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Processo de moldagem por Colagem

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Engenharia de Materiais

Prof. Fabiana Villela

Ano/Semestre - 2013.2

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Etapas do processamento cerâmico

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Colagem de Barbotina

(“Slip casting”) ou Vazamento

• É um processo de conformação descrito como a

consolidação de partículas de uma suspensão aquosa de pós cerâmicos (barbotina) através da remoção da parte líquida por moldes porosos (gesso, polímeros, etc).

• Vantagens: produção de peças de formas relativamente

complexas com paredes uniformes e baixo custo de

investimento.

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• Utilizada para fabricação de peças com cavidades

internas ou ovais. Ex.: louças e vasos sanitários, xícaras,

bules, sopeiras, açucareiros, travessas, etc.

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Processo de fabricação de peças cerâmicas por

colagem de barbotina

Colagem em molde de gesso

Preparação da barbotina

Secagem

Esmaltação

Queima

Pré-queima

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1 - Estocagem de matérias-primas 2 – Preparação das massas

3 – Moagem líquida

4 – Preparação dos moldes

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5 – Enchimento do molde 6 – Desmoldagem

7 –Secagem das peças 8 – Aplicação de esmalte

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9 – Carregamento em forno

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Confecção do Molde de Gesso

Preparando a matriz

Eliminação de toda sujeira e pó da superfície da matriz

Preparando a pasta de gesso

Passe-se desmoldante na matriz e depois coloca-se em uma fôrma

adequada

Adicione o gesso no recipiente contendo água e agite lentamente para

dissolver todo gesso

Proporção 60% de gesso e 40% de água (3:2, em peso)

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O derrame

Para evitar aprisionamento de ar, derrame a pasta de gesso lenta e continuamente próximo da matriz

A cura

• Tempo de cura 10 a 20 minutos (para o gesso

de cura lenta)

Obs.: Recomenda-se remover todo o ar gerado

durante a mistura, dando pequenas batidas no

recipiente

Confecção do Molde de Gesso

Centralização da matriz

Preenchimento com gesso

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Confecção do Molde de Gesso

Desmoldagem

Remova todo o suporte de apoio do molde

e retire a matriz com cuidado

Secagem do molde

Inicialmente ao ar e em seguida na estufa à baixa temperatura

O molde deve estar completamente seco para receber a barbotina

Remoção da matriz

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As barbotinas devem apresentar as seguintes propriedades:

PREPARAÇÃO DA BARBOTINA

- Apresentar reologia adequada (não tixotrópica)

- Separação rápida do molde

- Boa estabilidade da suspensão

- Alta concentração de sólidos na suspensão

- Baixa viscosidade (alta fluidez)

O que é este comportamento?

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PREPARAÇÃO DA BARBOTINA

Moagem das matérias-primas

● Para conseguir uma suspensão estabilizada é necessário moer as

matérias-primas

● A moagem pode ser manual (em almofariz) ou em um moinho.

Almofariz Moinho de bolas

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PREPARAÇÃO DA BARBOTINA

Peneiramento das matéria-primas

● Serve para eliminar as impurezas e separar as partículas grossas das

finas

● Normalmente a barbotina é passada na peneira de malha 100 mesh

Obs.: Maior valor mesh menor valor mm

Ex. 100 mesh = 0,149 mm = 100 tyler

200 mesh = 0,075 mm = 200 tyler

A malha das peneiras pode apresentar em MESH, mm e tyler

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ESTABILIDADE DA BARBOTINA

PREPARAÇÃO DA BARBOTINA

Para evitar a aglomeração, adiciona-se uma pequena quantidade

de dispersante (defloculante), de 0,2 a 0,5%

As partículas de argila (caulinita) têm a

tendência de se atraírem, formando

aglomerados, devido à atração de cargas

superficiais

caulinita

-

+ + + + +

+ + - -

-

- -

Distribuição de cargas superficiais de

uma caulinita

Interações eletrostáticas. As atrações superam o valor das

repulsões de forma que as moléculas sentem uma atração

mútua.

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Aglomerados

Formação de aglomerados de partículas

resultantes das colisões entre elas, na

ausência de forças repulsivas.

Tendem a aglomerar - unidas por forças eletrostáticas

Aumenta a área superficial específica →aumenta a influências das forças

de superfície →tendências das partículas se aglomerarem.

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Defloculação

PREPARAÇÃO DA BARBOTINA

- Dar maior estabilidade na barbotina (evitar a decantação das

partículas)

Principais funções dos defloculantes:

- Diminuir a viscosidade da barbotina

- Facilitar a moagem e a descarga da barbotina

- Reduzir o consumo de água

Defloculantes mais comuns: silicato de sódio, pirofosfato de

sódio, carbonatos de sódio e de potássio, soda, etc.

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Mecanismos de estabilização de suspensões

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Dupla camada elétrica

Dupla camada elétrica da partícula = camada superficial de cargas da partícula (1a

camada) e os contra-íons presentes nas camadas de Stern e difusa (2a camada)

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Pontencial de superfície ( 0)

Fatores que afetam o potencial de superfície:

Para evitar a formação de aglomerados através do mecanismo eletrostático

de estabilização depende diretamente do potencial elétrico ao redor da

partícula .

A queda de potencial é influenciada por: íon adsorvido (tamanho grandes)

Potencial Zeta ( ) : é a medida de potencial de superfície no plano de

cisalhamento, ou seja, limite de separação entre os contra-íons da dupla

camada.

Potencial de Stern é estimado através de técnicas experimentais. Estes

valores devido a proximidade entre o plano de Stern e o de cisalhamento, o

Potencial Zeta ( ) é considerado um indicativo do Potencial de Stern da

Partícula.

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O potencial da interface entre a superfície da partícula e o interior da solução do

meio de dispersão diminui mais rapidamente à medida que aumenta a força iônica,

porque a dupla camada de cargas que se forma ao redor da partícula é comprimida

em direção à superfície pela concentração de íons da solução

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A magnitude do potencial zeta dá uma indicação do potencial

de estabilidade o sistema coloidal.

Se todas as partículas em suspensão tem um grande potencial zeta

negativo ou positivo, elas tenderão a se repelir e não haverá a tendência

de flocular. No entanto, se as partículas têm valores baixo potencial zeta,

então não há força para impedir que as partículas se unam e precipitem.

POTENCIAL ZETA

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• Floculação:

O óxido de alumínio é tido como um material liofóbico, ou seja, é

um material que possui baixa energia de interação

com a água. Assim, ao adicioná‐lo à água na forma de pó,

as partículas atraem‐se mutuamente, resultando em uma

suspensão floculada.

• Defloculação:

Pode-se estabilizar uma suspensão através de um aditivo adsorvido

sobre as partículas que aumentam as forças de repulsão por

Estabilização Estérico

Defloculantes: aditivos usados para promover a defloculação.

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Ocorre através da adsorção à superfície da partícula de um polímero neutro, cuja cadeia molecular seja suficientemente longa para dificultar, por impedimento físico.

↑ afinidade entre as cadeias do polímero e a superfície das partículas ↑ a quantidade de polímero adsorvido.

Para ter uma boa estabilização estérica:

- Ligação forte entre a partícula e polímero

- O polímero deve recobrir totalmente a superfície da partícula

- A camada adsorvida deve ter uma espessura maior que a distância na qual as forças de Van der Waals ainda são significativas.

- Formação de pontes – efeito contrário.

Mecanismo de Estabilização Estérico

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COLAGEM DE BARBOTINA NO GESSO

1) Despejar a barbotina de maneira uniforme, sem

interrupções no molde de gesso seco

2) Descansar por 5-10 minutos; quanto maior o

tempo, mais espessas serão as paredes

3) Em poucos minutos o nível da barbotina irá diminuir; caso seja

necessário, adicionar um pouco mais de barbotina

4) Retirar o excesso da barbotina virando o molde,

e deixando-o invertido por uns 5 minutos em

posição um pouco inclinada

Enchendo o molde

Retirando o excesso

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Obs.: Se a peça for retirada antes do tempo, ela poderá

deformar-se, porém se demorar muito, poderá

rachar dentro do molde

COLAGEM DE BARBOTINA NO GESSO

5) Recortar as sobras da peça com muito

cuidado usando uma espátula

6) Deixar a peça dentro do molde pelo tempo

suficiente até que a mesma se desprenda por

si só

Retirando as rebarbas

Secando a peça

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Composição -Al2O3 – 99,82%, N2O – 0,07%, SiO2 – 0,03%,

Fe2O3 – 0,02%, CaO – 0,02% e MgO – 0,05%.

Pré-sinterizadas a 1000 oC/1 h

Sinterizadas ao ar: taxa1 ºC/ min até 1600 ºC /2horas

Densidade obtida ~ 99%

Peças de alumina feita por colagem

APLICAÇÕES DA ALUMINA

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Defeitos na Colagem

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Defeitos na Colagem

● Pin-hole (pequenos buracos na superfície da peça)

Causas: molde úmido; bolhas na barbotina; alta viscosidade

Soluções: secar o molde; peneirar e descansar a barbotina; adicionar

água na barbotina

● Dificuldade de manipulação da peça sem distorção

Soluções: Adicionar mais defloculantes

● Fragilidade da peça (dificuldade de cortar ou raspar)

Causas: massa pouco plástica

Soluções: adicionar plastificante; diminuir a quantidade de defloculante

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Defeitos na Colagem

● Colagem muito lenta

Causa: (baixa viscosidade da barbotina) – baixa concentração de pó

Soluções: diminuir a quantidade de defloculantes

● Dificuldade de escoamento da barbotina nas seções estreitas

Causa: muito baixa fluência (alta viscosidade)

Soluções: aumentar a quantidade de água e/ou de defloculantes

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COLAGEM DE FOLHAS (TAPE CASTING)

• Técnica utilizada para a fabricação de peças

cerâmicas planas, finas de 0,025 a 1 mm e com

áreas superficiais grandes;

• Principais aplicações: capacitores de

multicamadas de titanato de bário, substratos

para circuitos eletrônicos e pacotes cerâmicos

de multicamadas e de vitrocerâmica.

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ETAPAS DO PROCESSO

• Preparação de uma barbotina de um pó cerâmico;

• Colagem dessa barbotina sobre uma superfície;

• Evaporação do solvente;

• Surge um filme flexível, que é separado da superfície;

• Tratamento térmico (eliminação das substâncias

orgânicas)

• Sinterização.

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TAPE CASTING X SLIP CASTING

• Muitos dos problemas relativos ao processamento de

suspensões cerâmicas são comuns a ambos;

• consolidação do produto na colagem de barbotina

envolve a ação capilar de um molde poroso, enquanto

que na colagem de folhas o solvente é evaporado.

• O tamanho e a forma dos produtos manufaturados

também pelos dois processos diferem

consideravelmente.

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A barbotina influencia no arranjo das partículas no corpo à verde;

A barbotina tem que ser homogênea;

Essas características tem que ser preservadas durante todo o processo;

Portanto para se ter uma boa qualidade do produto é necessário o entendimento das características reológicas da barbotina.

TAPE CASTING X SLIP CASTING

(ambos processos)

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TAPE CASTING - PROCESSAMENTO

Equipamento de processamento contínuo de colagem de folhas

cerâmicas.

Doctor Blade

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TAPE CASTING - PROCESSAMENTO

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TAPE CASTING - PROCESSAMENTO

• A colagem de folhas é efetuada através do movimento

relativo entre uma lâmina niveladora. Duas soluções

são possíveis:

• Processo descontínuo

• Processo contínuo

Lâmina em

movimento Superfície fixa

Superfície em movimento Lâmina fixa