Desenvolvimento e estudo da viabilidade da utilização de cerâmicas de SIC, conformadas com amido, em propulsores de satélites

Abstract

O carbeto de silício (SiC) é um material abrasivo, refretário, d alta dureza e resistente a grandes variações de temperatura. Para ampliar as possibilidades de aplicação das cerâmicas de SiC, este trabalho procurou desenvolver pecas de geometria complexa e com porosidade controlada , utilizando o método de conformação por consolidação com amido e verificar a viabilidade do seu uso em propulsores de satélites. A técnica usada baseou-se nas propriedades fundamentais do amido e na sua capacidade de formação de gel em água, em temperaturas entre 55º e 80ºC, atuando como ligante e elemento formador de poros. As cerâmicas foram preparadas usando o carbeto de silício e o amido de milho disponíveis comercialmente. Além da originalidade da obtenção de cerâmica com SiC através da conformação com amido comercial, neste trabalho foi necessária a inclusão de uma nova etapa na fase de homogeneização da dispersão coloidal, associando-se ao uso do misturador, um movimento vibratório controlado. Isto permitiu um melhor controle de tixotropia do coloide. A caracterização das peças cerâmicas foi realizada por meio de ensaio de flexão por três pontos, associado ao método estatístico de Weibull, a fim de se determinar a resistência mecânica característica e verificar a homogeneidade do material. Além desse ensaio foram realizados testes de porosimetria de mercúrio, densidade aparente e rugosidade superficial. A análise através de microscopia eletrônica foi feita com a finalidade de verificar a microestrutura do material e a distribuição dos poros. Ao final pôde-se constatar a viabilidade do método, produzindo peças cerâmicas com razoável resistência mecânica, boa homogeneidade e considerável densificação, associado ao baixo custo de produção

Silicon carbide (SiC) is na abrasive material with refractory proprieties, besides possessing high hardness and resistance to large temperature gradients. Seeking to broaden the range of applications of these ceramics, this work conducted experiments to obtain SiC bodies of complex geometry and controlled porosity using the forming method of starch consolidation and to verify their viability in satellite thrusters. This technique is based upon the fundamental proprieties of starch, among them the ability of its granules to absorb water in temperature between 55°C and 80°C, acting as binder and pore forming agent. The ceramics were prepared using silicon carbide and commercially available corn starch. Besides the original work in obtaining SiC ceramics using the forming method of commercial starch consolidation, it was necessary here to include an extra step which consisted in the use of a mixer in a controlled vibration mode during the colloidal dispersion homogenizing phase. This led to a better control of the colloid thixotropy. The ceramics characterization was performed by the three point flexural test, associated with Weibull statistical method, in order to evaluate its characteristic mechanical strength and to verify the material homogeneity. Mercury porosimetry testing, apparent density, and surface roughness measurements were also performed on the ceramics samples. An electronic microscopy was performed in order to verify the material microstructure such a pore shaping distribution. Finally it was been concluded that the present technique is highly viable yielding reasonable complex ceramic pieces with acceptable mechanical strength, good homogeneity and acceptable densification, besides offering a low cost production