Desenvolvimento e produção de compósitos de matriz cerâmica baseado em zircônia-titânia reforçado com óxido de terra-rara para revestimento do sistema de exaustão de turbina aeroespacial

Abstract

A indústria aeroespacial é um setor que contribui significativamente para o

desenvolvimento econômico e social de alguns países. A confiabilidade e a

disponibilidade de seus equipamentos são uma preocupação constante, uma vez que

estes operam a temperaturas elevadas. Dentre os equipamentos que mais falham

prematuramente devido à temperatura, destacam-se os bocais de exaustão das turbinas a

gás, compostos por um conjunto de ligas à base de níquel ou à base de cobalto. No

entanto, os fabricantes de turbinas tem demonstrado um maior interesse no uso de

compósitos cerâmicos para revestimento nas seções quentes, devido sua maior

capacidade de suportar altas temperaturas e exigência de menor refrigeração do ar. Mas

a fragilidade intrínseca das cerâmicas é ainda um fator limitante para o uso destes

materiais em estruturas mecânicas e aplicações industriais. Para reduzir fragilidade e

aumentar resistência mecânica e tenacidade, normalmente as cerâmicas são reforçadas

com incorporação de aditivos. Estudos vêm sendo realizados acerca da utilização da

zircônia incorporada com outros óxidos, pois em comparação com outros cerâmicos, a

zircônia tem propriedades mecânicas superiores, tais como alta resistência mecânica,

estabilidade química e boa tenacidade à fratura. Neste trabalho foram produzidos

compósitos cerâmicos zircônia-titânia (ZrO2-TiO2) reforçados com um óxido de terra

rara, lantânio (La2O3), variando o teor de TiO2 em 5%, 10%, 15% e 20% e o teor de

La2O3 em 5%, 7% e 10%. Os compósitos foram produzidos por processo

termomecânico e sinterizados à 1385°C. Posteriormente, foram caracterizados quanto à

estrutura, microestrutura e propriedades mecânicas através de difração de raios X,

densidade relativa, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura,

espectroscopia de energia dispersiva e microdureza Vickers. A microestrutura do

material sinterizado revelou uma boa homogeneidade em distribuição e tamanho de

partículas, e a microdureza Vickers mostrou que o compósito com 15% de TiO2 e 10%

de La2O3 obteve um melhor resultado, indicando que este possui boas propriedades

físicas que apontam para uma possível aplicabilidade. No entanto, é necessário avaliar

outras propriedades mecânicas a fim de garantir sua utilização como revestimento

cerâmico de exaustores de turbinas a gás aeroespaciais.