Processamento de vitrocerâmicas transparentes com alta resistência ao impacto

Abstract

Cerâmicas e vitrocerâmicas transparentes usadas para aplicações de resistência ao impacto apresentam limitações ? como os altos custos de produção, entre outros desafios ? que são discutidos na presente tese. A informação relacionada ao desenho dos sistemas de blindagem transparente é bastante dispersa e, de alguma forma, escassa, o que dificulta o entendimento e a solução dos desafios mencionados anteriormente. Por tanto, nessa tese apresenta-se o panorama dos materiais para blindagem transparente, incluindo informações sobre estrutura dos materiais, fabricação e propriedades, as quais podem ser úteis para interessados em entrar nessa área de pesquisa. O estado atual da técnica ? incluindo desafios, lacunas tecnológicas, limitações ? e os mais recentes achados científicos indicam que existem possibilidades para a fabricação de baixo custo de materiais para os sistemas de blindagem transparentes com maior desempenho. Assim, vidros de aluminossilicato, xAl2O3·(1-x)SiO2, com razão molar variável 0 = x = 0,6, foram simulados por dinâmica molecular a fim de investigar as características estruturais responsáveis for sua performance mecânica. Testes de tensão foram realizados na dinâmica molecular para estudar os danos em escala nanométrica. As propriedades mecânicas simuladas foram associadas ao desempenho dos sistemas de blindagem transparente. Adicionalmente, uma vitrocerâmica de magnésio-aluminossilicato nucleada com Nb2O5 foi fabricada, caracterizada e os resultados discutidos. A influência dos agentes de nucleação nos sistemas foi extensamente analisada. Por fim, essa tese apresenta conclusões gerais e sugere próximos passos na pesquisa nesta área.

Abstract: Transparent ceramics and glass-ceramics intended for impact-resistant applications present limitations ? such as high production cost, among other challenges ? as discussed in this thesis. The information concerning transparent systems design is highly scattered, and to some extent scarce in specific points, scenario that makes difficult to understand and cope the abovementioned challenges. Therefore, we intend to simplify the landscape of transparent impact-resistant materials and give some tutorial information about materials structure, fabrication and properties, which may be useful for those interested in entering the field. The state of the technique ? including current challenges, technological gaps, limitations ? and the most recent findings show the further field development towards simplified and low-cost fabrication of materials for transparent systems. Indeed, aluminosilicate glasses, xAl2O3·(1- x)SiO2 with variable molar ratio 0 = x = 0.6, are modeled by molecular dynamics in order to investigate the structural characteristics responsible for their mechanical performance. Tension tests were simulated in molecular dynamics to study the mechanisms of structural damage at nanoscale. The mechanical properties ? estimated by molecular dynamics ? are linked to macroscale properties influencing transparent armor systems? performance. Additionally, a magnesium-aluminum-silicate glass-ceramic nucleated with Nb2O5 is fabricated, characterized and the respective results are discussed. The influence of nucleating agents in the magnesium-aluminum-silicate systems is extensively analyzed. Finally, this thesis gives general conclusions and suggests the next steps in this research field.