Resumo Compósitos de matriz cerâmica têm sido desenvolvidos nas últimas décadas como um meio eficiente de melhoria da tenacidade à fratura. Compósitos cerâmicos multicamadas se destacam por seu relativo baixo custo e facilidade de obtenção. Estes compósitos são confeccionados com camadas alternadas de dois materiais cerâmicos e têm como mecanismo de tenacificação o desvio de trajetória de trincas em propagação, camada após camada, no compósito. Neste trabalho foram estudadas composições à base de alumina e vitrocerâmico LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) para compor as camadas a fim de se obter compósito multicamada com interfaces fortes. Assim, tensões residuais compressivas nas camadas finas à base de LZSA intercaladas às camadas à base de Al2O3, sob leve tensão residual de tração, foram esperadas obter. As composições foram definidas por planejamento experimental fatorial, gerando corpos de prova por prensagem, os quais foram sinterizados e caracterizados quanto ao coeficiente de expansão térmica e módulo de elasticidade. Três composições (% em massa) à base de alumina (CA1: 100% Al2O3; CA2: 90% Al2O3 e 10% ZrO2; CA-PC: 90% Al2O3, 5% ZrO2 e 5% SiC whisker ) e três composições à base de LZSA (CF6: 70% LZSA, 10% Al2O3 e 20% SiC whisker ; CF8: 50% LZSA, 10% Al2O3, 20% TiO2 e 20% SiC whisker ; CF-PC: 75% LZSA, 5% Al2O3, 10% TiO2 e 10% SiC whisker ) foram selecionadas. Estas composições foram projetadas para gerar tensões residuais de compressão nas camadas à base de LZSA (até -32,35 MPa) e de tração nas camadas à base de Al2O3 (mínimo de 0,27 MPa). A técnica de tape casting foi empregada para produzir folhas das composições selecionadas, utilizando-se quantidades de ligantes e plastificantes indicadas na literatura. As composições foram então processadas por tape casting, obtendo-se folhas cerâmicas homogêneas, flexíveis e com resistência a verde suficiente para o manuseio. A espessura das folhas das composições de alumina variou de 130 a 210 μm e as folhas das composições de LZSA entre 180 e 230 μm.
Abstract Ceramic matrix composites have been developed in recent decades as an efficient way of improving the fracture toughness of ceramic materials. Multilayered ceramic composites have been highlighted by their relatively low cost and easy production. These composites are made of stacked layers of two different ceramic materials and present as toughening mechanism the crack path deviation layer by layer in the composite. In this work, compositions based on alumina and LZSA glass-ceramic (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) were studied to compose the layers in order to obtain multilayer composite with strong interfaces. Thus, compressive residual stresses in thin LZSA-based layers interspersed with Al2O3-based layers, under low tensile residual stress, were expected to obtain. The compositions were defined by factorial design, generating specimens by pressing that were sintered and characterized by determination of the coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity. Three Al2O3-based compositions, in wt% (CA1: 100% Al2O3; CA2: 90% Al2O3 and 10% ZrO2; CA-PC: 90% Al2O3, 5% ZrO2 and 5% SiCwhisker) and three LZSA-based compositions (CF6: 70% LZSA, 10% Al2O3 and 20% SiCwhisker; CF8: 50% LZSA, 10% Al2O3, 20% TiO2 and 20% SiCwhisker; CF-PC: 75% LZSA, 5% Al2O3, 10% TiO2 and 10% SiCwhisker) were selected. Such compositions were designed to generate residual compressive stress in the LZSA-based layers (up to -32.35 MPa) and residual tensile stress on the Al2O3-based layers (at least 0.27 MPa). The tape casting technique was used to produce sheets of the selected compositions, using amounts of binders and plasticizers reported in the literature. The compositions were then prepared by tape casting obtaining homogenous, flexible ceramic sheets showing enough green strength to be handled. The alumina-based sheets thickness ranged between 130 and 210 μm, while LZSA-based sheets varied between 180 and 230 μm.