Nesta seção são apresentados os equipamentos e detalhes das técnicas que foram utilizadas neste trabalho. A partir da literatura foram selecionados os métodos de síntese para obtenção dos materiais de alfa-alumina, com o objetivo de se obter pós com pequenos tamanhos de partículas e boa homogeneidade química e pureza, além de baixa porosidade, para aplicação em revestimentos interno e externo de dutos metálicos.
Os métodos de síntese selecionados para a obtenção dos óxidos são descritos na seção 2.1.5. Após a preparação dos materiais, estes foram caracterizados pelas técnicas de análise termogravimétrica (TG), área superficial específica (BET), distribuição de poros (BJH), difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), para verificar a morfologia do material.
3.1 – Reagentes utilizados
A tabela 1 informa os reagentes utilizados na preparação das amostras pelo método de combustão assistida em micro-ondas.
Tabela 1 – Reagentes utilizados na preparação das amostras
Reagente Químico Formula Química Pureza (%) Fornecedor Nitrato de Alumínio Al(NO3)3.9H2O 99,99 MERCK
Nitrato de Lantânio La(NO3)3.6H2O 99,999 MERCK
Ureia CO(NH2)2 - - - - Synth
Procedimento Experimental
3.2 – Procedimentos experimentais para preparação dos materiais
A seguir são ilustrados os fluxogramas e os detalhamentos dos procedimentos experimentais para obtenção dos óxidos pelos diferentes métodos.
3.2.1 – Método de reação de combustão assistida por micro-ondas
As amostras foram preparadas utilizando o procedimento experimental descrito na figura 6 - método de autocombustão assistida por micro-ondas para α-Al2O3 e
LaAlO3, utilizando a ureia como combustível.
Através deste método foram preparadas as amostras de α-Al2O3 e LaAlO3,
sendo a primeira obtida através da mistura de 2 moles de nitrato de alumínio nano- hidratado [Al(NO3)3.9H2O] e 5 moles de ureia [CO(NH2)2]: a segunda amostra
(LaAlO3), misturando-se 1 mol de nitrato de lantânio hexa-hidratado [La(NO3)3.6H2O]
+ 1 mol de nitrato de alumínio nano-hidratado [Al(NO3)3.9H2O] para cada 5 moles de
ureia [CO(NH2)2], de acordo com o cálculo da estequiometria da mistura.
A síntese destes materiais foi realizada em um Becker de 600 ml, contendo, inicialmente, ureia e água destilada, aquecido a aproximadamente 70oC , mantido sob
agitação para garantir a homogeneização da solução.
Em seguida adicionou-se o nitrato de alumínio para síntese da amostra de α- Al2O3 ou nitrato de alumínio + nitrato de lantânio para a síntese da LaAlO3.
Após a dissolução dos reagentes o Becker foi inserido em um forno micro- ondas comercial adaptado com potência de aproximadamente de 800 W e de 2.45 GHz até ocorrer à autoignição (entre 3 a 5 minutos). O produto formado apresentou- se como flocos porosos brancos que após ser macerado (desaglomerado) resultou em um pó.
34 Procedimento Experimental
A figura 6 apresenta o fluxograma do procedimento experimental das fases para obtenção dos óxidos de alfa-alumina e do aluminato de lantânio.
Figura 6- Fluxograma do procedimento experimental da síntese da α-Al2O3 e LaAlO3,
pelo método de combustão assistida por micro-ondas.
NITRATO DE ALUMÍNIO
(Oxidante) SOLUÇÃO AQUOSA
(HOMOGEINIZAÇÃO) NITRATO DE LANTÂNIO (Oxidante) COMBUSTÍVEL Ureia MICROONDAS (3-5 mim – 800W) AUTO-IGNIÇÃO (Combustão) PRODUTO (Flocos Porosos) PÓ (Peneiramento) AMOSTRA 1 AMOSTRA 2
Procedimento Experimental
3.2.2 – Método da mistura mecânica de óxidos
Os óxidos de alumina com 15 % em massa de zircônia, do fabricante Alfa- Aesar com pureza de 99,99%, foram obtidos por mistura mecânica por via úmida, em um moinho de alta energia, utilizando o álcool etílico absoluto como líquido de umedecimento.
Inicialmente, pesou-se 20 gramas de óxido de alumínio e 15% em massa de óxido de zircônio referente à massa da alfa-alumina. Em seguida esses óxidos foram colocados em um recipiente fechado de 500 ml, juntamente com esferas de alumina de 10 mm de diâmetro, em uma relação de massas esferas/pó na proporção de 10:1 e 100 ml de álcool etílico absoluto, e colocado em um moinho de jarro da marca Marconi - modelo MA 500 – potência de 200 w, conforme figura 7, sob uma rotação de 600 rpm, por um tempo de preparação das amostras de 2, 3 e 4 horas. O moinho de alta energia foi parado por 5 mim a cada 30 mim de moagem para resfriamento do sistema, com a finalidade de proporcionar uma mistura homogênea dos óxidos.
Após a moagem o material das 03 amostras foi seco em uma estufa, na temperatura de 100 oC, por um período de 24 h. Posteriormente, foi feita uma seleção
granulométrica por peneiramento, com peneira de abertura de 200 mesh.
Após a seleção granulométrica, as amostras foram calcinadas em forno tipo mufla a uma temperatura de 900 oC por um período de 2 horas, a uma razão de
aquecimento de 10 oC/mim. O fluxograma da figura 8 sintetiza todos os
procedimentos desta etapa.
Figura 7 – Moinho de jarro em cerâmica sinterizada – Mod. MA 500 – MARCONI Equipamentos Ltda.
36 Procedimento Experimental
A figura 8 apresenta o fluxograma do procedimento experimental das etapas para a obtenção do óxido composto por ZrO2/AlO3 por mistura mecânica de alta
energia.
Figura 8 – Fluxograma do procedimento experimental das etapas para obtenção do óxido de ZrO2/AlO3 por mistura mecânica em moinho de alta energia.
ÓXIDOS α - AlO3 (20 g) - ZrO2 (15 %wt) ESFERAS DE ALUMINA (d = 10 mm) 10:1 wt/wt MISTURA UMIDA ÓXIDOS+ÁlCOOL+ESFERAS (RECIPIENTE DE 500 ml)
MOINHO DE JARRO ALTA ENERGIA Moagem dos óxidos (2, 3 e 4 h)
CALCINAÇÃO (900oC – 2 h) SECAGEM (100oC – 24 h) Álcool ETÍLICO ABSOLUTO (C2H6O) –100 ml) PRODUTO ZrO2- AlO3 (Macerado) CARACTERIZAÇÕES TG; BET/BJH; FRX;DRX; MEV ZrO2- AlO3 (Macerado) SELEÇÃO GRANULOMÉTRICA (200 Mesh)
Procedimento Experimental
3.3 – Caracterização das amostras
As amostras foram caracterizadas e analisadas através das técnicas de análise termogravimétrica (TG), determinação da área superficial específica (BET) e distribuição de poros (BJH), difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), conforme descrito a seguir.
3.3.1 – Fluorescência de raios-X (FRX)
As análise qualitativa e semi-quantitativas dos elementos presentes nas amostras foram realizadas utilizando um espectrômetro de fluorescência de raios X por energia dispersiva SHIMADZU modelo EDX-720.
3.3.2 – Difração de raios X (DRX)
Para a obtenção dos difratogramas de difração de raios X, foi utilizado um equipamento da Shimadzu modelo XRD-7000 utilizando-se uma fonte de radiação de CuK com voltagem de 30 kV, corrente de 30 mA. Os dados foram coletados na velocidade do goniômetro de 0,02° 2θ por passo com tempo de contagem de 1,0 segundo por passo e coletados no intervalo angular de 10 a 80º 2θ. A interpretação qualitativa do espectro foi efetuada por comparação com padrões contidos no banco de dados JCPDS (ICDD-2003). Os tamanhos dos cristalitos foram obtidos a partir da equação de Scherrer.
38 Procedimento Experimental
3.3.3 – Análise termogravimétrica (TG)
Os estudos térmicos das propriedades dos materiais, tais como: estabilidades térmicas, perda de massa, foram obtidos através da técnica de análise termogravimétrica.
O equipamento utilizado foi uma balança modelo SDTQ 600, da TA Instruments, as análises foram realizadas sob temperatura que variaram de 30 a 900oC a uma razão de aquecimento de 10 oC/mim, em atmosfera a N
2, usando
amostras com 15 mg.
3.3.4 - Área superficial específica (BET) e distribuição de poros (BJH)
A determinação da área superficial específica dos materiais foi obtida pelo método de Brunnauer-Emmett-Teller (BET), por análise de adsorção/dessorção de N2.
O equipamento utilizado foi um ASAP modelo da Quanta Chrome, NOVA 2000, dotado de software para determinação da área superficial específica.
A distribuição, tamanho e volume médio de poros dos materiais, em estudo, foi determinada pelo método desenvolvido por Barret-Joyner-Halenda, utilizando o mesmo equipamento acima descrito.
3.3.5 - Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
As micrografias das amostras foram obtidas em um microscópio eletrônico de varredura da Shimadzu, modelo Superscan SSX-550. O procedimento de preparação dos materiais para a análise consistiu na deposição de uma porção do sólido sobre uma fita adesiva de carbono fixada em um porta amostra. Em seguida a amostra foi submetida a uma metalização com filme de ouro por cerca de 4 min.
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Capítulo IV
Resultados e Discussões
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40 Resultados e Discussões