Obtenção de cerâmicas de alumina via fotopolimerização em cuba: efeitos da concentração de sólidos, do empacotamento de partículas e de aditivos de sinterização

dc.contributor.advisor1Luz, Ana Paula da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3470395641242374
dc.contributor.authorVerza, Jhonata Rafael
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3941324607046810
dc.date.accessioned2025-05-28T11:56:06Z
dc.date.issued2025-02-21
dc.description.abstractVat photopolymerization-based additive manufacturing is a promising technique for the fabrication of ceramic components with complex geometries, high dimensional accuracy, and excellent surface finish. However, its application to the production of technical ceramics still faces challenges such as the formulation of photocurable suspensions with high solid content and low viscosity, interlayer adhesion during printing, and the efficient removal of the organic phase without inducing structural defects. When not properly addressed, these limitations compromise part integrity, promoting the formation of cracks, delaminations, and loss of mechanical performance. This research proposed an approach to producing alumina-based ceramic parts using vat photopolymerization 3D printing, with a focus on achieving dense microstructures. To this end, the following strategies were employed: (i) careful selection of raw materials; (ii) application of the Alfred particle packing model to optimize the suspensions; and (iii) incorporation of sintering additives (Nb2O5, TiO2 , and MnO2) to promote liquid-phase sintering and enhance final densification. The results showed that the suspension containing 50 vol.% of Al2O3 exhibited stable rheological behavior and suitable viscosity for DLP processing. After sintering at 1600 °C, the printed parts achieved a relative density of 90.1 % and a flexural strength of 74.5 MPa. The optimization of the suspension formulation using the Alfred model led to a viscosity reduction of up to 77 %, improving printability. However, variations in cure depth during printing resulted in delaminations and cracks after thermal treatment. Additionally, the incorporation of sintering additives such as MnO2 and TiO2 into the photocurable suspensions significantly improved the densification of the resulting ceramics, achieving relative densities of up to 95.2 % and a maximum flexural strength of 80.9 MPa. Therefore, this study demonstrates the feasibility of producing dense ceramics via vat photopolymerization by combining careful raw material selection with optimized formulation and liquid-phase sintering strategies.eng
dc.description.resumoA manufatura aditiva por fotopolimerização em cuba é uma técnica promissora para a fabricação de componentes cerâmicos com geometrias complexas, elevada precisão dimensional e ótimo acabamento superficial. No entanto, sua aplicação à produção de cerâmicas técnicas enfrenta desafios como a formulação de suspensões fotossensíveis com alta concentração de sólidos e baixa viscosidade, aderência entre camadas durante a impressão e remoção eficiente da fase orgânica, sem gerar defeitos estruturais. Tais limitações comprometem a integridade das peças, favorecendo trincas, delaminações e perdas no desempenho mecânico. Este trabalho de tese propôs uma abordagem para a produção de peças cerâmicas de alumina por meio de impressão 3D baseada em fotopolimerização em cuba, com foco na obtenção de microestruturas densas. Para isso, foram realizadas: (i) seleção criteriosa das matérias-primas; (ii) aplicação do modelo de empacotamento de partículas de Alfred para otimização das suspensões; e (iii) incorporação de aditivos sinterizantes (Nb2O5, TiO2 e MnO2 ) visando promover a sinterização por fase líquida e aumentar a densificação final. Os resultados obtidos demonstraram que a suspensão com 50 %-vol. de Al2O3 apresentou estabilidade reológica e viscosidade adequada para o processamento por DLP. Após sinterização a 1600 °C, as peças atingiram 90,1 % de densidade relativa e módulo de ruptura de 74,5 MPa. A otimização da formulação via modelo de Alfred reduziu a viscosidade em até 77 %, favorecendo a etapa de impressão. Entretanto, variações na profundidade de cura promoveram a formação de delaminações e trincas após os tratamentos térmicos. Adicionalmente, a incorporação de aditivos sinterizantes, como MnO2 e TiO2, às suspensões fotossensíveis contribuiu significativamente para a densificação das cerâmicas obtidas, resultando em densidade relativa de até 95,2 % e módulo de ruptura máximo de 80,9 MPa. Assim, o estudo demonstra a viabilidade de se fabricar cerâmicas densas via fotopolimerização em cuba a partir da criteriosa seleção de matérias-primas e do emprego de estratégias adequadas de formulação e sinterização por fase líquida.
dc.identifier.citationVERZA, Jhonata Rafael. Obtenção de cerâmicas de alumina via fotopolimerização em cuba: efeitos da concentração de sólidos, do empacotamento de partículas e de aditivos de sinterização. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22117.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22117
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectManufatura aditiva
dc.subjectSuspensão
dc.subjectSinterização
dc.subjectFotopolimerização
dc.subjectAlumina
dc.subjectAdditive manufacturingeng
dc.subjectSuspensioneng
dc.subjectSinteringeng
dc.subjectPhotopolymerizationeng
dc.subjectAluminaeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.titleObtenção de cerâmicas de alumina via fotopolimerização em cuba: efeitos da concentração de sólidos, do empacotamento de partículas e de aditivos de sinterização
dc.title.alternativeObtaining alumina ceramics via vat photopolymerization: effects of solid content, particle packing, and sintering additiveseng
dc.typeTese

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