OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO DIAMANTE … · Trabalho de conclusão de curso sob o título Obtenção e caracterização do Diamante policristalino (PCD) com 15% wt de Nióbio

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LUCAS PIRES DE PAIVA BARRETO

OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO DIAMANTE POLICRISTALINO

(PCD) COM 15%wt DE NIÓBIO SINTERIZADO VIA ALTA PRESSÃO E

ALTA TEMPERATURA (HPHT)

Orientador: Meysam Mashhadikarimi

Natal – RN

Julho de 2018

Lucas Pires de Paiva Barreto

OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO DIAMANTE POLICRISTALINO

(PCD) COM 15%wt DE NIÓBIO SINTERIZADO VIA ALTA PRESSÃO E

ALTA TEMPERATURA (HPHT)

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao

Departamento de Engenharia Química do Centro

de Tecnologia da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte como requisito para a obtenção

do título de engenheiro químico.

Orientador: Meysam Mashhadikarimi

Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN

Departamento de Engenharia Química – DEQ

Natal – RN

Julho de 2018

Trabalho de conclusão de curso sob o título Obtenção e caracterização do Diamante

policristalino (PCD) com 15%wt de Nióbio sinterizado via alta pressão e alta temperatura

(HPHT) apresentado por Lucas Pires de Paiva Barreto e aceita pelo Departamento de Engenharia

Química do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, sendo

aprovado por todos os membros da banca avaliadora abaixo especificada:

___________________________________________

Professor Dr. Meysam Mashhadikarimi

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Departamento de Engenharia de Materiais

___________________________________________

Professor Dr. Uilame Umbelino Gomes


Departamento de Física Teórica e Experimental

___________________________________________

Professor Dr. Marciano Furukava


Departamento de Engenharia de Materiais

Natal-RN, 25 de julho de 2018

Agradecimentos

A minha família cujo amor, apoio e paciência foram fundamentais para conseguir trilhar com

determinação o árduo sonho de ser engenheiro.

Ao meu amado irmão Vinícius por desde criança me incentivar no caminho da ciência.

A minha namorada, Camila, e aos amigos que sempre estiveram presentes nos momentos bons e

ruins.

A meu orientador, Meysam Marshhadikarimi, cuja confiança e apoio guiaram-me com maestria

na construção deste trabalho.

Ao Professor Uilame Umbelino Gomes e a todos os colegas do Laboratório de Materiais

Cerâmicos e Metais Especiais da UFRN, por estarem sempre à disposição para ajudar.

Ao Professor Marciano Furukava, que me deu suporte e orientação durante toda minha

graduação.

Ao Professor Marcelo Filgueira, por ceder as instalações do Laboratório de Materiais Avançados

da UENF e por contribuir com valorosas discursões para o trabalho.

Ao técnico Renan da Silva Guimarães do Laboratório de Materiais Avançados da UENF, por

todo suporte com as sinterizações.

Por fim, a todos que com empatia me ajudaram a chegar até aqui.

Nothing in life is to be feared, it is only to be understood.

Now is the time to understand more, so that we may fear less.

- Marie Curie -

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo principal a obtenção e caracterização do corpo de

diamante sinterizado com 15 wt% Nb, através das técnicas HPHT (High Pressure, High

Temperature) em três diferentes temperaturas: 1650℃, 1750℃ e 1850 ℃, com pressão constante

de 7,7 GPa. Para atingir esse objetivo, a rota escolhida se dividiu em três estágios: no primeiro

foi realizada a caracterização dos pós de partida através de Particulometria, Difração de Raios X

e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). No segundo estágio, foi realizada a mistura dos

pós em moagem de alta energia por 20 minutos a 500 rpm e feita a caracterização do estágio

anterior no pó compósito obtido. Já no terceiro estágio, foi realizada a sinterização via HPHT e a

caracterização dos corpos de prova obtidos através de Densimetria, Microscopia Eletrônica de

Varredura (MEV) e Espectroscopia Raman. Os resultados mostraram que o Nióbio pode ser um

excelente ligante para o diamante, conseguindo densidades relativas na faixa de 96% a 100%

para as amostras em todas as temperaturas, visto a alta pressão a elas submetidas. Além disso, foi

verificado através dos espectros Raman que para todas as temperaturas não houve grafitização,

problema comum nesse tipo de material. Quanto às análises do MEV, foi detectada a dispersão

uniforme do Nióbio nas interfaces das partículas de diamante, não houve formação de trincas, e

mais uma vez foi observada a ausência de grafitização.

Palavras-chaves: Diamante Policristalino; Nióbio; HPHT; Caracterização; Sinterização.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 11

2. OBJETIVO ............................................................................................................................ 13

2.1 Objetivo geral ...................................................................................................................... 13

2.2 Objetivos específicos........................................................................................................... 13

3. REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................................. 14

3.1 Diamante Policristalino ....................................................................................................... 14

3.2. Nióbio como ligante ........................................................................................................... 14

3.3. Particulometria ................................................................................................................... 15

3.4. Difração de Raios X ........................................................................................................... 16

3.5. Microscopia Eletrônica de Varredura ................................................................................ 17

3.6. Moagem de Alta Energia.................................................................................................... 19

3.7. Sinterização via HPHT ....................................................................................................... 19

3.8. Espectroscopia Raman ....................................................................................................... 20

4. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................. 22

4.1. Análises dos pós de partida ................................................................................................ 23

4.1.1. Particulometrias ........................................................................................................... 23

4.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura .......................................................................... 23

4.1.3 Confocal........................................................................................................................ 24

4.1.4. Difração de Raios X .................................................................................................... 24

4.2. Pesagem e preparação dos pós iniciais ............................................................................... 25

4.3. Moagem de Alta Energia.................................................................................................... 26

4.4. Análise da mistura de pós................................................................................................... 27

4.4.1. Particulometria............................................................................................................. 27



4.5. Sinterização HPHT ............................................................................................................. 28

4.6. Análises das amostras sinterizadas ..................................................................................... 30


4.6.2. Espectroscopia RAMAN e Confocal ........................................................................... 31

4.6.3. Densimetria .................................................................................................................. 31

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................................... 32

5.1. Análises dos pós de partida ................................................................................................ 32

5.1.1. Particulometrias ........................................................................................................... 32


5.1.3 Confocal........................................................................................................................ 37

5.1.4 Difração de raios X ....................................................................................................... 39

5.2 Análises da mistura de pós .................................................................................................. 39

5.2.1 Particulometria.............................................................................................................. 39



5.3. Análises das amostras sinterizadas ..................................................................................... 41


5.3.2 Confocal........................................................................................................................ 42

5.3.3. Espectroscopia RAMAN ............................................................................................. 44

5.3.4 Densimetrias ................................................................................................................. 44

6. CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 45

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 46

LISTA DE FIGURAS

Figure 1 - Fluxograma simplificado da metodologia utilizada. ................................................................... 22

Figura 2 - Pó de Diamante (a) e Pó de Nióbio (b)........................................................................................ 23

Figura 3 – Particulômetro. .......................................................................................................................... 24

Figura 4 - Microscópio Eletrônico de mesa. ................................................................................................ 24

Figura 5 - Difratograma de raios X. ............................................................................................................. 25

Figura 6 - Balança de Precisão .................................................................................................................... 26

Figura 7 - Moinho de alta energia (a), Jarra com mistura e esferas (b), Jarra com o solvente (c). ............ 27

Figura 8 – Matriz de compactação para a fabricação das tampas de grafite. ............................................ 28

Figura 9 - Suportes de Calcita (a) e Mufla (b). ............................................................................................ 29

Figura 10 - Prensa hidráulica (HPHT). ......................................................................................................... 30

Figura 11 – Politriz (a), Disco Diamantado (b). ........................................................................................... 31

Figura 12 - Aparato montado na balança de precisão. ............................................................................... 32

Figura 13 - Curvas particulométricas do diamante (a) e do Nióbio (b). ...................................................... 33

Figura 14 - Micrografia eletrônica do diamante (a), (b), e com medidas (c). ............................................. 34

Figura 15 - EDS do pó de diamante ............................................................................................................. 35

Figura 16 – Micrografia eletrônica do pó de Nióbio. .................................................................................. 36

Figura 17 - EDS do pó de Nióbio. ................................................................................................................ 37

Figura 18 - Curva Particulométrica da mistura moída. ............................................................................... 40

Figura 19 – migrografia eletrônica da mistura dos pós moídos. ................................................................ 40

Figura 20 - DRX da mistura de pós. ............................................................................................................. 41

Figura 21 - micrografias das amostras sinterizadas a 1650℃(a), 1750℃(b) e 1850℃(c). .......................... 42

Figura 22 - Nióbio atuando como ligante. .................................................................................................. 42

Figura 23 - Confocal das amostras sinterizadas. ......................................................................................... 43

Figura 24 - Espectroscopia das amostras sinterizadas. ............................................................................... 44

LISTA DE ABREVIAÇÕES

AlO3 – óxido de alumínio

CaCO3 – Calcita

Cr - Cromo

CVD – Chemical Vapor Deposition

CO2 – Dióxido de carbono

DRX – Difração de Raios X

EDS - Energy-dispersive X-ray spectroscopy

GPa – Giga Pascal

HCl – Ácido Clorídrico

HNO3 – Ácido Nítrico

HPHT – High Pressure/High Temperature

kV – Kilo Volts

MEV – Microscopia eletrônica de Varredura

Mo - Molibdênio

Nb – Nióbio

SiC – Carbeto de silício

PCD – Polycrystalline Diamond

11

1. INTRODUÇÃO

A busca por melhorias nas ferramentas de corte e perfuração vem norteando pesquisas

com diamante desde o final do século XIX, visto que o diamante é a substância mais dura

encontrada na natureza. No entanto, só na metade do século XX, com a descoberta das

técnicas HPHT (High Pressure/High Temperature), é que este ramo de pesquisas teve

avanços significativos. Com a via HPHT, tornou-se possível produzir diversas configurações

de diamantes, com tamanho, forma e estrutura cristalina mais adequada para uma aplicação

particular, fazendo variar a pressão, a temperatura e o catalisador (crómio, Manganês,

tântalo, Cobalto, Níquel ou platina, em vez de Ferro) [1]. Dentre os diferentes tipos de

diamante, o que é produzido via HPHT, o PCD (polycristaline diamond) se destaca por

apresentar maior dureza e condutividade térmica que o diamante monocristalino, além de

menor preço, o que justifica sua enorme aplicação na indústria de ferramentas de corte e

perfuração. Portanto, tais vantagens justificam o fato desse diamante ser o mais utilizado nas

pesquisas que visam aprimorar ferramentas de corte e perfuração.

É nesse cenário de busca por aprimoramentos que logo surgiram os primeiros estudos de

materiais compósitos envolvendo diamante e metais, isto é, estudos sobre a possibilidade de

usar um metal como ligante para o diamante. O objetivo dessa matriz metálica é produzir

uma série de interações físico-químicas com as partículas de diamante para que dessa forma

ocorra a diminuição das desvantagens que o diamante puro apresenta, como a baixa

tenacidade, por exemplo. Dessa maneira, a mistura de diamante/metal confere novas

características para o material, bem como atenuação de propriedades desvantajosas para

certas aplicações. [2-3]

Uma das preocupações durante a sinterização dos compostos diamantados é a

grafitização, reação onde ocorre a transformação do diamante em sua forma alotrópica mais

frágil, o grafite. Por fornecer um produto com menor dureza, a grafitização deve ser evitada

durante a sinterização, para isso, fatores como temperatura, pressão e catalisadores devem ser

controlados, já que interferem de diferentes maneiras durante o processo. [4-5]

Nesse sentido, este trabalho visa estudar os efeitos da adição de Nióbio na produção de

corpos de prova com 85% de PCD e 15% Nb a diferentes temperaturas. O objetivo principal

desse estudo trata-se da obtenção e caracterização de amostras na composição citada,

12

adotando a rota HPHT para três faixas de temperatura diferentes. Logo, por se tratar de um

sistema novo e, portanto, nunca estudado nessas condições, o seguinte trabalho justifica sua

relevância a contribuir com os conhecimentos acerca de um sistema desconhecido pela

literatura, a fim de que os resultados possam fornecer uma base teórica e empírica para

futuros estudos com protótipos a base desse material.

13

2. OBJETIVO

2.1 Objetivo geral

O trabalho objetivou a obtenção e caracterização do corpo de diamante sinterizado com

15%wt de Nióbio. Bem como, o estudo da viabilidade da rota adotada (HTHP) para três faixas de

temperatura diferentes: 1650 ºC, 1750 ºC e 1850 ºC, em que em todas se manteve a pressão de

compactação de 7,7 GPa.

2.2 Objetivos específicos

Caracterizar os pós de partida.

Caracterizar a mistura obtida através da moagem de alta energia.

Caracterizar os corpos de prova obtidos via HPHT.

14

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 Diamante Policristalino

O diamante é uma das formas alotrópicas do carbono, e pode ser encontrado em duas

formas: os naturais e os sintéticos, isto é, os mono e os policristalinos. O interesse desse estudo

está no diamante sintético policristalino.

O diamante policristalino, ou PCD como é mais conhecido, é um compósito de partículas

de diamante sinterizado com um ligante metálico. O diamante é o mais duro e, portanto, o mais

resistente à abrasão de todos os materiais. Como uma ferramenta de corte, ele tem boa resistência

ao desgaste, porém falta estabilidade química em altas temperaturas e se dissolve facilmente em

ferros. [6]

As propriedades do diamante sintético dependem dos detalhes dos processos de

fabricação; no entanto, alguns diamantes sintéticos (formados por HPHT ou Chemical Vapor

Deposition) têm propriedades como dureza, condutividade térmica e mobilidade eletrônica que

são superiores aos da maioria dos diamantes naturalmente formados. O diamante sintético é

amplamente utilizado em abrasivos, em ferramentas de corte e polimento e em dissipadores de

calor. Aplicações eletrônicas de diamante sintético estão sendo desenvolvidas, incluindo chaves

de alta potência em estações de energia, transistores de efeito de campo de alta frequência e

diodos emissores de luz. Detectores de diamantes sintéticos de luz ultravioleta (UV) ou

partículas de alta energia são usados em instalações de pesquisa de alta energia e estão

disponíveis comercialmente. Devido à sua combinação única de estabilidade térmica e química,

baixa expansão térmica e alta transparência óptica em uma ampla faixa espectral, o diamante

sintético está se tornando o material mais popular para janelas ópticas em lasers e giroscópios de

CO2 de alta potência. Estima-se que 98% da demanda de diamantes de nível industrial seja

fornecida com diamantes sintéticos. [7]

3.2. Nióbio como ligante

A utilização de um metal ligante durante a sinterização dos corpos de diamante apresenta

duas principais vantagens: a diminuição da temperatura e pressão de sinterização, e a eliminação

de grafite aderido na superfície do diamante [8]. É importante lembrar que essa matriz metálica é

escolhida baseada na abrasividade do material para ser cortado e polido. Por exemplo: o Cobalto

15

como ligante é utilizado em materiais em que sua abrasividade é similar ao granito. Já o

Tungstênio é usado como ligante em materiais como o concreto, SiC, Si3N4 e Al2O3 [9].

Além da abrasividade, outro parâmetro importante para a escolha do ligante é o seu

comportamento frente à grafitização, visto que esta reação indesejada prejudica as propriedades

mecânicas do composto obtido. Nesse aspecto, sinterizações de diamante usando Nióbio como

ligante apontaram excelentes resultados: os corpos sinterizados apresentaram durezas mais altas,

melhores condições estruturais, e menor diferença entre os coeficientes de expansão térmica

quando comparados com o Cobalto, além de claro, terem conseguido evitar o fenômeno da

grafitização. [10]

3.3. Particulometria

A Particulometria é o estudo da distribuição das dimensões dos grãos de um particulado.

Ou seja, é a determinação das dimensões das partículas do agregado e de suas respectivas

porcentagens de ocorrência. O principal objetivo é conhecer a distribuição granulométrica do

agregado e representá-la através de uma curva. Possibilitando assim a determinação de suas

características físicas. A análise granulométrica pode ser realizada: por peneiramento, quando

temos solos granulares como as areias e os pedregulhos; por sedimentação, no caso de solos

argilosos; pela combinação de ambos os processos; e por difração de laser. [11]

Para este artigo, a abordagem focará na análise via difração de laser, por ser a prática

mais utilizada na tecnologia dos pós. A difração laser é uma técnica amplamente utilizada para

materiais que vão desde centenas de nanômetros a vários milímetros de tamanho. As principais

razões para seu sucesso são:

Ampla faixa dinâmica - de submícrons a milímetros de tamanho;

Medições rápidas - resultados gerados em menos de um minuto;

Repetibilidade - grande número de partículas amostradas em cada medição;

Resposta instantânea - monitoramento e controle do processo de dispersão de partículas;

Alta produtividade de amostras - centenas de medições por dia;

Calibração desnecessária - facilmente verificada com materiais padrão de referência;

16

Técnica bem estabelecida - coberta pela ISO13320 (2009).

A técnica mede as distribuições de tamanho das partículas por medição da variação

angular na intensidade da luz difundida à medida que um feixe de laser interage com as

partículas dispersas da amostra. Partículas grandes dispersam a luz em pequenos ângulos em

relação ao feixe de laser e partículas pequenas dispersam a luz em ângulos grandes, como

ilustrado abaixo. Os dados sobre a intensidade da dispersão angular são então analisados para

calcular o tamanho das partículas responsáveis por criar o padrão de dispersão, com base na

teoria de difusão da luz de Mie. O tamanho das partículas é indicado como o diâmetro de uma

esfera de volume equivalente. [12]

3.4. Difração de Raios X

A difração de raios X é um fenômeno no qual os átomos de um cristal, em virtude de seu

espaçamento uniforme, causam um padrão de interferência das ondas presentes em um feixe

incidente de raios X. É uma técnica usada para determinar a estrutura atômica e molecular de um

cristal, na qual os átomos cristalinos fazem com que um feixe de raios X incidentes difrate em

muitas direções específicas. Medindo os ângulos e as intensidades dos feixes difratados, um

cristalógrafo pode produzir uma imagem tridimensional da densidade de elétrons dentro do

cristal. A partir desta densidade de elétrons, as posições médias dos átomos no cristal podem ser

determinadas, bem como suas ligações químicas, sua desordem e várias outras informações. O

material analisado é finamente triturado, homogeneizado e a composição média em massa é

determinada (difração de raios X em pó). [13]

O fenômeno resulta de um processo de espalhamento no qual os raios X são dispersos

pelos elétrons dos átomos sem alteração no comprimento de onda. Um feixe difratado é

produzido por tal dispersão somente quando certas condições geométricas são satisfeitas, o que

pode ser expresso em qualquer uma de duas formas, a equação de Bragg, ou a de Laue. O padrão

de difração resultante de um cristal, que compreende tanto as posições como as intensidades dos

efeitos de difração, é uma propriedade física fundamental da substância, servindo não apenas

para sua rápida identificação, mas também para a elucidação completa de sua estrutura. A análise

das posições do efeito de difração leva imediatamente a um conhecimento do tamanho, forma e

orientação da célula unitária. Para localizar as posições dos átomos individuais na célula, as

17

intensidades devem ser medidas e analisadas. O mais importante para relacionar as posições dos

átomos com as intensidades de difração é a equação do fator de estrutura. [14]

Com isso, a DRX em pó é mais amplamente utilizada para a identificação de materiais

cristalinos desconhecidos (por exemplo, minerais, compostos inorgânicos). A determinação de

sólidos desconhecidos é fundamental para estudos em geologia, ciência ambiental, ciência de

materiais, engenharia e biologia. Outras aplicações incluem:

Caracterização de materiais cristalinos;

Identificação de minerais de grão fino, tais como argilas e argilas de camada mista que são

difíceis de determinar;

Determinação das dimensões das células unitárias;

Medição da pureza da amostra.

Com técnicas especializadas, DRX pode ser usado para:

Determinar estruturas cristalinas usando refinamento Rietveld;

Determinar quantidades modais de minerais (análise quantitativa);

Caracterizar amostras de filmes finos;

Fazer medições de textura, como a orientação de grãos, em uma amostra policristalina.

3.5. Microscopia Eletrônica de Varredura

Um microscópio eletrônico de varredura (MEV) utiliza um feixe de elétrons no lugar dos

fótons utilizados em um microscópio óptico convencional, o que permite solucionar o problema

da resolução relacionado com a fonte de luz branca usada nos convencionais. [15]

Seu princípio de funcionamento se baseia em utilizar um feixe de elétrons de pequeno

diâmetro para explorar a superfície da amostra, ponto a ponto, por linhas sucessivas e transmitir

o sinal do detector a uma tela catódica cuja varredura está perfeitamente sincronizada com aquela

do feixe incidente. Por um sistema de bobinas de deflexão, o feixe pode ser guiado de modo a

varrer a superfície da amostra segundo uma malha retangular. O sinal de imagem resulta da

interação do feixe incidente com a superfície da amostra. O sinal recolhido pelo detector é

utilizado para modular o brilho do monitor, permitindo a observação. A maioria dos

instrumentos usa como fonte de elétrons um filamento de Tungstênio (W) aquecido, operando

18

numa faixa de tensões de aceleração de 1 a 50 kV. O feixe é acelerado pela alta tensão criada

entre o filamento e o ânodo. Ele é, em seguida, focalizado sobre a amostra por uma série de três

lentes eletromagnéticas com um spot menor que 4,0 nm. O feixe, interagindo com a amostra,

produz elétrons e fótons que podem ser coletados por detectores adequados e convertidas em um

sinal de vídeo. Quando o feixe primário incide na amostra, parte dos elétrons difunde-se e

constitui um volume de interação cuja forma depende principalmente da tensão de aceleração e

do número atômico da amostra, conforme figura 1.2. Neste volume, as ondas eletromagnéticas e

os elétrons produzidos são utilizados para formar as imagens ou para efetuar análises físico-

químicas. Para serem detectados, as partículas e/ou os raios eletromagnéticos resultantes da

interação do feixe eletrônico com a amostra devem retornar à superfície da amostra e daí

atingirem o detector. A profundidade máxima de detecção, portanto, a resolução espacial,

depende da energia com que estas partículas ou raios atingem o detector, ou são capturadas pelo

mesmo. Por exemplo: elétrons retroespalhados possuem maior energia do que os elétrons

secundários, assim, o detector de elétrons retroespalhados irá operar na faixa de energia maior e

o de elétrons secundários na faixa menor. A imagem formada a partir do sinal captado na

varredura eletrônica de uma superfície pode apresentar diferentes características, uma vez que a

imagem resulta da amplificação de um sinal obtido de uma interação entre o feixe eletrônico e o

material da amostra. Graças a isso, o MEV consegue produzir aumentos de até 300000 vezes

sem sofrer com o problema da resolução enfrentado pelos microscópios convencionais. [15]

Na maior parte dos casos, os aparelhos de MEV estão equipados com aparelhos de

espectroscopia de raios X por dispersão de energia, conhecidos também como EDS. A vantagem

dessa combinação é a possibilidade de fazer análises físico-químicas na amostra, visto que é uma

técnica analítica usada para a análise elementar de caracterização química de uma amostra. Ou

seja, uma das variantes da espectroscopia por fluorescência de raios X que se baseia na

investigação de uma amostra através de interações entre partículas ou radiação eletromagnética e

matéria, analisando os raios X emitidos pela matéria em resposta à incidência de partículas

carregadas. Suas capacidades de caracterização são devido em grande parte ao princípio

fundamental que cada elemento tem uma estrutura atômica única, de modo que os raios X

emitidos são característicos desta estrutura, que identificam o elemento. [16]

19

3.6. Moagem de Alta Energia

O processo de Moagem de Alta Energia (MAE) é uma síntese mecano-química em que as

misturas de pós de diferentes metais ou ligas são moídas conjuntamente para obtenção de uma

liga homogênea, através da transferência de massa. Durante o processo, as partículas de pó são

continuamente deformadas, soldadas a frio, quebradas e ressoldadas. A técnica consiste

basicamente no processamento de materiais na forma de pós, juntamente com corpos de

moagem, que podem ser esferas de aço ou outro material de alta dureza, inseridos em um vaso de

moagem, geralmente feito do mesmo material que o das esferas. [17]

Por vibração ou rotação as esferas chocam-se com as paredes do vaso, resultando em uma

prensagem do pó a cada impacto, e deste modo o pó é repetidamente levado a solda, fratura e

ressolda num intenso processo cíclico de transferência de energia que possibilita a

nanoestruturação dos materiais moídos. Atualmente, este processo vem permitindo a obtenção de

materiais compósitos, materiais nanoestruturados, compostos intermetálicos, soluções sólidas

amorfas, entre outros [18].

Durante a moagem de alta energia, alta deformação é introduzida nas partículas. Isso é

manifestado pela presença de vários defeitos cristalinos, tais como discordâncias, vazios, falha

de empilhamento e aumento no número de contornos de grão. A presença desses defeitos, além

do refinamento da microestrutura, o qual diminui as distâncias de difusão e do aumento da

temperatura durante a moagem, aumenta a difusividade dos elementos solutos na matriz,

resultando na produção de pós com alta sinterabilidade em relação à moagem convencional. [17-

18]

3.7. Sinterização via HPHT

A compactação de peças é responsável pela definição da geometria e densificação da

mistura de pós. A principal propriedade que afeta a compactação é a compressibilidade do pó,

que pode ser definida como a extensão segundo a qual uma massa de pó pode ser densificada

pela aplicação de pressão. A compressibilidade é uma característica importante, pois determina a

pressão a ser exercida pelo ferramental para se conseguir uma determinada densidade da peça.

Dessa forma, a via HPHT é normalmente a mais adotada para o processo quando se trata

da sinterização de materiais diamantados e metais duros, pois estes materiais requerem pressões

20

maiores para atingirem boas densificações. Outro fator que justifica a escolha das técnicas HPHT

é seu relativo baixo custo e agilidade durante a produção das amostras, visto que o processo

costuma durar poucos minutos.

De modo geral, podemos resumir a sinterização HPHT da seguinte forma: trata-se de uma

técnica que se caracteriza por aplicar altíssimas pressões (na ordem de GPa) ao mesmo tempo em

que uma corrente elétrica eleva a temperatura do sistema a patamares de altas temperaturas,

muitas vezes superiores a 1500 ºC. [19]

3.8. Espectroscopia Raman

É uma técnica que usa uma fonte de laser, que ao atingir um objeto, é espalhada por ele,

gerando luz de mesma energia ou de energia diferente da incidente. No primeiro caso, o

espalhamento é chamado de elástico e não é de interesse, este é o chamado espalhamento

Rayleigh. Entretanto, o mais importante é efeito inelástico (segundo caso), também conhecido

como efeito Raman, que possibilita obter muitas informações importantes sobre a composição

química do objeto em análise a partir dessa diferença de energia. Isto gera uma assinatura da

composição química de cada material irradiada, também conhecida como impressão digital

(fingerprint). [19]

Na prática, um feixe de radiação laser de baixa potência é usado para iluminar pequenas

áreas do objeto de interesse e, ao incidir sobre a área definida, é espalhado em todas as direções,

sendo que uma pequena parcela dessa radiação é espalhada inelasticamente, isto é, com

frequência (ou comprimento de onda) diferente da incidente (E = hν ou E = h.c.λ-1

). O

espalhamento inelástico pode ser subdividido em dois tipos: Stokes e anti-Stokes. O efeito

Stokes ocorre quando as moléculas recebem a energia no seu estado fundamental, e no anti-

Stokes a molécula já está em estado excitado. O efeito Raman também gera três modelos

vibracionais nas moléculas: bend, symmetric or asymmetric strech; Sendo o número de modelos

vibracionais traduzidos pelas seguintes fórmulas matemáticas:3n-6 para moléculas não lineares,

por exemplo: água (H2O) e 3n-5 para moléculas lineares, por exemplo gás carbônico (CO2),

sendo n o número de átomos da molécula. [19-20]

A banda de deslocamento Raman, a diferença de energia entre a incidida e a espalhada, é

tipicamente descrita como número de onda (wavenumber). A unidade mais usada é 1/cm, isso é

21

equivalente a joule dividido por fator de conversão (hc), onde h é a constante de Planck e c é a

velocidade da luz.

Caso seja utilizado um microscópio óptico convencional, o qual objetiva tanto focalizar o

feixe incidente na amostra quanto coletar a radiação que é espalhada por ela, tem-se a

Microscopia Raman, a qual permite o estudo de áreas de até 1 μm (10-6

m)de diâmetro. O

interessante é que a diferença de energia entre a radiação incidente e a espalhada corresponde à

energia com que átomos presentes na área estudada estão vibrando e essa frequência de vibração

permite descobrir como os átomos estão ligados, ter informação sobre a geometria molecular,

sobre como as espécies químicas presentes interagem entre si e com o ambiente, entre outras

coisas. É por esse motivo que essa ferramenta é tão poderosa, permitindo inclusive a

diferenciação de polimorfos, isto é, substâncias que tem diferentes estruturas e, portanto,

diferentes propriedades, apesar de terem a mesma fórmula química, como o massicote e

litargírio, ambos óxidos de chumbo (PbO) porém com diferentes estruturas cristalinas

(ortorrômbica e tetraédrica, respectivamente). [19-20]

Como não há somente um tipo de vibração, uma vez que geralmente as espécies químicas

presentes são complexas, a radiação espalhada inelasticamente é constituída por um número

muito grande de diferentes frequências (ou componentes espectrais) as quais precisam ser

separadas e ter sua intensidade medida. Cada espécie química, seja um pigmento, corante,

substrato, aglutinante, veículo ou verniz, fornece um espectro que é como sua impressão digital,

permitindo sua identificação inequívoca ou, por exemplo, a detecção de alterações químicas

decorrentes de sua interação com outras substâncias ou com a luz. [19-20]

A análise por Espectroscopia Raman é feita sem necessidade de preparações ou

manipulações de qualquer natureza, como pulverização, por exemplo. Quando a amostra é muito

grande, ela pode ser examinada através de um sistema especial de lentes ou através de fibras

ópticas. Atualmente são comercializados tanto microscópios Raman dedicados quanto

equipamentos convencionais que podem ter o microscópio como acessório e em ambos os casos

a utilização de fibras ópticas é um recurso essencial quando o objeto analisado é muito grande

para caber no compartimento de amostras ou quando seu transporte até o laboratório não é

possível. Outro aspecto importante é a possibilidade de exploração de alguns efeitos especiais,

como o efeito Raman ressonante e efeito SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). [20]

22

4. MATERIAIS E MÉTODOS

O fluxograma representado na figura 1 abaixo esquematiza resumidamente a metodologia

adotada para o estudo em questão.

Figure 1 - Fluxograma simplificado da metodologia utilizada.

Fonte: Autor.

23

4.1. Análises dos pós de partida

Os pós de partida utilizados nesse trabalho foram: diamante policristalino (AC 50 125-

80) e Nióbio puro, mostrados respectivamente nas figuras 2a e 2b.

Figura 2 - Pó de Diamante (a) e Pó de Nióbio (b).

Fonte: Autor.

4.1.1. Particulometrias

As particulometrias foram realizadas em um particulômetro da marca Acil & Weber,

modelo 920, conforme mostra a figura 3. Ligado ao particulômetro, um computador foi usado

para operar o software “the particle expert”, da empresa CILAS a fim de obter os dados do

experimento, que usou água como meio para o ensaio. Inicialmente foi executada a medida do

branco para calibrar o equipamento, e em seguida o pó foi adicionado aos poucos até atingir um

escore razoável para cada tipo de particulado. Dessa forma, após atingir o valor ideal para cada

substância, a curva particulométrica foi obtida como resultado.

4.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura

O ensaio foi realizado em um microscópio eletrônico de mesa da marca HITACHI,

modelo TM3000, equipado com EDS, mostrado na figura 4. Para o diamante, as magnificações

usadas foram: 50x, 100x, 200x, 300x e 500x. Já para o Nióbio, foram usados: 50x, 100x, 200x,

500x, 1000x, 5000x e 10000x. Para ambos os pós de partida foram feitas análises “mapa” usando

o EDS.

a b

24

Figura 3 – Particulômetro.

Fonte: Autor.

4.1.3 Confocal

Para as análisas via confocal, foram adotadas as seguintes ampliações para cada amostra:

108x, 216x, 430x e 1075x. Sendo o Confocal da marcal OLYMPUS modelo padrão.

Figura 4 - Microscópio Eletrônico de mesa.

Fonte: Autor.

4.1.4. Difração de Raios X

A análise de DRX foi realizada em um equipamento fabricado pela Rigaku,

modelo Miniflex II desktop x-ray diffractometer com radiação Cu-Kα e filtração de Níquel,

25

conforme mostrado na figura 5. Para isso, os seguintes parâmetros foram adotados para o

experimento de ambos os pós de partida: varredura contínua na faixa de 25˚ a 120˚, passo de

0,02˚, e velocidade de 5˚ por minuto.

Figura 5 - Difratograma de raios X.

Fonte: Autor.

4.2. Pesagem e preparação dos pós iniciais

Os pós de partida foram preparados com o auxílio de uma balança de precisão da marca

SHIMADZU modelo AUW220D, conforme ilustra a figura 6. Para obtenção da mistura com

composição de 85% de diamante e 15% de Nióbio, foram pesados 3,828g do pó de diamante e

0,675g de Nióbio, totalizando 4,503g da mistura.

O valor da massa da mistura (4,503g) foi calculado de modo a considerar 25% de perdas

durante as análises, isto é, uma perda máxima de 1,126g de material perdido durante os

procedimentos. Dessa maneira, sabendo-se que cada amostra teria aproximadamente 0,380g, em

caso de perda máxima, ainda restaria pó suficiente para confecção de 9 corpos sinterizados, que é

o valor necessário para realizar os todos os ensaios nas três temperaturas em triplicata.

26

Figura 6 - Balança de Precisão

Fonte: Autor

4.3. Moagem de Alta Energia

O procedimento utilizou um moinho planetário da marca Pulverisette, com Jarras de

metal duro, mostrados respectivamente nas figuras 7a e 7b. O procedimento começou com a

mistura dos pós colocada na jarra de metal duro. Em seguida, adotou-se uma relação massa-bola

de 1:10, que resultou no preenchimento com 45g de esferas de metal duro na jarra, distribuídas

em 1 grande e 11 pequenas. Após isso, foi adicionado Ciclo-hexano como meio úmido da

moagem até preencher 75% do volume da jarra (figura 7c). Esta medida teve a finalidade de

evitar oxidação durante a moagem, sendo o Ciclo-hexano ideal para o sistema em questão, por

não reagir com a mistura. Depois de fechar a jarra da mistura contendo as esferas e o Ciclo-

hexano, o recipiente foi acoplado no moinho e os seguintes parâmetros foram configurados para

começar a moagem: 20 minutos para o tempo de moagem a uma velocidade de 500 rpm.

Após o fim da moagem, a mistura foi retirada por decantação, utilizando uma espátula

após a separação do solvente dos sólidos decantados. Por fim, os sólidos úmidos foram

colocados em uma capela por 24 horas para a completa remoção do Ciclo-hexano.

27

Figura 7 - Moinho de alta energia (a), Jarra com mistura e esferas (b), Jarra com o solvente (c).

Fonte: Autor

4.4. Análise da mistura de pós

4.4.1. Particulometria

O ensaio particulométrico para a mistura dos pós seguiu os mesmos parâmetros e

procedimentos mostrados no item 4.1.1

a b

c

28


O ensaio de Microscopia Eletrônica de Varredura para a mistura dos pós seguiu os

mesmos parâmetros e procedimentos descritos no item 4.1.2


O ensaio de Difração de Raios X para a mistura dos pós seguiu os mesmos parâmetros e

procedimentos descritos no item 4.1.3

4.5. Sinterização HPHT

Foram produzidos nove corpos de prova utilizando a via HPHT. O procedimento

consistiu em quatro etapas: produção das cápsulas de grafite, produção do suporte de calcita,

prensagem das amostras e eliminação das impurezas via ultrassom.

No primeiro estágio, as cápsulas cilíndricas de grafites foram confeccionadas

artesanalmente. Utilizando um torno mecânico da marca ROMI, modelo Tormax 20ª para

preparar os tubos de grafite, e uma matriz metálica para produzir o fundo e a tampa para o tubo

(ver figura 8).

Figura 8 – Matriz de compactação para a fabricação das tampas de grafite.

Fonte: Autor.

Na segunda parte, suportes de Calcita (CaCO3) foram produzidos e consolidados em uma

mufla da marca Linea. Para em seguida, acoplar nos mesmos os tubos de grafites produzidos

anteriormente. Os suportes de calcita e a mufla estão mostrados nas figuras 9a e 9b

respectivamente.

29

Figura 9 - Suportes de Calcita (a) e Mufla (b).

Fonte: Autor.

No último passo, os pós foram condicionados nos tubos de grafite, que por sua vez

estavam acoplados nos suportes de Calcita, para em seguida serem colocados uma amostra por

vez no dispositivo HPHT. Tal dispositivo consistiu de uma prensa hidráulica especial, modelo

DO138B da Ryazantyashpressmash (fabricação russa). Sendo assim, a sinterização foi realizada

em triplicata, distribuindo igualmente as 9 amostras em 3 condições de temperatura diferentes,

sendo elas: 1650˚C, 1750˚C e 1850˚C, todas submetidas na mesma pressão de 7,7 GPa.

Para o processo, foi adotado um ciclo de 9 minutos (sendo mantida a pressão durante 3

minutos três vezes para cada amostra). Isto é, esse ciclo permitiu a máquina aplicar a pressão

durante 3 minutos até que se chegasse ao valor desejado. Após a aplicação do calor, a pressão foi

mantida até que a amostra atingisse a temperatura mais baixa para evitar a transformação do

diamante em grafite a alta temperatura e baixa pressão [21]. O dispositivo está mostrado na

figura 10.

b a

30

Figura 10 - Prensa hidráulica (HPHT).

Fonte: Autor.

Por fim, as amostras foram retiradas do que sobrou da cápsula e do envoltório de grafite

para serem limpas do grafite remanescente que ficou aderido na superfície. Para isso, elas foram

colocadas em um ultrassom com álcool etílico por 30 minutos. Após isso, as amostras foram

lavadas com uma solução de HNO3 e HCl, na proporção de 1:3, passando 20 minutos imersas na

solução. Finalmente, as amostras foram retiradas, lavadas com água destilada e secadas na mufla.

4.6. Análises das amostras sinterizadas

Para poder dar prosseguimento às análises dos corpos de prova, foi necessário fazer o

polimento de sua superfície, sendo este procedimento realizado em uma máquina politriz da

arotec, modelo aropol E, equipada com um disco diamantado da Struers, de 10 µm. A duração do

31

polimento para cada amostra foi de 30 minutos para cada superfície, a uma velocidade de 200

rpm. A politriz e o disco estão mostrados nas figuras 11a e 11b.

Figura 11 – Politriz (a), Disco Diamantado (b).

Fonte: Autor.


Os corpos de prova foram submetidos aos mesmos procedimentos e parâmetros adotados

no item 4.1.1, com exceção que desta vez não foi possível executar a análise com EDS.

4.6.2. Espectroscopia RAMAN e Confocal

Os Ensaios RAMAN foram realizados usando o tempo de coleta igual a 5000 ms, com a

potência do laser em 80% da sua capacidade. Já na análise do Confocal, foram utilizados os

mesmos parâmetros citados no ítem: xxx lentes com as seguintes ampliações para cada amostra:

108x, 216x, 430x e 1075x. Sendo o Confocal da marcal OLYMPUS e o aparelho de RAMAN da

marca HORIBA.

4.6.3. Densimetria

Para encontrar os valores das densidades relativas, foi utilizado o princípio de

Arquimedes, conforme a ASTM B962-13. A balança e o aparato usados para as medições das

massas estão mostrados na figura 12 abaixo.

b a

32

Figura 12 - Aparato montado na balança de precisão.

Fonte: Autor.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1. Análises dos pós de partida

5.1.1. Particulometrias

Os pós de partida foram escolhidos de modo que o tamanho médio das partículas de

Nióbio fosse consideravelmente menor que o tamanho médio de partículas do diamante, visto

que o Nióbio, agindo como ligante, precisa ser menor para preencher as interfaces dos grãos de

diamante. Sendo assim, esses parâmetros foram confirmados com as curvas obtidas nas análises

de cada um, conforme mostram as figuras 13a e 13b. É importante lembrar que ambos os pós

passaram por uma peneira de 400 µm antes de serem submetidos a análise particulométrica.

Os tamanhos médios de partículas para os pós de diamante e de Nióbio foram

respectivamente: 150,36 e 36,5 micrômetros.

33

Figura 13 - Curvas particulométricas do diamante (a) e do Nióbio (b).

Fonte: Autor.

Ainda sobre o resultado mostrado na figura 13a, notou-se uma curva bimodal, isto é, o pó

de diamante utilizado apresenta dois valores de tamanho com maior incidência. A primeira moda

é de 115 µm e o segundo na casa dos 400 µm. Essa característica favorece o preenchimento

espacial do pó, pois a medida que as partículas grandes geram espaços vazios entre as mesmas,

esse espaço acaba sendo preenchido pelas partículas menores, no caso as de 115 µm por

exemplo.

Já em relação ao pó de Nióbio, a curva mostrou que a heterogeneidade no tamanho de

partículas do pó de Nióbio abrange valores entre 1 e 110 micrômetros, portanto, contando com

tamanhos de particulas bastante variados.


5.1.2.a. Pó de diamante

As imagens 14 e 15 mostram os resultados das análises via MEV e EDS respectivamente.

É possível notar uma distribuição uniforme no tamanho dos particulas de diamante nas figuras

14a e 14b, o que está de acordo com os resultados encontrados no ensaio particulométrico. Para

se confirmar, foi usada a ferramenta de medição disponível no software do equipamento,

encontrando uma média de tamanho próxima do resultado da particulometria (ver figura 14c).

Além de uma distribuição homogênea no tamanho das partículas do pó de diamante, nota-se o

formato esférico com faces retas.

Outro ponto notório na figura 14a é que é possível observar em alguns grãos a presença

de vestígios do catalisador usado na síntese desse pó de partida. Na figura 15, são mostrados os

a b

34

resultados do EDS, que apontaram a composição desse catalisador como sendo Cromo (Cr) e

Molibdênio (Mo), materiais comumente usados nas sínteses de diamante.

Figura 14 - Micrografia eletrônica do diamante (a), (b), e com medidas (c).

Fonte: Autor.

a b

c

35

Figura 15 - EDS do pó de diamante

Fonte: Autor

5.1.2.b. Pó de Nióbio

Na figura 16, fica notória a significativa variação nos tamanhos de partículas do pó de

Nióbio, o que já era esperado, tendo em vista que essa característica foi evidenciada na curva

particulométrica obtida na particulometria desse pó. No entanto, através da micrografia

eletrônica, foi possível notar também a presença de trincas nas partículas maiores de Nióbio, o

que justifica a significativa diminuição no tamanho das partículas após a moagem.

2 4 6 8 10 12 14keV

0

1

2

3

4

5

cps/eV

C Cr Cr

Mo Mo

Mo

36

Figura 16 – Micrografia eletrônica do pó de Nióbio.

Fonte: Autor.

Através do EDS realizado neste pó, se comprovou a pureza do mesmo, conforme mostra a

figura 17 a seguir.

37

Figura 17 - EDS do pó de Nióbio.

Fonte: Autor.

5.1.3 Confocal

5.1.3.a Confocal do diamante

A análise via confocal mostrada na figura 19 mostrou a distribuição particulométrica

homogênea do diamante bem como os formatos esféricos com faces retas das partículas. Sendo

assim, estando de acordo com os resultados da particulometria e MEV.

2 4 6 8 10 12 14keV

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2 cps/eV

Nb Nb Nb

38

Figura 18 - Confocal do pó de diamante.

Fonte: Autor.

5.1.3.b Confocal do Nióbio

A análise via confocal mostrada na figura 19 evidenciou a distribuição particulométrica

heterogênea do Nióbio, de forma similar a observada na figura 16, estando de acordo com os

resultados da particulometria.

Figura 19 - Confocal do Nióbio.

Fonte: Autor

39

5.1.4 Difração de raios X

Conforme mostra a figura 20 a seguir, não foram detectados picos de contaminantes em

ambos os pós de partida, sendo os resultados mostrados nos DRX’s do diamante (figura 20a) e

do Nióbio (figura 20b) de acordo com as cartas padrão para cada um. Na figura 20a, pode-se

observar a presença dos três picos característicos do diamante, localizados nas posições de 45,75

e 90 aproximadamente, no eixo do ângulo. Por outro lado, a figura 20b mostrou bem os seis

picos característicos no Nióbio.

Figura 20 - DRX dos pós de diamante (a) e de Nióbio (b).

Fonte: Autor.

5.2 Análises da mistura de pós

5.2.1 Particulometria

A particulometria mostrou que a moagem de alta energia diminuiu consideravelmente o

tamanho das partículas. O tamanho médio da mistura obtida da moagem foi de 20 µm. Esse valor

bastante menor pode ser justificado pela presença das partículas de diamante atuando junto com

as esferas de metal duro durante a moagem, além do fato das partículas maiores de Nióbio

possuírem trincas, como mostrado na micrografia eletrônica da figura 16, o que facilita a quebra

das mesmas em partículas menores. Dessa maneira, observa-se na curva particulométrica da

figura 18 partículas bem menores em relação ao tamanho das partículas dos pós de partida, como

por exemplo o surgimento de partículas menores que 1 µm, que antes não existiam em ambos os

pós de partida.

a b

40

Figura 18 - Curva Particulométrica da mistura moída.

Fonte: Autor.


A figura 22, obtida como resultado do MEV da mistura mostra uma distribuição

homogênea do Nióbio em meio ao diamante.

Figura 19 – migrografia eletrônica da mistura dos pós moídos.

Fonte: Autor.

41


Com a análise do DRX mostrada na figura 23, notou-se uma leve presença de carbeto de

Tungstênio na mistura, oriundo da jarra e das esferas usados na moagem. Além disso, é

interessante notar a presença dos três picos característicos do diamante, mostrados na figura 20a,

bem como a presença dos seis picos do Nióbio, que dessa vez apresentam intensidade menor

devido a sua proporção de apenas 15% na mistura.

Figura 20 - DRX da mistura de pós.

Fonte: Autor.

5.3. Análises das amostras sinterizadas


A análise de MEV dos corpos sinterizados constatou que para as três temperaturas houve

distribuição uniforme do Nióbio em meio ao diamante. No entanto, apesar do mesmo padrão de

dispersão do Nióbio nos três casos de temperatura, percebeu-se que à medida que aumenta a

temperatura, a distribuição melhora. A figura 21 mostra os resultados lado a lado para as

amostras de 1650℃ (24a), 1750℃ (24b), e 1850℃ (24c).

42

Figura 21 - micrografias das amostras sinterizadas a 1650℃(a), 1750℃(b) e 1850℃(c).

Fonte: Autor.

Outro fenômeno importante que a análise via MEV possibilitou observar está mostrado

na figura 22, onde é possível observar o Nióbio preenchendo as interfaces das partículas de

diamante. Este fenômeno foi observado nas amostras das três temperaturas, e só pode ser

observado pelo fato do polimento ter arrancado o Nióbio da superfície.

Figura 22 - Nióbio atuando como ligante.

Fonte: Autor.

5.3.2 Confocal

A figura 23 mostra os resultados obtidos via Confocal. Na análise, foi possível ver o

efeito do polimento com disco diamantado, onde o Nióbio foi arrancado da superfície deixando

na amostra as partículas de diamante “nuas”.

a b c

43

Figura 23 - Confocal das amostras sinterizadas.

Fonte: Autor.

44

5.3.3. Espectroscopia RAMAN

Com os resultados da espectroscopia Raman, mostrados na figura 24, foi possível

concluir que não houve grafitização nas faixas de temperatura adotadas. Isso pode ser notado

com a ausência de outros picos além do pico referente ao diamante nos gráficos, uma vez que

este fica localizado na posição aproximada de 1330 do Raman Shift, e foi o único observado nas

amostras nas três temperaturas. Caso houvesse presença de grafite, seu pico estaria próximo da

posição 1580 do Raman Shift. [22]

Figura 24 - Espectroscopia das amostras sinterizadas.

Fonte: Autor

5.3.4 Densimetrias

Para todas as amostras, a densimetria obteve como resultados valores de densidades

relativas em relação ao valor teórico (3,85g/cm3) na faixa de 98% a 100%. O que já era esperado

com a enorme pressão de 7,7 Gpa e a alta temperatura atuando na sinterização. Isto é, o Nióbio,

sob altas pressões e temperaturas, age preenchendo as lacunas geradas pelos grãos de diamante.

45

6. CONCLUSÃO

É notória que a caracterização de materiais diamantados é uma meta importante para vários

centros de pesquisa e indústrias. Sendo assim, este trabalho visou estudar a obtenção e

caracterização de um novo composto em três faixas de temperatura para a sinterização via

HPHT. As principais conclusões ao fim do trabalho foram:

- A moagem de alta energia nas condições adotadas se mostrou efetiva para a mistura dos pós

e a diminuição do tamanho das partículas do Nióbio, apresentando baixas contaminações de W-

Co por causa das jarras e bolas usadas do equipamento;

- Sinterização via HPHT se confirmou como uma boa rota para a produção dos compostos

diamantados na concentração especificada de Nióbio, tendo resultados positivos nas três faixas

de temperatura adotadas;

- O Nióbio apresentou um bom desempenho como metal ligante, atuando nas interfaces das

partículas de diamante podendo evitar grafitização nas três faixas de temperatura adotadas;

- Os corpos de prova apresentaram distribuição homogênea do ligante Nióbio em meio ao

diamante, para todas as faixas de temperatura adotadas. Foi observado também que o aumento da

temperatura aumentou a distribuição do Nióbio, apesar de estar bem distribuído nas três

temperaturas;

- A densidade de todos os corpos de diamante sinterizados apresentou faixas próximas a

100%, podendo comprovar a ausência de porosidade e de grafitização.

46

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO DIAMANTE … · Trabalho de conclusão de curso sob o título Obtenção e caracterização do Diamante policristalino (PCD) com 15% wt de Nióbio