Colagem de Barbotina 4
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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