Discussion

A caracterização dos pós de partida se faz necessária por duas razões: uma porque necessita-se conhecer o estado inicial da materia prima para se entender as diversas transformações sofridas durante a fusão e homogeneização da liga até a sinterização da cerâmica, e outra porque preparou-se uma cerâmica diretamente a partir dos pós de partida por meio da técnica PIES.

8.1.1.1 - Densidade dos pós dos elementos de partida da liga

As densidades dos pós precusores da liga não foram medidas diretamente. Entretanto, foram consideradas as medidas fornecidas pelos fabricantes, cujos valores destas densidades são mostrados na Tabela - VIII.1:

Tabela - VIII.1 Densidade dos elementos da liga

Elementos Densidade (g/cm3)

Silício 2.328

Germânio 5.350

continuação da Tabela - VIII.1 Densidade dos elementos da liga

Boro 2.340

Fósforo 1.820

8.1.1.2 - Medida da distribuição do tamanho das partículas dos pós dos elementos da liga: Análise sedigráfica

A análise feita por técnica de sedimentação, da distribuição do tamanho das partículas dos pós precusores da liga de

Si-Ge

apresentou para os pós de silício e germânio utilizados, os perfis de distribuição mostrados na Figura - 8.1 para duas medidas feitas.

Tamanho Médio das Partículas (um)

0.3 0.5 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 15 20 25 30 40 50 60 80 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Figura - 8.1. Perfil de distribuição do tamanho das partículas do pó de silício. Análise feita por técnica de sedimentação (SediGraph - 5100)

Este resultado mostra uma larga distribuição do tamanho destas partículas, desde

0.3

até

80m

, com uma distribuição bimodal entre estes valores. Observa-se ainda um tamanho médio em torno de

2m

e

8m

, que corresponde a um valor razoável para as aplicacões termoelétricas.

8.1.1.3 - Medida da área superficial por técnicas de sedimentação, porosimetria de mercúrio e técnica BET dos pós dos elementos da liga.

As medidas da área superficial dos pós estão relacionadas com a porosidade e determinam a reatividade química do material no processo de sinterização. Estas medidas, feitas por sedigrafia e porosimetria de mercúrio, mostram uma larga dispersão da área superficial conforme a distribuição dos poros ou do tamanho das partículas (vide no item anterior a Figura - 8.1), possuindo seu valor máximo em torno de

10m

para o germânio e

1,5 m

para o silício conforme mostra as Figuras - 8.2, 8.3a e 8.3b respectivamente. Comparando-se as Figuras - 8.1, 8.3a e 8.3b, observa-se um comportamento bimodal do pó do silício, análogo às medidas feitas por sedigrafia para o tamanho das partículas. Observa- se ainda que a área superficial ou a distribuição do tamanho de poros aumenta a medida que o tamanho das partículas diminuem.

0.1 1 10 100 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 Ár ea s up er fic ia l ( cm 2 /g )

Tamanho médio dos poros (m)

Figura - 8.2. Análise da área superficial das partículas do pó de germânio feita por porosimetria.

Comparando-se os resultados fornecidos pelas duas técnicas observa-se qualitativamente uma boa concordância entre eles. Os limites de sensibilidades do sedígrafo e do porosímetro são diferentes, porisso não se tem uma análise para particulas menores que

1m

no sedígrafo.

a)

Tamanho médio das partículas (m)

b) 0.1 1 10 100 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Ar ea s up er fic ia l ( cm 2 /g )

Tamanho médio dos poros (m)

Figura - 8.3 Análise da área superficial das partículas do pó de silício por: a) Sedigrafia b) Porosimetria.

As partículas de germânio e silício não apresentam poros internos ou fechados, por causa da sua estrutura cristalina altamente empacotada (diamante) e também por causa da dureza destes materiais, eles formam de agregados duros ou aglomerados.

8.1.1.4 - Análise química dos pós dos elementos de partida da liga

Os pós dos elementos eram de alta pureza (material de grau eletrônico) e a análise química fornecida pela Aldrich Chemical Co. do pó de germânio (

-100 mesh,

99,99+%

) feita por difração de raios-X e espectroscopia de emissão de plasma, são mostrados na Tabela - VIII.2:

Tabela VIII.2 - Análise química do pó de germânio fornecida pela Aldrich Chemical Co.

Traço de Impurezas Metálicas (Elemento) Quantidade (ppm) Silício (Si) 70 Ferro (Fe) 4 Zinco (Zn) 0.6 Cálcio (Ca) 0.4 Titânio (Ti) 0.3

OBS: Segundo a Aldrich Chemical Co. os elementos não listados não foram detectados nem mesmo pelo limite de sensibilidade da emissão de plasma usando-se um espectrômetro medidor Baird PS-6 ICP, de 60 canais simultâneos.

8.1.1.5 - Medida dos parâmetros de rede dos pós dos elementos da liga pela técnica de difração de raios-X

A medida de difração de raios - X dos pós dos elementos da liga (silício e germânio) foi feita no laboratório de cristalografia do DFCM/IFSC. Esta técnica é útil na determinação de diferentes fases cristalinas. Entretanto aqui, esta medida serviu apenas para confirmar a obtenção da liga de

Si-Ge

, crescida posteriormente por técnica Czochralski ou formada após a simples fusão dos elementos. Esta confirmação foi feita comparando-se os difratogramas dos elementos

Si

e

Ge

puros, com aquele da medida de raios - X do pó da liga, pois a medida feita em materiais puros, como aquela mostrado nas Figuras - 8.4 e 8.5, não evidenciou nenhuma nova fase, mas foi útil na identificação do padrão fornecido pela liga de

Si-Ge

, visto que para uma liga substitucional como esta, os picos de difração apenas se deslocam em relação aos elementos puros, porque mantém a mesma estrutura cristalina.

Os números dispostos nos gráficos das Figuras- 8.4 e 8.5 para indexação dos picos, são os índices de Müller que correspondem a família dos planos cristalinos da estrutura do silício e do germânio. Os picos obedecem a lei de difração de Bragg e os seus índices foram obtidos de acordo com a teoria da difração de raios-X. Os parâmetros de rede encontrados para o silício e para o germânio forma de: 5,43 Å e 5,66 Å respectivamente.

Figura - 8.4 Espectro de difração de raios-X do silício.

O padrão mostrado no difratograma da análise de raios - X do germânio e do silício apresentam espectros similares, porque estes materiais possuem a mesma estrutura cristalina (diamante). Comparando-se os picos destes espectros observa-se que estes estão apenas deslocados um em relação ao outro, porém com intensidades difrentes. Os picos a mais que aparecem no difratograma do germânio não aparecem no difratograma do silício, porque eles não foram intensos o suficientes para serem detectados.

Figura - 8.5 Espectro de difração de raios-X do germânio.

8.1.2 - Discussão

A sinterização produz naturalmente um aumento no tamanho das partículas devido aos fenômenos de coalescencia e crescimento dos grãos, que deslocam o valor médio do gráfico da Figura - 8.1 por exemplo, para números maiores do que

2

ou

8m

. Entretanto, por falta de peneiras com aberturas menores, que

38m

não foi possível separar a bimodalidade da distribuição e consequentemente diminuir este tamanho médio, para descontar aquele aumento. Esta providência seria ótima para obter-se um tamanho médio abaixo de

10 m

após a sinterização, pois este é o limite máximo para obter-se o espalhamento de fonons no contorno dos grãos conforme sugere Penn (1972). Contudo, a medida do tamanho das partículas servirá para esclarecer os problemas encontrados na sinterização dos elementos pela técnica PIES.

Para o cálculo da área superficial tem-se dois modelos diferentes no sedígrafo e no porosímetro. No primeiro adota-se um modelo de partícula esférica e no segundo um modelo de poro cilíndrico. Observa-se das Figuras - 8.3a e 8.3b que o resultado do sedígrafo majora o valor da área superficial em relação ao porosímetro. Isto acontece porcausa da técnica em sí, pois no sedígrafo as partículas estão em suspensão dispersas no líquido e seu tamanho é medido individualmente pelo feixe de raios-X, enquanto que no porosímetro elas estão unidas e são medidas conjuntamente em forma de aglomerados, proporcionando assim uma medida de área superficial menor.

Apenas o pó de silício foi analisado por sedigrafia. Infelizmente não foi possível medir o tamanho das partículas do pó de germânio por meio desta técnica e porisso não se

In document Resistance to Septoria nodorum leaf blotch and the importance of sensitivity to necrotrophic effectors in Norwegian spring wheat (sider 42-47)