Estudo das propriedades mecânicas de porcelanato através da avaliação de tensões residuais microscópicas originadas durante a etapa de resfriamento do ciclo de queima

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2007

RESUMO

O porcelanato é formado por uma mistura de argilominerais, quartzo e feldspatos. Corresponde à classe de revestimento com melhor desempenho técnico. É constituído basicamente por 50-65% de fase vítrea, 10-25% de quartzo, <10% de mulita, 0-10% feldspatos não fundidos, 3-7% de porosidade fechada. A produção de porcelanato normalmente se faz por conformação por prensagem, a partir de matériasprimas finamente moídas, homogeneizadas por via úmida e granuladas por atomização. A queima ocorre em ciclos rápidos entre 40 e 60 min, com temperaturas máximas entre 1180 e 1220C. A etapa de resfriamento do ciclo de queima é realizada o mais rapidamente possível e com escasso controle. A única precaução tomada é reduzir a velocidade de resfriamento durante a transformação alotrópica do quartzo. Normalmente associa-se o desenvolvimento das propriedades mecânicas do porcelanato com os mecanismos de reforço atribuídos às porcelanas, mas dificilmente relacionando quais fatores que apresentam maior relevância. No presente trabalho, o desenvolvimento das propriedades mecânicas do porcelanato foi estudado com base na avaliação do desenvolvimento das tensões residuais macroscópicas e microscópicas. Diferentes magnitudes de tensões macroscópicas foram desenvolvidas por distintas velocidades de resfriamentos e alterando-se a composição de partida (caulinita, quartzo e albita). Os efeitos provocados pelas tensões microscópicas foram analisados alterando-se a composição de partida e o tamanho de partícula do quartzo. As tensões residuais macroscópicas foram medidas pelo método de relaxação de deformações por corte incremental e as tensões microscópicas por difração de raios X. A resistência mecânica e a tenacidade à fratura, método SENB, foram medidas por flexão em três pontos de apoio em máquina universal de ensaios mecânicos. Os resultados demonstraram que o porcelanato desenvolve têmpera quando submetido a resfriamento rápido. Esse processo é controlado pelas mesmas variáveis da têmpera em vidros planos, constituindo dessa forma um importante mecanismo de reforço microestrutural. Paralelamente à têmpera ocorre um processo de deterioração da microestrutura que foi quantificado matematicamente através de uma equação proposta, que associa a deterioração com o crescimento do tamanho do defeito natural de Griffith. Essa deterioração mostrou ser o principal fator que distingue as propriedades mecânicas de diferentes composições. As maiores resistências mecânicas foram obtidas para aquelas misturas que associam tensão macroscópica juntamente com o efeito de reforço provocado pelas partículas de quartzo e proteção microestrutural,, contra essa deterioração, através da interconexão dos cristais de mulita. As diferenças observadas nas tensões sobre as partículas de quartzo estão relacionadas com variações na natureza da interface (sílica amorfa ou mulita/vidro de caulinita ou vidro de albita), e não podem ser associadas indistintamente com o aumento da energia de fratura sem levar em consideração os efeitos deletérios que as fases de baixo coeficiente de expansão térmica causam à matriz vítrea. A metodologia proposta para a determinação da tensão residual microscópica sobre as partículas de quartzo, juntamente com a análise dilatométrica, comprovaram que o quartzo nas composições de porcelanato está parcialmente desconectado e que este fenômeno é controlado pelo comportamento anisotrópico da célula unitária. Desse modo, o quartzo apresenta dois diâmetros críticos a partir dos quais as partículas se desprendem parcial ou totalmente da matriz.

ASSUNTO(S)

engenharias tensões residuais ciencia dos materiais engenharia de materiais porcelanatos - propriedades mecânicas

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