Novos compósitos abrasivos de matriz vítrea

Abstract

O objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de novos abrasivos rígidos de matriz vítrea, com temperaturas mais baixas de cozedura, aglomerando partículas abrasivas de alumina. As partículas de alumina são ligadas por uma matriz vítrea que se obtém a partir de uma mistura de materiais naturais – argila, quartzo e feldspato – e uma frita comercial. A mistura das partículas de alumina e da matriz vítrea é submetida a um processo de sinterização reactiva com temperaturas da ordem dos 1200ºC – 1300ºC, resultando um produto maioritariamente amorfo e parcialmente poroso. A principal função da matriz vítrea é manter o grão abrasivo sempre actuante durante a maquinagem, mas deve também libertar as partículas abrasivas já desgastadas, a uma taxa controlada. Através da variação da composição e da percentagem em peso das matériasprimas obtêm-se diferentes tipos de mós abrasivas para diversas funções. Neste trabalho utilizou-se o diagrama ternário SiO2-Al2O3-Na2O para se estudar as matrizes convencionais e simular as novas formulações. Várias técnicas de caracterização foram utilizadas para o estudo das matrizes e abrasivos vitrificados convencionais – DRX, ATD, ATG, SEM, FRX, análise granulométrica, análise dilatométrica, velocidade de ruptura, resistência à compressão, resistência à flexão, choque térmico, módulo de Young. As técnicas anteriormente descritas forneceram informações importantes para a caracterização química, térmica, microestrutural e mecânica das matrizes vítreas e respectivos abrasivos vitrificados. Os ensaios demonstraram que um dos tipos de abrasivo vitrificado, designado por AA, apresenta as melhores propriedades mecânicas, estando estas relacionadas directamente com a composição da matriz e com a composição em fases da matriz vítrea após sinterização. Projectaram-se ainda novas composições de matrizes vítreas com temperaturas mais baixas de cozedura e melhores propriedades mecânicas.

The goal of the present work is the development of the new vitrified grinding wheels, with low sintering temperatures with alumina particles. The alumina abrasive particles are bonded by a vitreous matrix obtained from a mixture of common raw materials – clay, quartz, feldspar – and a commercial ground glass frit. The mixture of the alumina particles and the vitrified matrix is submitted to a reactive sintering process in the temperature range of 1200ºC - 1300ºC, leading to a mostly amorphous and partially porous material. The main function of the vitreous matrix is the holding of the abrasive grains, but, during the grinding operation, it may also provide the releasing of the worn particles at a controlled rate. Through the variation of the composition and the weight proportion of the raw materials, diferent grinding weels are obtained for each kind of process. Ternary plots - SiO2-Al2O3-Na2O - are used in the present work to study the convencional matrices and to propose new compositions. Several characterization techniques were employed for the study of conventional matirices and vitrified abrasives: XRD, ATD, ATG, SEM, XRF, granulometric analyses, dilatometric analyses, rupture speed, compressive strength, flexural strength, thermal shock, Young’s modulus. The techniques earlier discribed led to important information on the chemical, thermal, microstructural and mechanical properties of the vitrified matrices and vitrified abrasives. Tests show that one of the vitrified abrasive grades, here labelled as AA, presents the best mechanical properties, being directly related with the matrix composition and the phasic composition of the vitrified matrix. However, new vitrified matrices compositions were projected with lower sintering temperatures and better mechanical properties.