A utilização de Y3Al5O12 (YAG - "Ittrium Aluminum Garnet" - Garnet de Alumínio e Ítrio), como reforço em matriz de Al2O3 tem sido estudada desde a década de 1990. As propriedades mecânicas e de resistência à fluência obtidas pelo compóstito Al2O3-YAG têm revelado um grande potencial para seu emprego a temperaturas elevadas por períodos longos de tempo, permitindo a sua utilização na indústria aeroespacial e energética. O objetivo desta pesquisa foi investigar a sinterização do Al2O3 com Y2O3 explorando a presença de fase líquida com o uso do Nb2O5 como aditivo de sinterização para a obtenção do compósito bifásico Al2O3-YAG. No presente estudo, foram produzidas as seguintes composições, utilizando moagem de alta energia: Al2O3 com 4% em peso de Nb2O5 como aditivo de sinterização, Al2O3-YAG também com 4% em peso de Nb2O5 e Al2O3-YAG sem aditivo. Os corpos verdes foram prensados a 70 MPa e sinterizados a 1400 e 1450ºC por 2, 3 e 4 h. Os materiais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e avaliação de porosidade. O compósito Al2O3-YAG sinterizado a 1400 e 1450ºC apresentou uma porosidade de 40 e 35%, respectivamente, indicando que ainda são necessários mais ajustes em seu processamento.

The use of Y3Al5O12 (YAG - Itrium Aluminum Garnet) as reinforcement element in Al2O3 matrix has been studied since the 1990s. The outstanding mechanical properties and creep resistance obtained by the composite Al2O3-YAG have revealed a great potential for its use at high temperatures for long periods, allowing its use in aerospace and energy. The objective of this research has been to investigate the sintering of Al2O3-Y2O3 system, exploring the presence of a liquid phase from using Nb2O5 as a sintering additive for obtaining the Al2O3-YAG biphasic composite. In this study, the following compositions have been produced using high energy milling: Al2O3 with 4wt% Nb2O5 as sintering additive, Al2O3-YAG also with 4 wt% of Nb2O5, and Al2O3-YAG without additive. The green bodies have been pressed at 70 MPa and sintered at 1400 and 1450ºC for 2, 3 and 4 h. The materials have been characterized by scanning electron microscopy (SEM) and their porosity was measured. The composite Al2O3-YAG sintered at 1400 and 1450ºC has showed a porosity of 40 and 35%, respectively, indicating that there are still needs of adjustments on its processing.

O compósito Al2O3-YAG possui alta resistência à corrosão e à fluência em ambientes agressivos, o que permite vislumbrar aplicações bastante atrativas, tais como aletas de motores a jato e de turbinas a gás. Este compósito também apresenta elevada dureza e alta resistência à abrasão possibilitando o seu emprego em blindagens balísticas. Nesse estudo os pós precursores de Al2O3, Y2O3 e Nb2O5 foram homogeneizados em moinho de bolas planetário por 4 h, secados em estufa a 120 ºC por 48 h, desaglomerados e peneirados. O compósito Al2O3-YAG foi produzido a partir das misturas de Al2O3-Y2O3 a 1300 ºC por 2 h. Foram produzidas amostras de Al2O3-YAG, Al2O3-YAG com Nb2O5 e Al2O3 com Nb2O5. Posteriormente os pós foram prensados uniaxialmente a 70 MPa. A sinterização foi feita a 1400 e 1450 ºC. Os pós como recebidos e os processados foram caracterizados quanto à área de superfície específica e ao tamanho médio de partícula. Os materiais sinterizados foram caracterizados por densidade e porosidade aparente pelo método de Arquimedes e avaliados quanto à retração e à perda de massa. Os resultados mostraram que são necessários ainda ajustes nas condições de sinterização da composição Al2O3-YAG com Nb2O5 para melhorar a densificação e a retração, que foram baixas, da ordem de 60 e 3%, respectivamente. O Al2O3 aditivado com Nb2O5, por sua vez, apresentou uma densificação satisfatória, de 96% e uma retração em torno de 15%.

The Al2O3-YAG composite exhibits high corrosion and creep resistance in aggressive environments, which provides quite glimpse attractive applications such as jet engine vanes and as gas turbines. This composite also shows high hardness and wear resistance allowing its use in ballistic armor. In this study, precursor powders of Al2O3, Y2O3 and Nb2O5 were homogeneously mixed in a planetary ball mill for 4 h, dried in an oven at 120 ºC for 48 h, sieved and deagglomerated. The Al2O3-YAG composite was produced from mixtures of Al2O3-Y2O3 at 1300 ºC for 2 h. Samples of Al2O3-YAG, Al2O3-YAG with Nb2O5 and Al2O3 with Nb2O5 were produced. Each powder composition was uniaxially pressed at 70 MPa. Sintering was performed at 1400 and 1450 ºC. The powders as received and as processed were characterized for specific surface area and particle size. The sintered materials were characterized by apparent density and porosity by the Archimedes method and evaluated for shrinkage and loss of mass. The obtained results showed that further adjustments are needed in the sintering conditions of Al2O3-YAG composition with Nb2O5 in order to improve the densification and shrinkage, which were low, 60% and 3%, respectively. The Al2O3 with Nb2O5 addition, on the other hand, presented a satisfactory densification of 96% and shrinkage around 15%.

O compósito Al2O3-YAG possui alta resistência a fluência em elevadas temperaturas, o que permite vislumbrar aplicações no campo da engenharia aeronáutica e espacial, tais como motores a jato e turbinas a gás de alto desempenho. Este compósito também apresenta algumas propriedades favoráveis a seu emprego na área de blindagem balísticas, como por exemplo elevada dureza e alta resistência à abrasão. Nesse estudo foram produzidas amostras de Al2O3-YAG e Al2O3-YAG com Nb2O5 e Al2O3 com Nb2O5. Os pós precursores foram homogeneizados em moinho planetário de bolas por 4 h, secos em estufa a 120 ºC por 48 h, desaglomerados e peneirados. Os pós foram prensados uniaxialmente a 70 MPa. A sinterização foi realizada a 1450 ºC, com taxa de aquecimento e resfriamento de 10 ºC/min, durante 2, 3 e 4 h. Os materiais sinterizados foram caracterizados quanto à densidade pelo método de Arquimedes e avaliados microestruturalmente por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X com refinamento por Rietveld. As amostras Al2O3-YAG e Al2O3 aditivadas com Nb2O5 revelaram a presença da fase niobato de ítrio (YNbO4) e niobato de alumínio (AlNbO4) na ordem de 5 e 1% em peso, respectivamente. Não há registro na literatura desta adição a esse compósito. Os resultados mostraram que são necessários ainda ajustes nas condições de sinterização da composição Al2O3-YAG com Nb2O5 para maximizar a baixa densificação, da ordem de 60%. O Al2O3 aditivado com Nb2O5, por sua vez, apresentou uma densificação satisfatória, de 96%.

The Al2O3-YAG composite has high mechanical strength at high temperatures which allows its use in air craft applications, since it increases the thermal efficiency of jet engines and helps the development of high performance gas turbines. This composite also exhibits some favorable properties toward military applications such as armor, due to its high hardness. In this study, Al2O3-YAG and Al2O3-YAG with 4wt.% Nb2O5 (niobia) samples were produced. The precursors powders were ground in a planetary ball mill for 4 h, dried in an oven at 120 ºC during 48 h, deagglomerated and sieved. The powder mixtures were then uniaxially pressed at 70 MPa. Sintering was carried out at 1450 ºC for 2, 3, and 4 h, with heating and cooling rates of 10 ºC/min. The materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM) in order to characterize the microstructure. X-ray diffraction with Rietveld refinement was performed to determine and quantify the structural phases, whereas density was measured by the Archimede´s method. The samples with niobia addition revealed approximately 5wt.% of yttrium niobate (YNbO4) phase. It is worth pointing out that there is no citation in the literature involving niobia addition to the Al2O3-YAG composite. On the other hand, the obtained results indicated that additional experiments regarding the sintering conditions are necessary to optimize density.