Estudo de revestimentos cerâmicos sobre substrato metálico obtido

k = k V + k V , (2.23)
sólido
3/
2
solido
poro
1/
4
poro
em que:
ksólido: condutividade da zircônia tetragonal densa;
kporo= 0,0258 W/mK (condutividade térmica do nitrogênio) e
V: fração volumétrica.
Materiais densos à base de zircônia apresentam baixa condutividade térmica. A
introdução de estabilizantes, requeridos para eliminar os efeitos danosos da
transformação de fase tetragonal para monoclínica, nas temperaturas típicas de serviço,
é acompanhada pela incorporação de uma quantidade substancial de vacâncias que são
fontes eficientes de espalhamento de fônons (o fônon é o quantum de energia
vibracional da rede), o que leva a uma redução adicional da condutividade térmica [2].
A eficiência dos defeitos pontuais em reduzir a condutividade térmica em um
reticulado cristalino vai depender da diferença de massa e de raio iônico entre os átomos
dopantes e hospedeiros e também das ligações atômicas.
Quando os dopantes adicionados à zircônia são óxidos subtetravalentes (Y2O3,
CaO e MgO), os defeitos que mais influenciam são as vacâncias de oxigênio, que são
criadas pelo balanço de carga. Os defeitos substitucionais no reticulado têm pequena
influência. Quando os dopantes são óxidos tetravalentes (CeO2), os íons de cério
substitucionais são responsáveis pela redução da condutividade térmica da zircônia. Por
isto, mais de 17% em peso de céria são requeridos para a obtenção da mesma redução
em condutividade térmica que 4% em peso de ítria. Os defeitos substitucionais podem
reduzir a condutividade térmica, da mesma forma que a incorporação de vacâncias de
oxigênio, apesar de serem menos efetivos, levando-se em conta a quantidade de
defeitos. A Tabela 2.7 relaciona os dopantes com os mecanismos associados à redução
da condutividade térmica em cerâmicas à base de zircônia.
TABELA 2.7- Efeito dos óxidos metálicos dopantes na redução da condutividade
térmica.
Dopantes Efeitos
Subtetravalentes
(Y2O3, CaO, MgO)
Tetravalentes
(CeO2)
Supertetravalentes
(Ta2O5, Nb2O5)
FONTE: Adaptada de [74].
- Criação de vacâncias de oxigênio (criadas para manter o
balanço de carga);
- O efeito dos cátions é secundário.
- Íons de cério são os responsáveis pela redução da
condutividade térmica.
- Espalhamento dos fônons pelos íons devido à diferença de
raios iônicos e ligações químicas.
A condutividade térmica é uma função decrescente do conteúdo de dopantes,
pelo menos para os relativamente baixos conteúdos de estabilizantes [2, 80]. A Figura
80