Uma pitada de zircônio torna material superduro ainda mais duro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/02/2021

É só uma pitada, mas o material muda de estrutura, mais do que dobrando sua resistência.
[Imagem: Tomohiro Nishi et al. - 10.1038/s41598-020-78064-0]

Compósitos de matriz cerâmica

Os chamados "compósitos de matriz cerâmica" (CMCs) são materiais incrivelmente fortes usados em motores a jato, turbinas a gás e ferramentas de corte especiais, para cortar superligas de níquel, por exemplo.

O óxido de alumínio (Al₂O₃) é um desses materiais, sendo duro e quimicamente inerte. O carbeto de tungstênio (WC) é outro, usado como um material superduro.

Por isso, tem havido um grande esforço em criar um compósito de matriz cerâmica Al₂O₃-WC, mas os resultados vinham sendo insatisfatórios até agora.

Tomohiro Nishi e seus colegas da Universidade de Nagoya, no Japão, acabam de conseguir sintetizar o tão sonhado material composto.

Materiais superduros

Para fazer materiais superduros, os pesquisadores testam inúmeras formulações para identificar uma que apresente uma alta resistência à flexão, que é uma medida da tensão física que um material suporta antes de se dobrar ou quebrar.

Anteriormente, ninguém havia obtido um CMC de Al₂O₃-WC com uma resistência à flexão maior do que 1 gigapascal, o que significa que nenhum deles conseguiu superar os CMCs existentes.

Nishi experimentou então adicionar quantidades minúsculas de dióxido de zircônio (ZrO₂) durante a criação dos CMCs Al₂O₃-WC. Era o ingrediente que faltava: Esta adição rendeu CMCs Al₂O₃-WC superduros, com resistências à flexão maiores do que 2 gigapascais.

"Este é um recorde histórico neste campo," disse Nishi.

Comparação do resultado obtido com outras cerâmicas superduras.
[Imagem: Katsuyuki Matsunaga]

Pitada de zircônio

E essa melhoria considerável na resistência à flexão foi obtida com uma adição relativamente modesta de ZrO₂: O aditivo representa menos de 5% da massa dos compósitos Al₂O₃-WC obtidos, muito menos do que a quantidade de aditivo normalmente usados em CMCs.

"Os materiais que desenvolvemos podem ser usados como materiais superduros em dispositivos de usinagem para corte de componentes metálicos duros a serem usados em aviões e automóveis," disse o professor Katsuyuki Matsunaga, membro da equipe.

Na verdade, esse uso é iminente: a empresa NGK Spark Plug já licenciou a tecnologia para usar o material superduro em ferramentas de corte para uso em tornearia e usinagem.

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