INFLUENCE OF KAOLIN CAMPO ALEGRE CONCENTRATION ON THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF SILICON CARBIDE/ALUMINUM COMPOSITES

Abstract

O processo de infiltração de cerâmicas por metal fundido é uma técnica bastante promissora para fabricação de compósitos. Também conhecida por squeeze-casting, permite a infiltração de pré-formas cerâmicas altamente porosas ou sistemas particulados das mais diversas naturezas, com o principal objetivo de obtenção de propriedades especiais, tais como baixa densidade, elevada dureza, elevada resistência mecânica, alta resistência contra abrasão superficial, etc. Neste trabalho foi estudado a infiltração por alumínio de préformas porosas SiC caulim Campo Alegre, preparadas via processamento cerâmico convencional. As pré-formas foram formuladas variando-se a quantidade de caulim Campo Alegre na composição, de 10 a 50, em substituição ao SiC. As pré-formas sinterizadas a 1100C, caracterizadas por DRX, apresentaram as seguintes fases cerâmicas: carbeto de silício (Moissanite 5/ITH); óxido de silício (Quartzo) e, provavelmente, mulita. Os compósitos infiltrados caracterizados por DRX apresentaram as seguintes fases: carbeto de silício (Moissanite 5/ITH), alumina, silício e alumínio. Análises por MEV/EDX e também por DRX indicaram o aumento da concentração de alumina precipitada na microestrutura com o aumento da adição de caulim. Esta Alumina precipitada é resultado da reação de redução do quartzo pelo alumínio fundido e também da mulita ou outro silicato de alumínio. Verificou-se uma tendência de melhoria nas propriedades mecânicas do compósito com o aumento de alumina na microestrutura, chegando a valores de 300 MPa de resistência mecânica à flexão e dureza Vickers de 472 kgf/mm2. Outras vantagens da adição de caulim na fabricação de compósitos SIC Al é a redução do custo final do compósito e a inibição da formação da fase Al4C3, a qual é altamente higroscópica e degrada o compósito em presença de umidade. Além disso, o caulim Campo Alegre possui sílica coloidal como impureza, portanto, altamente reativa, facilitando a formação de alumina a partir da redução do SiO2 pelo alumínio fundido.The process of ceramics infiltration for casting metal is one sufficiently promising technique for manufacture of composites. Also known for squeezecasting, it allows the infiltration of high porous ceramic preforms or particulate systems of the most diverse natures, with the main objective of obtaining special properties such as low density, high hardness, high mechanical resistance, high resistance against superficial abrasion, etc. In this work was studied the aluminum infiltration in porous preforms of SiC Campo Alegre kaolin. prepared by conventional ceramic processing. The preforms were formulated varying the amounts of kaolin in the composition from 10 to 50, in substitution to the SiC. The sintered preforms at 1100C, characterized by DRX, presented the following ceramic phases: silicon carbide ("Moissanite - 5/ITH); silicon oxide (Quartz) and, probably, mullite. The infiltrated composites characterized by DRX presented the following phases: silicon carbide ("Moissanite - 5/ITH), alumina, silicon and aluminum. MEV/EDX and DRX analyses showed the increase of the alumina concentration precipitated in the microstructure with the increase of the kaolin addition. This alumina precipitated is resulted of the reduction reaction of quartz and also mullite or another aluminosilicate by casting aluminum. A trend of improvement in the mechanical properties of the composite with the alumina increase in the microstructure was verified, arriviving the values of 300 MPa for flexural resistance and Vickers hardness of 472 kgf/mm2. Other advantages of the kaolin addition in the manufacture of compósitos SIC - Al is the reduction in price of the composite final coast and the inhibition of Al4C3 phase formation which is highly hygroscopic and degrades the composite at presence of humidity. Moreover, Campo Alegre kaolin has colloidal silica as impurity in its composition