Título: Caracterização e análise comparativa das propriedades dos grãos de carbeto de silício
Título alternativo: Characterization and comparative analysis of silicon carbide grain properties
Autoria de: Gabriel Fonseca Silva
Orientação de: Leonardo Sant Ana Gallo
Presidente da banca: Leonardo Santana Gallo
Primeiro membro da banca: Natalia Maira Braga Oliveira
Segundo membro da banca: Isabela de Fátima Silva Vidal
Palavras-chaves: carbeto de silício, características do SiC, densidade, caracterização de materiais, materiais cerâmicos.
Data da defesa: 08/03/2023
Semestre letivo da defesa: 2022-2
Data da versão final: 17/03/2023
Data da publicação: 17/03/2023
Referência: Silva, G. F. Caracterização e análise comparativa das propriedades dos grãos de carbeto de silício. 2023. 69 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
Resumo: Os materiais cerâmicos são de extrema relevância em diversos âmbitos da sociedade devido às suas características como baixas condução de calor e eletricidade, alta dureza e inércia química. Novos estudos são realizados de forma a se entender e aperfeiçoar as características desses materiais. Uma das principais cerâmicas estudadas na atualidade é o carbeto de silício (SiC), obtido através de reações a elevadas temperaturas entre fontes de carbono e silício, e muito utilizado em processos que requerem materiais de alta refratariedade, abrasão e inércia. Por ser comercializado majoritariamente na forma de grãos, estudar os impactos das características macro e micro dos grãos do carbeto de silício é de fundamental importância para se entender as propriedades apresentadas pelo material cerâmico produzido. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi realizar análises laboratoriais e caracterizar três amostras de grãos de carbeto de silício, produzidos em anos diferentes, uma em 2008 e duas em 2022, de forma a comparar as características dos grãos, entender como se relacionam entre si, e avaliar o os impactos e a relevância para as indústrias de refratários e abrasivos. A partir das análises de densidade aparente e compactada do material, da utilização técnicas como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difratometria de raios-X, (DRX) e da realização de análises granulométricas, foram mensurados fatores geométricos como alongamento, arredondamento, circularidade e esfericidade de grão e dados sobre a microestrutura do carbeto de silício. Constatou-se que a amostra produzida em 2008, apresentou maior valor de densidade, assim como uma distribuição granulométrica mais aberta, um formato de partícula mais irregular e uma estrutura cristalina com predominância de células unitárias de maior densidade (politipos 6H e 4H). Observou-se também que as amostras produzidas em 2022, apresentaram características semelhantes, tanto de distribuição e formato de grãos quanto microestrutura. A amostra produzida em 2008 apresentou uma menor concentração de grãos nas peneiras intermediárias, e fatores de forma característicos de partículas irregulares. Já as amostras produzidas em 2022 apresentaram menor irregularidade, com características próximas a esferas, porém uma distribuição granulométrica ligeiramente mais fechada. A amostra produzida em 2022 pelo processo de menor contaminação apresentou uma menor quantidade de politipos 3C, características de material metalúrgico, quando comparada a amostra produzida no mesmo ano de forma convencional. Desta forma, constatou-se que a amostra de 2008 apresentou as melhores características para a aplicação de um grão de SiC para a indústria de refratários e que a realização das correlações entre as características tornou a análise mais aprofundada e assertiva.
Abstract: Ceramic materials are highly relevant in many areas of society due to their characteristics such as low heat and electricity conduction, high hardness, and chemical stability. New studies are carried out to understand and improve the characteristics of these materials. One of the main ceramics currently studied is silicon carbide (SiC), obtained through reactions at high temperatures between carbon and silicon sources, and widely used in processes that require materials of high refractoriness, abrasion, and chemical stability. Because it is mainly marketed in the form of grains, studying the impacts of the macro and micro characteristics of silicon carbide is of fundamental importance to characterize the material and understand the properties presented by the ceramic material produced. Thus, the objective of this work is to perform laboratory analyses and characterize three samples of silicon carbide grains, produced in different years, one in 2008 and two in 2022, to compare the characteristics of the grains to understand how they relate and assess the impacts and the relevance to the abrasives and refractories industries. From the analysis of bulk and compacted material density, the use of techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffractometry, (XRD), and the performance of particle size analyses, characteristics such as elongation, roundness, circularity, and grain sphericity and data on the microstructure of silicon carbide were obtained. It was found that the sample produced in 2008 presented a higher density value, as well as a larger particle size distribution, a more irregular particle shape, and a crystalline structure with a predominance of unit cells of higher density (polytypes 6H and 4H). It was also observed that the samples produced in 2022 presented similar characteristics, both grain distribution and shape, and microstructure. The sample produced in 2008 showed a lower grain concentration on the intermediate sieves, and shape factors characteristic of irregular particles. On the other hand, the samples produced in 2022 presented lower irregularity, with characteristics close to spheres, but with a slightly more closed granulometric distribution. The sample produced in 2022 by the process of lower contamination presented a lower amount of 3C polytypes, characteristics of the metallurgical materials, when compared to the sample produced conventionally in the same year. Thereby, the 2008 sample presented the best characteristics for the application of SiC grains in the refractory industry, and the realization of correlations between the characteristics of the samples made the analyses more in-depth and assertive.
URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20222201710510
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Gabriel Fonseca Silva e Universidade Federal de Lavras
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