3.3 Difratometria de Raios-
3.3.2 Procedimento experimental adotado
Os ensaios de difração de raios-X foram realizados com os seguintes objetivos: identificação das principais fases cristalinas, como a composição do aglomerante e a existência de argilas e sais.
Os ensaios foram realizados em equipamento Philips X´Pert, localizado no laboratório de Materiais (LabMat) da UFSC, com radiação CuKα (λ = 1,5418 Å), filtro de níquel instalado na ótica secundária, tensão de 40kV e corrente de 30mA, fenda de divergência de 1º e fenda recebimento de 0,1mm. As amostras foram rotacionadas durante as leituras, para minimizar efeitos de orientação preferencial dos cristais.
As amostras, antes de serem ensaiadas, foram secas a 70ºC. As condições adotadas nas análises qualitativas foram as seguintes:
Passo: 0,05
Tempo do passo: 1 segundo Intervalo de leitura: 2θ = 5° a 70 º
Tamanho das partículas: 500mg Ф< 0,074mm pó seco 3.4 Análises Térmicas
3.4.1 Considerações teóricas
As análises térmicas abrangem um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física ou química de uma substância, ou ainda de seus produtos de reação é monitorada em função do tempo ou temperatura. Enquanto está sob uma atmosfera específica é submetida a uma programação controlada (WENDHAUSEN, 2002). As principais técnicas termo-analíticas estão descritas a seguir.
3.4.1.1 Termogravimetria (TG)
É a técnica na qual a mudança da massa de uma substância é medida em função da temperatura enquanto ela é submetida a uma programação controlada.(WENDHAUSEN, 2002)
A termogravimetria é um método basicamente quantitativo. Como resultado do experimento, obtém-se dados para o traçado de um gráfico, que relaciona as variações de massa ocorridas na amostra durante o aquecimento com o tempo ou temperatura, resultando a curva de TG; a partir dela, é possível a obtenção da curva DTG, que é a primeira derivada da curva TG em relação à temperatura e permite determinar as temperaturas limites das reações (temperaturas inicial e final), além de indicar a ocorrência de reações sobrepostas na mesma faixa de temperatura (SILVA, 2001).
3.4.1.2 Análise térmica diferencial (DTA) (WENDHAUSEN, 2002)
É a técnica na qual a diferença de temperatura entre uma substância e um material de referência é medida em função da temperatura, enquanto a substância e o material de referência são submetidos a uma programação controlada de temperatura.
A amostra e o material de referência são submetidos à mesma programação de
aquecimento monitorada pelos sensores de temperatura, geralmente termopares. O material de referência pode ser alumina em pó ou simplesmente a cápsula vazia.
Ao longo do programa de aquecimento a temperatura da amostra e do material de referência se mantêm iguais até que ocorra alguma alteração física ou química na amostra. Se a reação for exotérmica, ela irá liberar calor, ficando por um curto período de tempo, com uma temperatura maior que o material de referência. Do mesmo modo, se a reação for endotérmica a temperatura da amostra será temporariamente menor do que o material de referência.
Mudanças na amostra tais como fusão, solidificação, desidratação, decarbonatação e cristalização serão então registradas sob a forma de picos, sendo a variação na capacidade calorífica da amostra registrada como um deslocamento da linha base.
A curva DTA é então registrada, tendo a temperatura ou o tempo na abscissa, e µV na ordenada. A diferença de temperatura é dada em µV devido ao uso de termopares em sua medição.
A DTA permite detectar a temperatura inicial dos processos térmicos e caracterizá-los qualitativamente como endotérmico e exotérmico, reversível ou irreversível, transição de primeira ordem ou de segunda ordem, etc. Esse tipo de informação, bem como sua dependência em relação a uma atmosfera específica, fazem esse método particularmente valioso na determinação de diagramas de fase.
3.4.2 Procedimento experimental adotado
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Materiais (LabMat) do Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC, em equipamento da marca Netzsch modelo STA 409EP, que permite a realização simultânea da análise termogravimétrica e termodiferencial em uma amostra.
As condições experimentais adotadas nos ensaios foram as seguintes: Aproximadamente 150mg do pó fino (Ф< 0,074mm);
Taxa de aquecimento: 10º C / min;
Atmosfera do forno: N2, fluxo 40 cm3/min; Composição do cadinho: alumina;
Faixa de temperatura: 25ºC a 950ºC;
Material de referência: α - Al2O3 (coríndon). 3.5 Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)
3.5.1 Considerações teóricas
Durante a fase de produção ou análise de materiais, quase sempre se torna necessário analisar a sua microestrutura. Essa análise micro-estrutural é muito importante, pois permite: entender as correlações microestrutura-defeito-propriedades e predizer as propriedades do material quando as correlações são estabelecidas. As técnicas mais utilizadas para este tipo de análise são a Microscopia Ótica e Eletrônica. (MALISKA, 1998)
Microscopia Ótica (MO): o contraste da imagem é resultante da diferença de reflectividade da luz nas diversas regiões da microestrutura, uma vez que o sistema é constituído basicamente pela fonte de iluminação e do sistema de lentes, seus aumentos chegam até 2.000 vezes. (MALISKA, 1998)
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): a área ou micro-volume a ser analisado é irradiado por um fino feixe de elétrons ao invés da irradiação da luz. A varredura pelo feixe de elétrons é acompanhada pela deflexão no vídeo. Como resultado da interação do feixe de elétrons com a superfície da amostra, uma série de radiações são emitidas tais como: elétrons secundários, elétrons retroespalhados, raios-X característicos, elétrons Auger, fótons, etc. Estas radiações vão fornecer informações características sobre a amostra como a topografia da superfície, composição, cristalografia, camadas, etc. Além das análises das imagens, também é possível realizar micro-análise química por energia dispersiva, por meio da micro-sonda EDAX. (MALISKA, 1998)
Segundo Maliska (1998), na formação e processamento da imagem, as radiações que fornecem informações características da amostra mais usuais são as seguintes:
ERE (BSE): Elétrons retroespalhados, são aqueles nos quais há interações elásticas com a amostra, mudando de trajetória sem perder energia, resultando em uma imagem da composição do material, sem carregamento e não aparecendo a topografia.
ES (SE): Elétrons secundários, são aqueles nos quais há interações inelásticas com amostra, mudando a trajetória e perdendo energia, resultando em uma imagem com boa resolução, topografia do material, entretanto com carregamento na superfície. Raios-X: São produzidos em qualquer região pelos elétrons primários e têm energia
suficiente para remover um elétron de uma camada interna do átomo da amostra. O detector capta os raios-X e por meio da micro-sonda EDAX, realiza análise química da composição do material.
Para Maliska (1998), para ter boa resolução na imagem em amostras não condutoras, há quatro fatores a serem observados:
Recobrimento da superfície da amostra com uma fina camada de um material condutor, como ouro ou carbono;
As tensões de trabalho devem ser de 10Kv a 20Kv;
O “spot size” (diâmetro de feixe) de elétrons deve estar entre 4 a 6, para que não haja desvios de elétrons. O spot size não tem unidade, o menor deles é o número 1 e os seguintes não são seus múltiplos e a resolução máxima do aparelho tem um diâmetro de 35 Aº ou 3,5nm.
A “work distance” (distância de trabalho), distância entre a amostra e foco, deve estar próximo a 10mm.