PVA com PEG
Prensagem de Al
2O
3:
ligante + plastificante
PVA + PEG
PVA com PEG e água
Tg PVA > 60oC (comportamento vítreo) com 50% de água
Tg PVA 50oC
com 50% (PEG + água)
Tg PVA 10oC
Efeito da adição
de PEG e água
no Tg do PVA
Diminuem
atrito entre
partículas, grânulos, entre
estes e as paredes da matriz e
a pressão para extração da
peça compactada
Aumentam
a uniformidade da
compactação, a densidade a
verde, a vida útil da matriz e
punção
Redução da pressão de
extração de compactados
AGENTE QUANTIDADE DENSIDADE APÓS RETRAÇÃO % em peso VERDE (g/cm3) QUEIMA (g/cm3) %
SEM 0 2,53 3,85 13,1
ÁCIDO ESTEÁRICO 1,0 2,86 3,85 9,45
ÁCIDO ESTEÁRICO 2,0 3,00 3,89 8,27
ÁCIDO ESTEÁRICO 3,0 3,06 3,88 7,67
ÁCIDO OLÉICO 2,0 2,97 3,90 8,63
pressão de compactação: 34,5 MPa queima: 1 hora a 1700oC
PARAFINA
ÁCIDO ESTEÁRICO
CERAS SINTÉTICAS
ESTEARATO DE ZINCO
ÓLEOS
ESTEARATO DE LÍTIO
ÁCIDO OLEÍCO
ESTEARATO DE POTÁSSIO
ÁCIDO NAFTÊNICO
ESTEARATO DE SÓDIO
ÁCIDO BÓRICO
ESTEARATO DE AMÔNIO
TALCO
ESTEARATO DE MAGNÉSIO
GRAFITE
•O aditivo deve ser compatível com a natureza química do cerâmico e
com a pureza requerida
•O aditivo deve ser removido antes da densificação do material cerâmico
•Freqüentemente remoção por decomposição térmica
•Se a reação entre o aditivo e o material cerâmico ocorre abaixo da
temperatura de decomposição ou o material cerâmico densifica acima
desta temperatura, pode haver contaminação crítica (trincas ou bolhas)
•Se a taxa de aquecimento é demasiadamente alta, ou se atmosfera do
Exemplo automatização: 6 a 100 vezes por minuto (depende da forma da peça e da pressão)
Prensas: 1 a 20 ton até 100 ton (refratários: 800 ton) tipos: rotativas até 100 ton (2000 peças/min!) Simples efeito / duplo efeito: depende da geometria e tamanho da peça
•Seca: 0 a 4% umidade
-compactação ocorre cominuindo o granulado e por redistribuição mecânica do pó -ação dos aditivos
-alta pressão necessária para romper os granulados e distribuir uniformemente o pó -alta produtividade (ex.: produção de capacitores elétricos de 0,5 mm; substratos de ME) -tolerâncias de 1% ou menor são obtidas
•Úmido: 10 a 15% de umidade
-normalmente produtos argilosos
-deformação plástica da massa (pode escoar por distribuição não homogênea da umidade) -não susceptível a automatização
Compactação de uma
alumina atomizada, massa
para azulejos e pó de KBr
como uma função da
•ESTÁGIO I: ligeira densificação devido ao escorregamento e redistribuição dos grânulos. Partículas movem-se para preencher os interstícios e maximizar o empacotamento. O ar é colocado para fora através da folga entre o punção e as paredes da matriz. Alguma fragmentação pode ocorrer durante o processo de rearranjo. Os interstícios entre os grânulos são muito maiores que o tamanho médio dos poros dentro dos grânulos. Quase metade do movimento da ferramenta ocorre durante este estágio da compactação.
•ESTÁGIO II: grânulos deformam-se ou fraturam, reduzindo o volume dos interstícios relativamente grandes. Os interstícios entre os grânulos ainda persistem, mas uma significativa consolidação e fragmentação conduz ao enchimento destes espaços vazios. Uma rede de contatos de partícula-partícula é armada por todo o compacto. O movimento do punção durante este estágio de compactação contém quase 50% do total.
ESTÁGIO III: começa quando a maioria dos grandes poros entre os grânulos deformados tenha desaparecido e as pressões mais altas aplicadas causam o escorregamento e o rearranjo de partículas ou dos fragmentos fraturados dentro dos grânulos em uma configuração de empacotamento mais densa. Pressões de compactação alcançam seu pico neste estágio e podem alcançar de 50 a 200 MPa.
Diagrama de compactação indicando os estágios de compactação e a dependência na deformabilidade do grânulo onde Py é a pressão de escoamento aparente do pó e U.R. a umidade relativa
Modelo de base empírica iguala a porosidade (), a densidade a verde (Dg) ou o volume do compactado (Vg) a uma função baseada na pressão aplicada (Pa):
/
o= exp [-(P
a/R)]
D
g- D
o= S.P
a2V
g- V
o= T.P
a 1/3R, S e T: constantes empíricas (variam baseadas na dureza do material ou plasticidade, geometria da partícula e o método de ensaio)
Vo ou Do: volume ou densidade inicial
o: porosidade inicial
Aplicação restrita. As constantes são experimentalmente obtidas e relações fundamentais entre as características do pó e comportamento de compactação não são levadas em
D
g= D
f+ m.ln(P
a/P
y)
Dg: densidade do compactado a pressão aplicada; Df : densidade do pó
m: constante de compactação (dependente do empacotamento e deformabilidade dos pós); Py: pressão de escoamento aparente dos grânulos
Pa: pressão aplicada
Se a densidade a verde é plotada como uma função do logaritmo da pressão de prensagem para um pó granulado, dois segmentos de linha reta são observados. A quebra na curva é interpretada como o início do colapso do grânulo.
semilogarítmica entre a resistência mecânica (
) de materiais frágeis e sua densidade:
=
o.e
-(b.p)
o: resistência de um corpo não poroso; b: constante empíricap: fração de poros
Desta relação foi mostrado que a densidade do prensado é
proporcional ao logaritmo da pressão de prensagem.
Conseqüentemente quando a densidade do prensado é plotada contra o logaritmo da pressão de prensagem, uma relação linear é observada.
A pressão na qual ocorre esta “quebra” na curva log pressão x densidade relativa é chamada de
pressão de escoamento aparente,
pressão de escoamento ou
pressão do ponto de quebra e representado por Py . Dependendo da constituição do pó Py pode ser baixo (<1MPa) para pós
granulados com ligantes
orgânicos ou alto (>5MPa) para pós agregados.
Curva pressão-densidade mostrando Py e a pressão de junção
Quebra do granulado (alumina) ou deformação plástica (pó metálico)
tamanhos durante os estágios subseqüentes da compactação.
-base: probabilidade com que uma partícula fina preencha um poro formado pelo agrupamento de partículas maiores (a equação deveria conter tantos termos, quanto os diferentes tamanhos dos poros)
-dois mecanismos de preenchimento dos poros: (i) escorregamento das partículas finas, através da pressão aplicada; (ii) ruptura das partículas, para altas pressões (fragmentos ocupam os vazios, aumentando o empacotamento)
-Considera dois processos independentes: o enchimento de grandes vazios e o enchimento de pequenos vazios:,
V* = (V
o-V
p)/(V
o-V
)
V* = a
1.exp(-k
1/P) + a
2.exp(-k
2/P)
V*: volume fracional de compactação, variando de 0 a 1; Vo: volume inicial do pó;
Vp: volume do compactado a uma determinada pressão;
V : volume do compactado a densidade teórica ou pressão infinita;
•fácil detecção; teoricamente fácil de resolver
•DESGASTE DA MATRIZ
•controle de qualidade; seleção de materiais; uso de lubrificantes;
•LAMINAÇÃO
•mais difícil: design da matriz, encapsulamento de ar; relaxamento do ligante durante a
extração do molde; atrito com as paredes da matriz, desgaste da matriz; outras causas;
•freqüentemente inicia no canto superior da peça durante o alívio da tensão de
compactação ou extração da peça
•soluções (caso a): (1) lubricante; (2) ligante(aumento da RM); (3) controle do
comportamento viscoelástico do ligante (principalmente caso b); (4) manter o punção baixo durante a extração da peça;
•FALTA DE HOMOGENEIDADE NA COMPACTAÇÃO
•causa distorções e trincas durante a queima; só aparece após a queima!
•ocorre devido à falta de lubrificação entre as partículas (e matriz) durante a compactação •distribuição da pressão, alimentação da matriz e dureza dos grânulos não homogênea; •durante a queima: diferenças na densificação do material cerâmico (diferença na retração:
trincas)
•soluções: aditivos; uso de dupla-ação (ou conforme a geometria e tamanho: prensagem
Relaxamento da pressão pelo punção superior: fricção entre a parede da matriz e a peça
Recuperação da massa na parte superior da peça
Compactação não
uniforme
Compactação não
uniforme: simples e
dupla ação
Surgimento de um defeito durante a queima: A) corpo verde;
B) 5 minutos de queima e C) 20 minutos de queima
-Mecanicamente
idêntica
à
prensagem a frio;
-Diferença: aquecimento do molde,
que sintetiza o pó durante a
operação de prensagem;
-Densificação a uma temperatura
mais
baixa,
comparada
as
sinterizações sem prensagem;
-Normalmente
sem
aditivos
(qualquer aditivo orgânico seria
transformado pela temperatura em
um resíduo carbonizado sem
qualquer
efeito
na
massa
PISTÃO CARCAÇA REFRIGERAÇÃO Á ÁGUA MOLDE COM PÓ RESISTÊNCIA ELÉTRICA BOMBA DE REFRIGERAÇÃO FONTE E PAINEL DE CONTROLE
A prensagem axial tem limitações
prensagem por todos os lados em vez
monoaxial
PRENSAGEM ISOSTÁTICA A FRIO
molde está integrado à câmara de pressão da prensa. O pó é carregado no molde, prensado e após extraído. Método simples e rápido. carregado em um molde no lado externo da prensa. O molde então é colocado na prensa e é aplicada uma pressão hidrostática até a compactação desejada. O molde e a parte compactada são removidos da prensa e após, a peça é retirada do molde. Este processo envolve muitas etapas e é trabalhoso.
