A espuma cerâmica ocupa um lugar especial no contexto da ciência dos materiais e seus avanços. A densidade mínima, a porosidade e as excelentes propriedades isolantes do material a tornam útil em diversas aplicações. O artigo abaixo aborda os diferentes aspectos e descreve diferentes métodos possíveis para a produção de espuma. Fabricação de cerâmica.
O que torna as espumas cerâmicas e metálicas famosas?
Espumas sejam elas cerâmicas ou espumas metálicas São feitos a partir do gás de enchimento nos poros de um material base. Os poros podem ser selados ou fechados, ou interconectados e deixados abertos. A principal característica de uma espuma é a extensão dos poros que ela possui. Geralmente, os poros ou espaços vazios variam de 75 a 90 µT do material base.
Espumas de alumínio vs espumas cerâmicas: uma comparação
Espumas de alumínio
Em termos simples, a espuma metálica é um metal preenchido com espaços gasosos porosos que compõem grande parte do seu volume. As espumas metálicas de alta qualidade são geralmente fabricadas tendo o alumínio como metal base. Alumínio espuma metálica composto de alumínio, onde os poros são criados pelo gás no metal fundido. Um gás ou um dispersante pode ser usado para criar poros no alumínio fundido.
A estrutura do espuma metálica de alumínio possui fibras de alumínio interligadas que são basicamente de dois tipos. Os dois tipos de Espuma metálica de alumínio são do tipo de células abertas espuma de alumínio ou tipo de célula fechada. O principal uso das espumas é que estas espumas de alumínio permanecem alteráveis em relação às propriedades favoráveis que se requer. A grande área de superfície, a morfologia diferente e o peso leve são as características atraentes de Espumas de alumínio.
Propriedades das espumas de alumínio
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Espumas de alumínio geralmente permanecem inertes às chamas
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O espuma de alumínio tem tamanho na faixa de 2 a 11 mm em cada célula e tem porosidade em torno de 70 – 90%
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As dimensões da espuma podem ser variadas em função das aplicações e oferecem uma resistência de 44 MPa
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O espuma metálica de alumínio tem resistência maior que o metal alumínio normal, que é cerca de 100 vezes ou mais.
Aplicação de Espumas de Alumínio
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A segurança automotiva está se tornando popular a cada dia, contando com materiais leves para espuma de alumínio.
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A absorção sonora de espuma de alumínio faz um dos melhores materiais aditivos na fabricação de automóveis
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Espumas de alumínio são leves por natureza e encontram aplicação no setor aeroespacial.
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Espumas de alumínio são mais adequados para a indústria de design, pois funcionam como um bom material de fixação quando combinados com madeira.
Como é feita a espuma metálica?
O método popular de produção Espuma de alumínio ou espumas metálicas é o método de injeção de ar. A etapa inicial envolve a preparação de um compósito com matriz metálica utilizando óxidos de alumínio e magnésio ou carboneto de silício. Uma vez formada a massa fundida, ar, nitrogênio ou argônio são injetados através de bicos ou impulsores para garantir uma distribuição uniforme na mistura.
A outra maneira de fabricar espumas metálicas é usando um agente de expansão. A decomposição induzida pelo calor faz com que o agente de expansão libere gases e crie vazios. As indústrias também utilizam outros métodos de formação eutética de gás sólido para induzir a formação de espuma na presença de hidrogênio. Nesse tipo de fabricação, os poros variam de 10 micrômetros a 10 mm.
Espumas cerâmicas
As espumas cerâmicas, devido à sua estrutura celular, têm sido parte integrante da fabricação de materiais. Sua fabricação simples incorpora o uso de polímeros com pasta cerâmica. O corpo retém a cerâmica em sua estrutura, onde a alta temperatura e as propriedades isolantes proporcionam benefícios adicionais. A espuma cerâmica tem diversas aplicações, como isolamento térmico, isolamento acústico e diversas aplicações que exigem alto consumo de energia.
Propriedades das espumas cerâmicas
Espumas cerâmicas são geralmente compostas por estruturas celulares de natureza porosa. A estrutura tridimensional da rede, por outro lado, é frágil, com espaços ou vazios visíveis no material. Os vazios nas células são lineares em dimensão e geralmente medidos em milímetros a micrômetros. Embora as espumas cerâmicas porosas sejam rígidas, os vazios são ocupados por ar ou gás de até 95 a 96%.
Existem diferentes tipos de espumas cerâmicas feitas de carboneto de silício, alumina, zircônia, titânia e sílica. As espumas cerâmicas são conhecidas por sua leveza. Possuem boa permeabilidade a determinados materiais. A resistência à compressão das espumas cerâmicas é superior.
A propriedade dessas espumas cerâmicas as torna uma boa escolha para aplicações de usinagem.
Aplicação de espumas cerâmicas
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As microestruturas da indústria cerâmica têm sido úteis na indústria eletrônica, como na produção de baterias, eletrodos, etc.
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As propriedades isolantes da cerâmica são utilizadas para proporcionar boa resistência ao calor. Elas podem ser utilizadas como materiais estruturais em isolamentos, desempenhando a dupla função de isolamento e resistência.
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Espumas cerâmicas podem ser usadas para o controle da poluição. Sua permeabilidade as torna eficazes no controle da poluição. As espumas cerâmicas fornecem área de superfície para catalisadores oxidarem as partículas capturadas.
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Espumas cerâmicas também são usadas para auxiliar estruturas de suporte no corpo humano devido à sua biocompatibilidade.
Métodos de fabricação de cerâmica
Alguns dos métodos populares de fabricação de espumas cerâmicas são fornecidos para referência abaixo:
Processo de formação de espuma direta
O processo é iniciado pela formação de uma suspensão de pasta cerâmica, seguida pela formação de espuma. Após a polimerização, o molde é removido e a espuma formada é seca e posteriormente sinterizada. Esse processo cria vazios mais resistentes, capazes de suportar usinagens mais complexas.
O processo é auxiliado por um agente espumante que, quando misturado à pasta cerâmica, inicia a formação de espuma, sendo posteriormente estabilizado e solidificado. A fabricação de cerâmica com base na formação direta de espuma é reconhecidamente simples e confiável, além de ser benéfica para o controle da porosidade. A estabilização geralmente é realizada após a análise cuidadosa dos aditivos.
Aplicação e Vantagens
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É geralmente empregado na indústria metalúrgica onde a porosidade desempenha um papel crucial
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Essas espumas são utilizadas para isolamento
Método de fundição em gel
Quando a homogeneidade e a maior resistência são preferidas, a fundição em gel é o melhor método para fabricação de cerâmicaO processo é simples e se inicia com a mistura de uma suspensão coloidal com um monômero solúvel em água e um agente espumante. Após a polimerização, a espuma gelifica. A moldagem em gel produz espumas cerâmicas resistentes e rígidas.
Aplicação e Vantagens
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É utilizado para produzir filtros ou membranas duráveis em indústrias químicas
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Campos biomédicos para implantes e superestruturas de suporte
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O processo garante controle de porosidade e alto grau de uniformidade.
Técnica de Replicação
O método de replicação envolve o método de fabricação de cerâmica na qual uma pasta cerâmica é revestida sobre uma espuma. A espuma polimérica é posteriormente queimada por sinterização. Isso duplicará uma espuma cerâmica que originalmente se assemelha a uma espuma polimérica. As espumas cerâmicas produzidas pela tecnologia de replicação possuem maior permeabilidade e menor resistência.
Aplicação e Vantagens
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É usado para produzir geometrias complexas, como implantes ósseos no campo biomédico
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As indústrias automotiva e aeroespacial geralmente usam cerâmicas fabricadas pelo método de réplica devido ao seu peso leve
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As considerações cuidadosas no processo garantem que não haja defeitos vazios prevalecendo na geometria essencial do material.
O processo de consolidação do amido
O método de consolidação do amido de fabricação de cerâmica Geralmente é barato e não apresenta toxicidade. É ecologicamente correto e utiliza uma temperatura de queima de cerca de 300 a 600 °C. Essa temperatura garante que não haja defeitos durante a formação da espuma cerâmica.
O agente gelificante, como amido de grau alimentício, é adicionado ao pó cerâmico e, em seguida, misturado à água destilada. A mistura passa então por processos como agitação, fundição, coagulação e, finalmente, secagem. Uma vez seco, o material formado é sinterizado a temperaturas mais altas, resultando na formação da espuma cerâmica.
Aplicação e Vantagens
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Garante a ausência de defeitos vazios
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Método ecológico de fabricação de cerâmica
Método de Emulsão
No método de emulsão, como o nome sugere, as emulsões são usadas para fazer fabricação de cerâmica para criar espumas. As partículas cerâmicas são colocadas em suspensão em uma mistura de dois líquidos imiscíveis. Uma vez formada e estabilizada a emulsão, a outra fase líquida é removida por evaporação ou combustão.
Aplicação e Vantagens
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A técnica de emulsão garante uma boa eficiência de filtragem, sendo amplamente reconhecida em sistemas de filtragem
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Eles são usados para a fabricação de materiais isolantes porosos e oferecem leveza.
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Embora a técnica garanta um bom tamanho de poro e distribuição uniforme, a crucialidade do método de fabricação torna a técnica mais difícil de usar.
Método Sol gel
O método sol-gel, como o nome sugere, consiste na conversão de uma solução em uma estrutura cerâmica enquanto as condições químicas são controladas nessa etapa. No método sol-gel, fabricação de cerâmica a porosidade é controlada de forma complexa sem comprometer a resistência essencial do material.
Aplicação e Vantagens
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O método é geralmente empregado na fabricação de filmes, revestimentos, sensores etc.
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Produz-se espuma de alta pureza
Conclusão
O artigo abordou os detalhes das espumas, seus diferentes tipos e as técnicas globais de fabricação de espumas cerâmicas. Para espumas cerâmicas, o controle das propriedades desempenha um papel crucial. Os diferentes métodos de fabricação garantem que as propriedades favoráveis sejam apresentadas para auxiliar na aplicação a que se destinam.