Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

componentes cerâmicos têm demonstrado nos Estados Unidos e no Japão. Além disso, pesquisa
está sendo também realizada em motores automobilísticos de turbinas a gás que empregam rotores
cerâmicos, estatores cerâmicos e câmaras de combustão cerâmicas.
Com base em suas desejáveis características físicas e químicas mencionadas acima,
materiais cerâmicos avançados irão, num tempo futuro, muito certamente ser utilizados em motores
de avião a jato. De significância particular são as relativamente baixas densidades destes materiais,
que resultarão em lâminas de turbina que são mais leves do que as suas contrapartes de superliga e
que também conduzirá ao outros componentes de baixo peso. Materiais presentemente sob
consideração para uso em máquinas térmicas cerâmicas incluem nitreto de silício (Si 3 N 4 ), carbeto
de silício (SiC) e zircônia (ZrO 2 ).
A resistência ao desgaste e/ou características de deterioração a altas temperaturas de
algumas partes metálicas de máquinas térmicas correntemente em uso têm sido melhoradas
significativamente pelo uso de revestimento superficiais cerâmicos. Por exemplo,componentes de
motores a turbinas de avião de superligas são protegidos por um revestimento isolante térmico de
zircônia. O desempenho bem sucedido destes revestimentos depende do estabelecimento de uma
forte ligação entre a cerâmica e o substrato metálico interno que deve ser mantido durante a
ciclagem térmica.
A desvantagem principal do uso de cerâmicas em máquinas térmicas é sua disposição
para falha frágil e catastrófica, devida à sua relativamente baixa tenacidade à fratura. Técnicas estão
sendo correntemente desenvolvidas para aumentar as características de tenacidade destes
materiais.Uma particular e promissora técnica de aumento da tenacidade emprega uma
transformação de fase para aprisionar a propagação de trincas e denominada com propriedade
melhoria da tenacidade por transformação. Pequenas partículas de ZrO 2 parcialmente
estabilizadas são dispersadas dentro do material estrutural sob consideração (que inclui ZrO 2
propriamente). Tipicamente, CaO, MgO, Y 2 O 3 e CeO são usados como estabilizadores.
Estabilização parcial permite retenção da fase tetragonal metaestável nas condições ambientes em
lugar da fase monoclínica estável. No campo de tensão próximo de uma trinca em propagação, as
partículas tetragonais metaestavelmente retidas sofre transformação para a fase monoclínica estável.
Acompanhando esta transformação existe um pequeno aumento de volume e o resultado líquido é
que tensões compressivas são estabelecidas na superfície da trinca que tendem a apertar a trinca
para fechá-la, deste modo impedindo o seu crescimento. Este processo está esquematicamente
demonstrado na Figura 14.15.
Figura 14.15 - Demonstração esquemática do aumento da tenacidade por transformação. (a) Uma
trinca antes do induzimento da transformação fásica da partícula de ZrO 2 . (b) Aprisionamento da
trinca devido à transformação de fase induzida por tensão.
Tenacidade à fratura e resistência mecânica podem também ser melhoradas por adição de
uma outra fase cerâmica, que é usualmente em forma de fibra ou filamento; tais materiais são
denominados compósitos de matriz cerâmica. As fibras e filamentos podem inibir propagação de
trinca pela deflexão das pontas da trinca ou por puxamento das fibras/filamentos para fora da matriz
e/ou por causar uma redistribuição de tensões em regiões adjacentes às pontas da trinca.
Além disso, melhoradas técnicas de processamento são necessárias de maneira a produzir
materiais que tenham microestruturas específicas e, portanto, características mecânicas uniformes e