M2 Formação e Reologia de Suspensões Cerâmicas

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O comportamento reológico da suspensão cerâmica, antes da sinterização, é o tema deste modelo, e esse comportamento é descrito por um de dois modelos: o modelo de Bingham ou o modelo de Herschel-Bulkley. O modelo de Bingham descreve uma suspensão que se comporta como um sólido rígido até que uma certa tensão de escoamento seja excedida, após a qual ela flui com viscosidade constante. O modelo de Herschel-Bulkley, por outro lado, descreve uma suspensão que também precisa ultrapassar esse mesmo limite para começar a fluir, mas cuja viscosidade, uma vez ultrapassada, deixa de ser constante e passa a variar com a taxa de deformação. O fato de a suspensão precisar superar uma tensão de escoamento para começar a fluir, em ambos os modelos, faz com que ela se comporte tanto como um sólido em repouso quanto como um fluido em movimento.

A reologia da suspensão determina a qualidade da peça de argila verde obtida após a sua moldagem: se a suspensão for muito fluida, as partículas cerâmicas se depositam de forma irregular antes da moldagem, resultando em uma peça de argila verde com defeitos de empacotamento; Se for muito viscoso, não preenche completamente o molde, deixando bolhas de ar presas dentro da peça de argila verde. Somente dentro de uma faixa intermediária dessa reologia — nem muito fluida nem muito viscosa — a peça de argila verde atinge a qualidade necessária para prosseguir com o restante do processo.

Dentro dessa faixa reológica adequada, a moldagem por barbotina é uma das técnicas usadas para moldar a peça de argila verde a partir dessa suspensão: a suspensão é despejada em um molde poroso que absorve a água da suspensão por ação capilar e, à medida que o molde absorve água, uma espessura de parede sólida cresce das paredes do molde para o interior. O aumento na espessura da parede significa que a moldagem por barbotina depende diretamente desse crescimento: quanto mais tempo a suspensão permanecer no molde, maior será a espessura da parede que se forma, embora esse crescimento diminua porque a parede já formada dificulta a continuidade do fluxo de água do interior da peça para o molde.

A extrusão é a outra técnica que molda uma peça de argila verde a partir dessa mesma suspensão, embora, neste caso, utilizando uma pasta viscosa em vez de um barbotina líquida, e é modelada pela equação de Hagen-Poiseuille: esta equação afirma que a taxa de fluxo da pasta que passa pela matriz de extrusão depende diretamente da pressão aplicada e inversamente da viscosidade da pasta e do comprimento da matriz. Uma pressão aplicada mais alta, ou uma viscosidade da pasta e um comprimento da matriz menores, resultam em uma taxa de fluxo de pasta extrudada maior; o oposto resulta em uma taxa de fluxo menor.

Portanto, este modelo, com a reologia da suspensão cerâmica com a qual foi aberto, faz com que tanto a moldagem por barbotina quanto a extrusão — as duas técnicas que compõem a peça verde a partir dessa reologia — forneçam essa mesma peça verde a outro modelo deste conjunto, aquele que descreve a sinterização da cerâmica: a densificação que esse outro modelo descreve começa, precisamente, a partir da peça verde que este modelo compõe e cuja qualidade determina a reologia com a qual foi aberto.

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