PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
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PhD Thesis 2018

Técnica inovadora de plasma spray para deposição de monocamadas de SiO2-SiC sobre compósito C/C

Author

Felipe de Souza Miranda

Concentration Area

Materiais, Manufatura e Automação

Defense Date

23/03/2018

Thesis Number

74205

Abstract

Compósitos de Carbono/Carbono (C/C) são amplamente utilizados em componentes termoestruturais, principalmente pelo setor aeroespacial. Entretanto, o carbono possui baixa resistência em ambientes ablativos, limitando sua aplicação em sistemas de proteção térmica. Este problema pode ser superado protegendo o compósito com camadas de passivação a base de materiais cerâmicos de baixa eficiência catalítica em reações com oxigênio e nitrogênio em elevadas temperaturas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo principal a síntese de recobrimentos espessos com gradiente composicional entre SiO2/SiC depositados sobre compósitos C/C utilizando um novo processo chamado High Velocity Solution Plasma Spray (HVSPS). Estes recobrimentos são formados a partir de reações entre o compósito C/C e a solução coloidal de Si(OH)4 aspergida por jato de plasma supersônico gerado por uma tocha de corrente contínua. A tocha de plasma possui uma concepção distinta das tochas convencionais por ser uma tocha não linear que possibilita a injeção axial do material precursor, elevando o tempo de interação com regiões de plasma em elevadas temperaturas. O relativamente rápido resfriamento das partículas aspergidas pelo jato de plasma com o impacto no substrato contribui para a formação de um recobrimento amorfo, como também, na síntese de materiais nanoestruturados. A formação do gradiente composicional entre SiO2/SiC em relação a espessura dos recobrimentos foi investigada em função do tempo de exposição ao jato de plasma. A formação do SiC com predominância de concentração na interface recobrimento/substrato, atua como uma camada de ligação entre o substrato e a camada de SiO2 predeominante na superfície do recobrimento exposta ao jato de plasma, reduzindo a incompatibilidade entre os coeficientes de expansão térmica, bem como evidencia um processo de adesão química do recobrimento em reações entre o Si aspergido pelo jato de plasma e o C no compósito. A camada externa de SiO2 no recobrimento possui a habilidade de preencher ou selar trincas (defeitos) visando proteger o compósito. Testes térmicos, utilizando uma tocha de oxiacetileno (norma padrão ASTM E285-80), mostram uma redução da área de trincas presentes nos recobrimentos, bem como o estabelecimento de um processo de cristalização da estrutura atômica do SiC. No plano teórico avaliou-se o comportamento da velocidade e a temperatura da partícula ao longo de sua trajetória em interação com jatos de plasma de elevada entalpia e velocidade, considerando-se partículas sólidas com diâmetro definido.

Keywords

Pulverizadores Tochas de plasma Recobrimentos Compósitos carbono-carbono Jatos de plasma Materiais compósitos Física