Resistência à erosão a frio e a quente (850°C) de cerâmicas de engenharia (AL2O3, ZRO2, SI3N4) e sua avaliação comparativa pelas equações de Wiederhorn e de Evans

Abstract

Este trabalho investigou a relação entre a taxa de erosão de três tipos de cerâmicas de Engenharia, Al2O3 (alumina), ZrO2 (zircônia) e Si3N4 (nitreto de silício), com as propriedades mecânicas de tenacidade à fratura e dureza desses materiais, quando submetidos às mesmas condições de desgaste por erosão à temperatura ambiente e quente (850°C). Os materiais cerâmicos utilizados são comerciais e suas propriedades conhecidas. Os materiais foram analisados, antes e após os ensaios de erosão, por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Utilizaram-se comparativamente as equações de Wiederhorn e a de Evans na análise dos resultados. Os modelos reproduziram o comportamento da Al2O3 e da ZrO2 quanto à taxa de erosão. O Si3N4 apresentou desgaste por erosão inferior ao descrito pelos modelos. A ZrO2 teve significativo aumento da taxa de erosão quando em temperatura elevada (850°C), demonstrando uma importante perda de propriedade com a elevação da temperatura. Os resultados indicaram que a tenacidade à fratura apresentou relação direta com a taxa de erosão, diferentemente da dureza, que não demonstrou relação direta com a taxa de erosão. A propriedade mecânica de tenacidade à fratura é indicativa do comportamento dos materiais cerâmicos quanto à resistência a erosão, mas ainda é recomendável a realização de ensaios nas condições de utilização estabelecidas, antes da aplicação prática do material.

This work investigated the relationship among the erosion rate of three different kinds of Engineering Ceramics, Al2O3 (alumina), ZrO2 (zirconia) and Si3N4 (silicon nitride), with their mechanical properties of fracture toughness and hardness, when submitted to the same conditions of erosion wear at both room and high temperature (850°C). The ceramic materials tested were commercial materials and their properties are known. The materials were analyzed, before and after the experiments, by scanning electron microscopy (SEM). It was used comparatively the Wiederhorn and the Evans equations to analyze the results. The models reproduce the erosion behavior of Al2O3 and ZrO2. The Si3N4 presented very low erosion wear, less than estimated by mathematic models. The ZrO2 performs a high increase of erosion tax when at high temperature (850°C), it demonstrates an expressive properties loss with temperature increase. The results indicate that the fracture toughness has direct relation with the erosion rate, differently of the hardness which hasn’t direct relation with erosion rate. The mechanical property of fracture toughness is indicative erosion resistance behavior of ceramic materials, but is still advisable tests in use conditions before the material practical application.