %DT DA = (93,8 ± 1,1) %DT 0 30 60 0 100 200 0 100 200 300 400 500 0 500 1000 1500 0 100 200 300 400 500 ZS-PU140-FSI-Pt E (V/cm) J (mA/mm²) P (mW/mm³) t (s) ZS-PU140-FSI-In t (s)
- 26. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 26 Sinterização Flash Isotérmica RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Conformação por Prensagem Uniaxial a 300 MPa Eletrodos de Platina Eletrodos de Inconel DA = (93,1 ± 2,3) %DT DA = (91, ± 0,3) %DT
- 27. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 27 Sinterização Flash Isotérmica RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Conformação por Colagem de Barbotina Eletrodos de Platina Eletrodos de Inconel DA = (91,4 ± 0,2) %DT DA = (91, ± 1,4) %DT
- 28. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 28 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS FS isotérmica Eletrodos de Pt 60 V/cm 200 mA/mm²
- 29. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 29 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS 0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 50 60 70 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 50 60 70 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 50 60 70 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 50 60 70 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 0 200 400 600 800 1000 1200 Barbotina PU300 PU140 J (mA/mm²) E (V/cm) P (mW/mm³) t (s) Isostática J (mA/mm²) E (V/cm) P (mW/mm³) t (s) J (mA/mm²) E (V/cm) P (mW/mm³) t (s) J (mA/mm²) E (V/cm) P (mW/mm³) t (s) Curva de campo elétrico (E), densidade de Corrente (J), e densidade de Potência (P) durante a sinterização flash dos corpos de prova conformados pelos diferentes métodos.
- 30. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 30 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Sinterização Flash com Isolamento Térmico (TIFS) I – superfície superior, II – centro, III – superfície inferior e IV – superfície radial Prensagem Isostática e Eletrodos de Pt - 60 V/cm e 200 mA/mm2 Aparato adaptado para TIFS (94,9 ± 1,3) %DT
- 31. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 31 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Sinterização Flash com Controle de Corrente (MSFS) 0 30 60 0 100 200 0 500 1000 1500 0 100 200 -15 -10 -5 0 E (V/cm) J (mA/mm²) P (mW/mm³) dL/L0 (%) Tempo (s) 100 150 200 0 200
- 32. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 32 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Sinterização Flash com Controle de Corrente (MSFS) 0 30 60 0 100 200 0 500 1000 1500 0 100 200 300 400 500 -15 -10 -5 0 0 30 60 0 100 200 0 500 1000 1500 0 100 200 300 400 500 -15 -10 -5 0 E (V/cm) Rampa 1 Rampa 2 J (mA/mm²) P (mW/mm³) dL/L0 (%) Tempo (s) Curva de densidade de corrente (J), campo elétrico (E), densidade de Potência (P) e retração linear (dL/L0) Colagem de Barbotina e Eletrodos de Pt - 60 V/cm e 200 mA/mm2
- 33. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES 33 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS Sinterização Flash com Controle de Corrente (MSFS) I – superfície superior, II – centro, III – superfície inferior e IV – superfície radial Colagem de Barbotina e Eletrodos de Pt - 60 V/cm e 200 mA/mm2 89,8 %DT
- 34. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSÕES CONCLUSÕES PARCIAIS 34 • Diferentes configurações dos ensaios de FS resultam em diferenças significativas na microestrutura dos corpos de prova • TIFS • MSFS • Diferentes métodos de conformação ocasionaram em diferenças microestruturais e também de densificação • PU 140 e 300 MPa • Colagem de Barbotina e Prensagem isostática • A utilização de eletrodos de Inconel, até o presente momento, não demonstrou ocasionar modificações consideráveis na microestrutura e densificação dos corpos de prova de ZnO, exceto em alguns casos pontuais. • A elaboração dos melhores parâmetros ainda encontra-se sob construção para dar prosseguimento nas etapas futuras do presente trabalho.
- 35. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 35 Planejamento Trimestral Atividades Propostas 2018 2019 2020 2021 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Revisão Bibliográfica Créditos em Disciplinas Aquisição e Caracterização do pó Preparo pó submicrométrico Conformação (ZS) CS (ZS) FS e variáveis (ZS) Caracterizações (ZS) Análises dos Resultados Avaliar melhores condições Preparo pó nanométrico CS (ZN) FS e variáveis (ZN) FS com atmosfera controlada Análise dos resultados
Notas do Editor
- Bom dia. Gostaria de agradecer primeiramente a presença de todos, em especial a banca. Darei inicio à minha apresentação do meu exame de qualificação de doutorado, intitulado:Influência dos parâmetros da sinterização flash na densificação e microestrutura do ZnO. O trabalho está sendo orientado pela Professora Elíria e coorientado pela Professora Sylma.
- O óxido de Zinco (ZnO) é um material cerâmico que naturalmente apresenta vacâncias de oxigênio e excesso de zinco, que vai proporcionar uma quantidade de elétrons livres na camada de valência para serem excitados à banda de condução, caracterizando entao como um Semicondutor do tipo n. Os semicondutores formados por um elemento metálico da família IIB e um não-metálico da familia VIA, como é o caso do ZnO, geralmente cristalizam-se na estrutura cristalina blenda de zinco e wirtzita, e o ZnO ainda pode cristalizar-se na estrutura Sal-gema. As duas primeiras estruturas são mais difíceis de serem obtidas, e a estrutura que ocorre mais naturalmente para o ZnO sob condições normais de temperatura e pressão é a Wurtzita. As características fazem com que o ZnO possua aplicaçoes em diversos setores, como na fotocatálise, células solares, laser, e dispositivos de proteção UV. boa transparência, alta mobilidade de elétrons, ampla gama de absorção de radiação, Ainda, as propriedades elétricas, óticas, mecânicas e catalíticas do ZnO podem ser melhoradas utilizando escala nanométrica, e para isso é preciso trabalhar tanto no material de origem como também no processamento desse material até obter o produto final.
- O processamento de um material cerâmico vai desde a matéria prima até o produto final, e é dividido em etapas, que vao depender do material que está trabalhando, dos recursos financeiros disponíveis, da geometria pretendida, da qualidade do acabamento, etc. De forma geral, pode-se dizer que o processamento é composto pela etapa de escolha das matérias-primas, a formulação adequada caso utilize-se mais de um material, a moagem ou mistura desses materiais, que nessa etapa tambem é realizada a desaglomeração das partículas do pó, que pode ser tanto a seco quanto a úmido, utilizando aditivos adequados, passando posteriormente pela classificação para determinar a granulometria que se deseja trabalhar, e então segue para a etapa de conformação. O método de conformação escolhido vai influenciar no gradiente de densidade que é gerado pelo volume da peça. Se o método utilizado não fornece uma homogeneidade na distribuição do pó por toda a extensão da peça, o material irá retrair e se consolidar de maneira irregular. Dentre os principais métodos de conformação tem-se a conformação no estado sólido, ou conformação mecânica, conformação plástica e conformação líquida. A compactação mecânica do pó se dá pela alimentação do material granulado em um molde rígido com o formato desejado. O molde irá comprimir o pó a pressões elevadas (para alguns materiais cerâmicos variando entre 100 e 300 MPa) para promover um forte contato entre as partículas
- A conformação plástica envolve uma massa cerâmica, que consiste em uma mistura homogênea do pó de partida com aditivos, que exercem a função de fornecer determinada viscosidade à mistura, para que esta seja processada. A extrusão é amplamente aplicada na fabricação contínua de peças de seção transversal uniforme, e a injeção é utilizada para peças de maior complexidade, apresentando custos mais elevados devido ao elevado uso de aditivos
- Na colagem de barbotina, a suspensão é vertida em um molde poroso, geralmente de gesso, a partir do qual uma força de capilaridade promove a sucção do líquido, realizando a secagem do material e fazendo com o que o mesmo fique aderido às paredes do molde. Na colagem de fita a barbotina é espalhada sobre uma esteira, cuja superfície contém um plástico removível, Ao passar pela câmera de secagem, a barbotina é transformada em uma fita flexível devido ao uso dos aditivos poliméricos, com uma espessura fina. Após a conformação da peça cerâmica pelo método escolhido, é preciso remover tanto o solvente utilizado no processo como os aditivos adicionados. Isso deve ser feito de maneira lenta pra evitar a ruptura do material conformado, e sem produzir defeitos em sua microestrutura.
- Primeiramente, há apenas o contato das partículas do material, sem ligações entre elas. O estágio inicial começa quando se é atingido um determinado grau de mobilidade atômica (DEJONGHE; RAHAMAN, 2003) e o pescoço entre as partículas se forma (geralmente de tamanhos inferiores a 1/3 do tamanho das partículas). Nesse estágio, ainda há grande volume de poros Já no estágio intermediário, a densificação se intensifica, o tamanho dos pescoços cresce para aproximadamente metade do tamanho das partículas, e a densidade pode atingir entre 70 e 92% da densidade teórica Neste estágio, os poros apresentam morfologia tubular e ainda estão interconectados e ligados à superfície externa Já no estágio final, ocorre o isolamento dos poros, eliminação da porosidade residual (podendo chegar a valores próximos a 100% da densidade teórica) e a predominância do crescimento dos grãos
- Vários processos não convencionais de sinterização vêm sendo estudados com o objetivo de controlar a densificação e crescimento de grão, dentre os quais se podem citar as técnicas FAST, em que um campo elétrico aplicado no material influencia o comportamento da sinterização
- Foi primeiramente apresentada por Raj e colaboradores...onde o material utilizado, a zirconia estabilizada com 3% em mol de ítria foi colocada em contato direto com dois eletrodos e foi aplicado um campo elétrico juntamente com a temperatura do forno até que em um dado momento uma corrente elétrica passa a percorrer o corpo de prova. o primeiro estágio (I) é caracterizado pelo aumento abrupto da condutividade do material, devido à transição de isolante para condutor, promovendo altas concentrações de pares elétron-buraco. O segundo estágio (II) é caracterizado por um aumento não-linear da condutividade do corpo de prova, e então a fonte passa do modo de controle de tensão para controle de corrente elétrica, de maneira a impedir o aumento descontrolado da densidade de corrente elétrica Neste estágio acontece a maior retração linear do corpo de prova e, consequentemente, maior densificação O terceiro estágio (III) inicia-se após a mudança no modo de controle da fonte, em que o corpo de prova pode permanecer sob controle de corrente elétrica por um período de tempo determinado, em um estado estacionário,
- As amostras corresponderam ao padrão de difração da ficha JCPDS 36-1451 (MCMURDIE et al., 1986) . Identificou-se a estrutura cristalina hexagonal, correspondente ao do mineral Zincita ou Wurtzita. A estrutura correspondente está de acordo com o esperado segundo a literatura, que consiste na fase mais termodinamicamente estável em condições de temperatura e pressão
- O valor da densidade aparente medida pelo princípio de Arquimedes para os corpos de prova ZS submetidos à CS foi de (94,5 ± 0,8)
- O valor da densidade aparente medida pelo princípio de Arquimedes para os corpos de prova ZS submetidos à CS foi de (94,5 ± 0,8)
- Percebe-se que os grãos apresentam morfologia homogênea e tamanhos semelhantes por todas as regiões, como esperado para uma CS. Ao se considerar que as partículas iniciais estavam em valores próximos a 100 nm, as micrografias apontam crescimento exacerbado dos grãos, próximo a duas ordens de magnitude
- Considerando como Tonset a temperatura do forno no início da sinterização flash no momento em que a densidade de corrente elétrica percorrendo o corpo de prova atinge um valor de 1 mA/mm² (valor adotado arbitrariamente), tem-se que ao utilizar um campo elétrico de 60 V/cm a Tonset corresponde a aproximadamente 862 ºC. Verifica-se também o evento flash em aproximadamente 898 ºC (pico máximo da curva de densidade de corrente), característico pelo aumento súbito da densidade de corrente elétrica do corpo de prova, aliado a uma diminuição do campo elétrico e aumento da taxa de retração linear
- Verifica-se que a região II, correspondente ao centro, apresenta grãos com dimensões maiores que as demais. Este comportamento pode ser explicado devido ao fato que, em elevadas temperaturas (que o corpo de prova atinge pelo efeito Joule) ocorre a perda de calor por radiação e convecção para o ambiente, que se dá de maneira mais intensa pela superfície do corpo de prova. Isso faz com que seja criado um fluxo de calor no sentido do centro para fora, o que gera um gradiente térmico ao longo do corpo de prova, onde o interior permanece a uma temperatura mais elevada do que a superfície externa. Ao permanecer por uma temperatura mais elevada por um período maior de tempo, induz-se o crescimento do grão na região central do corpo de prova. as regiões I e III (que correspondem à região próxima aos eletrodos) apresentam dimensões inferiores às demais. Este fato pode estar associado ao motivo de que, além da perda por convecção e radiação na superfície, o contato com os eletrodos, que é constituído de um material condutor, faz com que ocorram perdas por condução de forma mais acentuada que nas demais regiões, criando também uma zona de temperatura inferior às demais as regiões próximas aos eletrodos estavam sob menores temperaturas do que o restante. Os autores sugeriram que isto poderia estar associado à liberação de calor durante as reações de oxidação e redução, em ambas extremidades que ocorrem no contato entre o cátodo-ânodo-eletrólito, e também pela formação de defeitos nas regiões próximas aos contatos, que são geralmente endotérmicas (consumindo energia da vizinhança). Ao comparar a micrografia do corpo de prova obtido via FS (Figura 24) com o obtido via CS (Figura 20), pode-se perceber que, embora apresente também crescimento do grão quando comparado ao material de origem (para todas as regiões), na FS este crescimento ocorreu de maneira mais suave que na CS. A supressão do crescimento dos grãos na FS, conforme discutido na literatura,
- Os ensaios isotérmicos da FS foram executados a fim de avaliar a influência do método de conformação na densificação e microestrutura, bem como se a substituição dos eletrodos de platina por eletrodos de Inconel causam modificações consideráveis no corpo de prova Para todas as condições estudadas, a densidade aparente final foi superior a 90 %. As menores densidades foram obtidas com corpos de prova conformados via colagem de barbotina, com ambos os tipos de eletrodos e também via prensagem uniaxial a 300 MPa com eletrodo de Inconel. Os maiores valores de DA aproximaram-se dos valores obtidos com a CS e com a FS. Tal comportamento é coerente, uma vez que a distribuição dos poros afeta diretamente a resistividade elétrica do material
- Rejeita-se também a hipótese de igualdade entre os corpos de prova B-Pt e todas as demais Pelos resultados, pode-se inferir que os métodos de conformação prensagem isostática e prensagem uniaxial com 140 e 300 MPa apresentaram os mesmos tempos de incubação, independente dos tipos de eletrodos utilizados. O método de conformação por colagem de barbotina diferenciou-se dos demais, apresentando médias estatisticamente semelhantes entre si quanto ao tipo de eletrodo utilizado
- e uma maneira geral, verifica-se que os métodos de conformação colagem de barbotina e prensagem uniaxial a 300 MPa apresentaram valores mais significativamente inferiores às médias. Uma possível explicação para este fato é que, ao utilizar a carga de 300 MPa para a prensagem uniaxial, pode ter excedido a máxima carga de empacotamento suportada pelas partículas. Este fato pode levar à ocorrência de laminação em algumas regiões, o que justificaria a queda na densidade aparente com relação à prensagem uniaxial de 140 MPa e isostática a 200 MPa. Com relação ao método de colagem de barbotina, associando a menor densidade aparente obtida com o fato de este apresentar também os maiores tempos de incubação
- Com relação aos métodos de conformação, os corpos de prova conformados uniaxialmente apresentaram maiores dimensões dos grãos em todas as regiões. Este fato pode estar associado ao gradiente de densidade formado durante a prensagem uniaxial, uma vez que a carga aplicada se deu em um único eixo (eixo longitudinal), fazendo com que o contato partícula-partícula seja favorecido na direção radial, podendo criar caminhos preferenciais de passagem da corrente elétrica. Para a prensagem uniaxial a 300 MPa, especificamente, existem regiões de elevadas densificações juntamente com regiões de baixa densificação e crescimento de grão, o que pode ter sido causado pela formação de caminhos preferenciais de passagem da corrente elétrica com consequente localização de aumento da temperatura. Esses caminhos preferenciais podem ser provenientes de falhas na compactação a verde. A prensagem isostática juntamente com a colagem de barbotina apresentaram melhores homogeneidades microestruturais pelas regiões analisadas, visto a melhor distribuição das cargas durante o empacotamento das partículas. No entanto, a colagem de barbotina apresentou grãos com dimensões inferiores à prensagem isostática. Este fato sugere que a colagem de barbotina, ainda que não tenha atingido valores de densificações equivalentes com as maiores %DT obtidas, pode indicar um método de conformação que, juntamente com a FS, auxilia no controle do crescimento dos grãos.
- Os diferentes métodos de conformação empregados ocasionaram em diferenças microestruturais e também de densificação. De maneira geral, a prensagem uniaxial, principalmente ao aplicar 300 MPa, ocasionou maiores heterogeneidades microestruturais, enquanto a prensagem isostática e colagem de barbotina proporcionou maior homogeneidade microestrutural. Ainda, a colagem de barbotina proporcionou maior controle no crescimento dos grãos, devido à possível melhor distribuição da corrente elétrica ao longo do corpo de prova durante a FS, ainda que a densificação necessite ser melhorada
- semelhança no tamanho dos grãos entre a região II e IV (central e radial, respectivamente) sugere que o isolamento térmico realizado impede a perda de calor por radiação e convecção pela superfície curvada, evitandoque o centro do corpo de prova permaneça a uma temperatura superior à da superfície radial. Ainda, a explicação anteriormente apresentação para a FS dinâmica ainda continua válida, uma vez que os eletrodos utilizados são constituídos de Platina de espessura relativamente elevada (~3 mm). A perda de calor por condução ainda foi efetiva e também as reações de oxidação, redução e formação de defeitos estiveram presentes nas superfícies de contato entre os eletrodos e eletrólito. Desta maneira, o isolamento térmico permitiu diminuir a diferença do gradiente térmico do centro para a superfície radial, mas não permitiu controlar o gradiente térmico no sentido longitudinal do corpo de prova.
- Percebe-se uma homogeneidade maior dos grãos em todas as quatro regiões analisadas, quando comparada às demais técnicas utilizadas. No entanto, percebe-se a existência de poros residuais, o que está coerente com a densidade aparente final, também inferior aos outros corpos de prova obtidos com as diferentes técnicas de conformação. Segundo o que foi reportado até o momento na literatura para o ZnO, Charalambous et al. (2018a) e Phuah et al. (2019) utilizaram controle de corrente utilizando corrente elétrica contínua e obtiveram diferenças microestruturais entre as regiões do ânodo e do cátodo, ainda que mais suaves que na FS dinâmica. Neste trabalho, o uso de corrente alternada possibilitou eliminar esse tipo de heterogeneidade, bem como possibilitou suavizar as diferenças entre as regiões do centro e superfície radial, causadas pelo gradiente térmico do interior à superfície do corpo de prova.