Estudo do efeito da moagem de alta energia no comportamento mecânico de porcelanato

Abstract

O porcelanato é formado por uma mistura de argilominerais, quartzo e feldspatos. Corresponde à classe de revestimento com melhor desempenho técnico. É constituído basicamente por 50-65% de fase vítrea, 10-25% de quartzo, <10% de mulita, 0-10% feldspatos não fundidos, 3-7% de porosidade fechada. O presente trabalho mostra o estudo da influência do tamanho de partícula de uma formulação de massa de porcelanato técnico de uso industrial, submetida à redução do tamanho de partícula através de moagem de alta energia (M.A.E). O objetivo é avaliar a influencia da alta energia na distribuição de tamanho de partícula de quartzo assim como na delaminação de partículas das frações argilosas nas propriedades mecânicas e tecnológicas do produto. Tais propriedades dificilmente são simples de se obter em moagem convencional com moinho de bolas. Dessa forma buscou-se causar alterações na microestrutura do material para que possam suportar taxas elevadas de resfriamento sem provocar demasiada degradação das propriedades mecânicas. Estudos anteriores comprovaram que o quartzo nas composições de porcelanato está parcialmente desconectado e que este fenômeno é controlado pelo comportamento anisotrópico da célula unitária do quartzo. Desse modo, o quartzo apresenta dois diâmetros críticos a partir dos quais as partículas se desprendem parcial ou totalmente da matriz. As tensões residuais macroscópicas das amostras do estudo foram medidas pelo método SRSM (Strain relaxation slotting method). A resistência mecânica e a tenacidade à fratura, método SENB (Single Edge Notched Beam), foram medidas por flexão em três pontos de apoio em máquina universal de ensaios mecânicos. Dentre os parâmetros avaliados, o tamanho de partícula do quartzo foi a que apresentou maior influência sobre o incremento nas tensões residuais e na resistência mecânica à flexão, variando em até 23 MPa. Para a variação do tamanho de partícula do quartzo, foi verificado que as partículas menores desenvolvem maior compressão na superfície do material incrementando a resistência mecânica. Os resultados ainda demonstraram que o porcelanato desenvolve têmpera quando submetido a resfriamento rápido, incrementando em até 27 MPa de resistência mecânica para uma mesma condição com resfriamento lento. Em relação a propriedades tecnológicas, a M.A.E (moagem de alta energia) apresentou um melhor empacotamento entre as partículas devido a delaminação na fração dos argilominerais, o que proporcionou uma melhora na flecha de deformação piroplástica comparada à moagem convencional. Tanto os resultados de BET quanto as imagens das micrografias dos resíduos, mostraram uma maior área superficial para as partículas das condições de moagens por alta energia sendo que visivelmente os formatos das mesmas são mais esféricos e menos irregulares comparada à moagem convencional. Ensaios de manchamento foram realizados com peças polidas para verificar a relação do D99 das partículas x D99 dos poros com a intensidade das manchas. Os resultados mostraram que a condição C5 (Moagem de alta energia com resíduo final de 0.5%, retido em malha 45 μm, em série a uma moagem convencional partindo de 10% de resíduo) agrupou as melhores propriedades tecnológicas e microestrutural, podendo ser encaminhada a uma prova semi-industrial. Algumas perspectivas de viabilização técnica também foram abordadas com o uso da M.A.E na fabricação de porcelanato técnico polido.