Análise do comportamento mecânico de espumas cerâmicas a base de alumina obtidas pelo método da réplica

Ceramics with porous cellular structure, called ceramic foams, have a potential use in several applications, such as: thermal insulation, catalyst supports, filters, and others. Among these techniques to obtain porous ceramics the replication method is an important process. This method consists of impregnation of a sponge (usually polymer) with ceramic slurry, followed by a heat treatment, which will happen the decomposition of organic material and sintering the ceramic material, resulting in a ceramic structure which is a replica of impregnated sponge. Knowledge of the mechanical properties of these ceramics is important for these materials can be used commercially. Gibson and Ashby developed a mathematical model to describe the mechanical behavior of cellular solids. This model wasn´t for describing the ceramics behavior produced by the replica method, because it doesn´t consider the defects from this type of processing. In this study were researched mechanical behavior of porous alumina ceramics obtained by the replica method and proposed modifications to the model of Gibson and Ashby to accommodate this material. The polymer sponge used in processing was characterized by thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The materials obtained after sintering were characterized by mechanical strength tests on 4-point bending and compression, density and porosity and by scanning electron microscopy. From these results it was evaluated the mechanical strength behavior compared to Gibson and Ashby model for solid cellular structure and was proposed a correction of this model through a factor related to struts integrity degree, which consider fissures present in the structure of these materials besides defects geometry within the struts

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Cerâmicas com estrutura celular porosa, denominadas espumas cerâmicas, possuem o potencial de utilização em uma vasta gama de aplicações, tais como: isolamento térmico, suporte catalítico, filtros, dentre outras. Dentre as técnicas para obtenção destas cerâmicas porosas podemos destacar o método da réplica. Este método consiste na impregnação de uma esponja (geralmente polimérica) com uma barbotina cerâmica, seguindo-se um tratamento térmico, onde ocorrerá a decomposição do material orgânico e sinterização do material cerâmico, resultando em uma cerâmica cuja estrutura é uma réplica da esponja impregnada. O conhecimento das propriedades mecânicas destas cerâmicas é importante para que estas possam ser utilizadas comercialmente. Gibson e Ashby desenvolveram um modelo matemático para descrever o comportamento mecânico de sólidos celulares, porém este modelo não se mostrou satisfatório para descrever o comportamento das cerâmicas obtidas pelo método da réplica, pois o mesmo não leva em consideração os defeitos provenientes deste tipo de processamento. Neste trabalho estudou-se o comportamento mecânico de cerâmicas porosas de alumina obtidas pelo método da réplica, e a partir desta análise se propôs modificações no modelo de Gibson e Ashby para se adequar a este material. A esponja polimérica utilizada no processamento foi caracterizada através de análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. Os materiais obtidos após sinterização foram caracterizados através de testes de resistência mecânica, tensão de ruptura à flexão (4 pontos) e compressão, densidade, porosidade e por fim, análise microscópica por microscopia eletrônica de varredura. A partir destes resultados avaliou-se o comportamento da resistência mecânica em comparação ao modelo de Gibson e Ashby para sólidos com estrutura celular e foi proposta uma correção deste modelo através de um fator relacionado com o grau de integridade dos filamentos, que considera as trincas presentes na estrutura destes materiais, além da geometria dos defeitos no interior dos filamentos