Estudo de revestimentos cerâmicos sobre substrato metálico obtido

Sob condições normais, se ocorrerem falhas de operação dos TBC, elas
ocorrerão durante a fase de resfriamento do ciclo térmico e na interface TGO/camada de
ligação, pelo desenvolvimento de tensões devido às diferenças nos coeficientes de
expansão térmica das diversas camadas [95, 96]. O controle das tensões residuais é um
dos principais objetivos no desenvolvimento de TBC [97].
Em geral o processo de descolamento em TBC é progressivo e análogo à fadiga
em metais. Danos localizados podem iniciar a uma relativamente baixa fração (5 a 20%)
da vida útil total. Em TBC por EB-PVD o início da falha pode ocorrer em defeitos na
camada de ligação ou irregularidades. O avanço da falha é, muitas vezes, por
crescimento de microtrincas. Assim como na fadiga, se os defeitos microestruturais
forem reduzidos em quantidade e tamanho ou mesmo eliminados, seria possível obter
um aumento significativo da vida útil [45].
Os requisitos críticos para a aplicação dos TBC em substratos metálicos são a
resistência termo-mecânica intrínseca da cerâmica e a alta resistência de ligação entre
camada de ligação e cerâmica. O crescimento do TGO na interface cerâmica/metal é o
principal fator que contribui para o aumento da resistência interfacial [76].
A resistência termo-mecânica dos TBC no sistema zircônia-ítria é fortemente
dependente do teor de ítria. Observa-se que a vida útil em condições de ciclos térmicos
a altas temperaturas apresenta um máximo acentuado para concentrações de ítria de 7 a
8 % em peso, correspondendo à zircônia parcialmente estabilizada, associada à presença
da fase metaestável tetragonal t’. Para maiores teores de ítria, correspondendo à zircônia
totalmente estabilizada na fase cúbica, a resistência termo-mecânica do revestimento
reduz significativamente (Figura 2.32). As justificativas para esses fenômenos são: a
fase t’, obtida durante a deposição, apesar de ser metaestável, não se decompõe
facilmente nas fases de equilíbrio (t+c) e, em conseqüência, não sofre a transformação
martensítica para a fase monoclínica além da tenacidade intrínseca da fase t’ ser mais
alta que da zircônia cúbica [76].
A resistência termo-mecânica superior dos revestimentos por EB-PVD, em
comparação aos revestimentos por PS, é atribuída essencialmente à orientação favorável
das porosidades intergranulares. A falha dos TBC sob condições de fadiga térmica
ocorre através da propagação de macrotrincas na cerâmica paralelas e próximas da
interface cerâmica/metal. É provável que durante o crescimento dessas trincas, ocorra
encontros com microtrincas ortogonais, e assim, a velocidade de propagação seria
reduzida [77].
Uma explicação adicional para justificar a excelente tenacidade de alguns TBC
por EB-PVD é que a propagação de uma trinca em um grão de zircônia irá seguir
predominantemente um dos planos de clivagem. Em células cúbicas de corpo centrado,
são oito planos {111}. Considerando que os revestimentos por EB-PVD têm uma forte
textura cristalográfica (100), acontece que os planos de clivagem mais fácil, ortogonais
ao eixo c, também são ortogonais à interface cerâmica/metal. A conseqüência é que,
para uma trinca, propagando em um plano paralelo a esta interface, será muito difícil
encontrar um plano de fácil clivagem. Em outras palavras, a propagação de uma trinca,
como aquelas surgidas durante ciclos térmicos são refreadas porque a zircônia apresenta
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