Desenvolvimento de compósitos SiC-FeSi para sua aplicação como resistências elétricas via tecnologia do pó

Abstract

No presente trabalho foram desenvolvidos materiais compósitos para aplicação em resistência elétrica para chuveiros, com baixo custo de fabricação, atendendo as premissas de funcionamento, operação e que aumente a vida útil da resistência significativamente. Atualmente os chuveiros elétricos deixam de funcionar devido à falha da resistência elétrica. O material utilizado hoje não é propício para utilização em contato com a água e restringe o design do chuveiro. A composição da resistência é majoritariamente Fe com até 23,5% de Cr, 4,8% de Al, 0,7% Si, 0,5% Mn e 0,08% C. Este trabalho tem como proposta estudar o sistema FeSi com 45% de Si (FeSi45) e SiC, substituindo os materiais tradicionais. Para isso inicialmente foi realizada uma pesquisa por patentes, literatura o que indica que o material para aplicação pode ser provido de novidade. Para validar suas propriedades estudadas na revisão bibliográfica foi elaborado um modelo conceitual microestrutural e desenvolvida uma metodologia de trabalho com base no know how do LabMat e direcionada pelo TRL. Ao todo foram desenvolvidas seis composições de amostras, empregando-se partículas de SiC em dois tamanhos, 10 e 40 µm, mantendo-se o pó metálico com o tamanho médio de partícula fixo em 22 µm. O percentual em massa da fase metálica e cerâmica foi variado entre 40 e 60%. Outra variável estudada foi a temperatura de sinterização onde cada uma das composições foi sinterizada a 1180 °C, 1200 °C e 1250 °C fixando em 1 hora de patamar. As propriedades avaliadas foram resistência mecânica, resistividade e ensaios elétricos e de aquecimento em água. Com relação à resistência mecânica foi possível quantificar um teste de queda qualitativo, no qual as amostras precisam resistir à queda de um metro, sendo esse valor quantificado através de um ensaio de flexão e, foi determinado o valor mínimo de resistência de 4 MPa. Ensaios de resistividade foram realizados nas amostras, chegando-se a um valor 100 vezes superior ao que é encontrado hoje nas resistências usuais. Esses resultados possibilitam novas geometrias para resistência elétrica e um novo design para o chuveiro. Os ensaios elétricos foram promissores, já que foi possível aquecer a água de maneira mais eficiente, para uma mesma tensão aplicada, isto quando se compara o material compósito desenvolvido nesse trabalho e a convencional.<br>

Abstract : In the present work were developed composite materials for application in electric resistance for showers, with low cost of manufacture, attending to the premises of operation, operation and that increase the useful life of the resistance significantly. Currently, many of the electric showers fail due to electric resistance burn. The material used today is not conducive to use in contact with water and restricts shower design. The composition of the resistance is mostly Fe with up to 23.5% Cr, 4.8% Al, 0.7% Si, 0.5% Mn and 0.08% C. This work has as a proposal to study the FeSi45 system with SiC instead of traditional materials. For this purpose, patent research was carried out, which indicates that the material for the application can be provided with novelty. To validate its properties studied in the bibliographic review, a conceptual microstructural model was developed and a working methodology was developed based on the know-how of LabMat and directed by TRL. In all, six sample compositions were developed by varying the particle size of the SiC in two sizes 40 and 10 µm, maintaining the metal phase having the same particle size of 22 µm. The mass percentage of the metal and ceramic phase was varied between 40, 50 and 60%. Another variable studied was the sintering temperature where each of the compositions was sintered at 1180 ° C, 1200 ° C and 1250 ° C always with 1 hour of landing. The evaluated properties were mechanical resistance, resistivity and electrical and heating tests in water. Regarding the mechanical resistance, it was possible to quantify a qualitative fall test in which the samples must withstand a fall of one meter, this value being quantified through a flexural test and the minimum resistance value of 4 N / mm² was determined. Resistivity tests were performed on the samples, reaching a value 100 times higher than what is found today in the usual resistance. These results enable new geometries for electrical resistance and a new design for the shower. The electrical tests were extremely promising since it was possible to heat the water more efficiently, for the same applied voltage, if the composite and usual samples were compared.