Produção e estudo da microestrutura e propriedade mecânica da cerâmica Ba2HoZrO5,5 a base de zircônia para fabricação de cadinhos de alta temperatura

Abstract

Tendo em vista a necessidade do emprego de cadinhos para sinterização e crescimento de monocristais de materiais cerâmicos avançados em fornos de alta temperatura, foi realizado um estudo de um novo material cerâmico, a perovskita cúbica complexa ordenada Ba2HoZrO5,5, baseada em zircônia no sistema Ba-Ho-Zr-O. As perovskitas complexas possuem geralmente uma composição do tipo A2BB O6 ou A3B2B O9 e resultam do ordenamento dos íons B e B nos sítios octaédrico da célula unitária da perovskita primitiva. Devido o aumento da complexidade da célula unitária destes compostos possibilitou-se uma vasta quantidade de materiais que apresentam uma progressão contínua do parâmetro de rede. De todas estas formulações estequiométricas, enfatizaremos o composto Ba2HoZrO5,5 tipo 2(A(B5,5B 5,5)O3) ou A2BB´O6 que representa uma perovskita cúbica complexa ordenada, onde o cátion A será o bário (Ba), os cátions B e B´ o hólmio (Ho) e zircônia (Zr) e o ânion O o Oxigênio (O). A perovskita cúbica complexa ordenada do tipo A2 BB O6 proporciona uma grande flexibilidade quanto aos seus parâmetros de rede, pois podemos manipular os cátions B e B´ ao longo da estrutura, devido a seus raios serem bastante próximos e se alternarem ao longo dos vértices do cubo da estrutura cristalina, formando assim, a perovskita cúbica complexa ordenada. As perovskitas, de uma maneira geral, possuem uma larga variedade de aplicações em áreas fundamentais de ciências e engenharia dos materiais, dentre elas destaca-se: cadinhos inertes que suportam elevadas temperaturas para aplicações metalúrgicas, cadinhos para crescimentos de monocristais de supercondutores cerâmicos de alta temperatura e substratos para produção de filmes finos. Dentre as várias aplicações da perovskita, nos deteremos à confecção de cadinhos inertes mediante a escassez deste produto no mercado. As cerâmicas Ba2HoZrO5,5 foram produzidas através do processo da reação em estado sólido. E depois submetidas ao processo de sinterização em estado sólido e sinterização em fase liquida. Para sinterização das amostras utilizamos dois tipos de processos, o direto e o indireto. No processo direto compactamos os pós cerâmicos e sinterizamos diretamente nas temperaturas de 1250, 1400 e 1600oC respectivamente. No processo indireto os pós cerâmicos foram compactados e sinterizados na temperatura de 1250oC. Após esta sinterização, as amostras foram trituradas, compactadas e novamente sinterizadas na temperatura de 1400oC. Depois da temperatura de sinterização de 1400oC as amostras foram outra vez trituradas, compactadas e sinterizadas a temperatura de 1600oC. Para sinterização via fase liquida das cerâmicas Ba2HoZrO5,5 adicionou-se uma percentagem de 0, 1 e 2% de óxido de cobre (CuO) para estudar a sua influencia na sinterização, microestrutura e propriedade mecânica. Estas amostras cerâmicas depois de confeccionadas foram analisadas por difração de raios-X, para determinação das fases presentes, microdureza Vickers, para o levantamento das propriedades mecânicas, microscopia eletrônica de varredura aliada com a técnica de dispersão de energia de raios-X (EDS) a fim de se estudar a microestrutura, a morfologia dos grãos e o percentual de elementos químicos presente nas amostras. Nossos estudos mostraram que a sinterização via fase líquida utilizando o óxido de cobre na cerâmica Ba2HoZrO5,5 é importante, pois facilita o processo de sinterização e melhora as propriedades mecânicas, sem alterar as características estruturais da matriz