Freeze casting process for the generation of graded porosity in Al2O3 ceramics

AUTOR(ES)
FONTE

Cerâmica

DATA DE PUBLICAÇÃO

13/12/2019

RESUMO

Resumo Foram efetuadas a preparação e a caracterização de materiais cerâmicos de alumina com gradientes funcionais de porosidade utilizando o método de freeze casting. Foram estudados os efeitos dos parâmetros da rota de processamento na formação dos poros. As características dos poros foram analisadas quanto à morfologia e distribuição na matriz cerâmica. O método de porosimetria de mercúrio foi utilizado para avaliar a porosidade. As propriedades mecânicas, bem como o modo de fratura, foram investigadas em teste de compressão uniaxial. A microscopia eletrônica de varredura foi empregada para analisar a morfologia dos poros e correlacionar a interface formada entre as camadas com a resposta mecânica do material. Os resultados sugeriram que a porosidade obtida em todas as amostras foi semelhante, mesmo variando os parâmetros de processo (diferentes configurações de solidificação de suspensão). Ao avaliar o comportamento mecânico, esses diferentes parâmetros alteraram drasticamente a resistência à compressão e o modo de falha, devido à formação de interfaces entre as camadas de diferentes porosidades, de acordo com a configuração de solidificação. As interfaces modificaram a forma de fratura passando de uma fratura em direção longitudinal para uma na direção das interfaces. A microestrutura dos poros indicou que foram obtidos canais de poros altamente conectados.Abstract Alumina ceramic materials with graded functional porosity were prepared by the freeze casting method and characterized. The effects of processing route parameters on the pore formation were studied. Pore characteristics were investigated concerning morphology and distribution in the ceramic matrix. The mercury intrusion method was used to evaluate the porosity. Mechanical properties, as well as the fracture mode, were investigated by the uniaxial compression test. Scanning electron microscopy was used to analyze and correlate the created interface between the layers with the mechanical response. The results suggested that the porosity obtained in all samples was similar, even with varying parameters (different suspension solidification configurations). When evaluating the mechanical behavior, these distinct parameters showed drastic differences in compressive strength and failure mode. This was due to the formation of interfaces between the layers of different porosities, according to the solidification configuration. The interfaces modified the fracture mode, changing from a longitudinal-directed to an interface-directed fracture. The pore microstructure and morphology indicated highly connected pore channels.

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