4. Data processing and analysis
4.1. TGA-DCS data analysis
4.3.2. Qualitative data analysis of boron K-edge XANES spectra:
O aspecto morfológico do produto obtido nas reações aluminotérmicas das misturas
TiO2-Al moídas por 6h está apresentado neste iten. Os pós produzidos apresentam aspectos
morfológicos diferentes dos pós de partida, TiO2 e Al.
Na Figura 49 observa-se a presença de grãos aciculares distribuídos por toda a região
analisada. A presença de tais grãos aciculares constitui um indicativo de uma rápida
solidificação dos produtos obtidos.
Figura 49 – Micrografia (MEV 4000 X) mostrando a morfologia composta por grãos aciculares obtida a partir da reação dos pós de Ti produzidos por redução aluminotérmica a
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Uma segunda estrutura observada no produto da reação das misturas TiO2-Al está
apresentada na Figuras 50 (A) e (B).
Figura 50 – (A) Micrografia (MEV 7000 X) evidenciando a formação de grupamentos de wiskers a partir de nucleos amorfos e (B) Micrografia (MEV 4000 X) dos grupamentos de
whiskers.
(A)
(B)
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Estas formações constituem agrupamentos de grãos colunares que se assemelha a
whiskers, que nas reações de síntese de alta combustão, como é o caso da reação
aluminotérmica, podem se originar devido às altas taxas de resfriamento após a reação (XIA
et al. 2000), ou pelo transporte de fases gasosas oriundas da intensa desgaseificação do
produto pelas altas temperaturas desenvolvidas durante a combustão (MOORE, 1995; RICE,
1991). A presença de uma pequena quantidade de gases, da ordem de 10-6atm já é suficiente
para garantir as condições de transporte de vapor (MOORE, 1995).
A Figura 51 apresenta uma análise de EDS realizada na superfície desses grãos
colunares na região demarcada com um X em vermelho na Figura 50 (B). Observa-se que
estes cristais apresentam uma elevada concentração de Ti e Al e, provavelmente,
correspondem à fase intermetálica Al3Ti presente no produto da reação aluminotérmica a
plasma.
Figura 51 – Análise de EDS da superfície dos grãos com estrutura colunar presentes no produto da reação aluminotérmica da mistura TiO2-Al, evidenciando uma elevada
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Os agrupamentos de grãos colunares apresentam-se dispostos em algumas regiões do
material, como mostrado na Figura 52. Estas estruturas surgem como cachos orientados
segundo um ponto inicial de nucleação localizado em sua base.
Figura 52 – Micrografia (MEV 1000 X) mostrando os grupamentos de grãos colunares presentes nos pós produzidos por redução aluminotérmica a plasma.
Outro tipo de estrutura foi ainda observado no produto das reações aluminotérmicas da
mistura TiO2-5%Al. Trata-se de uma estrutura de grãos hexagonais bem definidos, e como no
caso dos agrupamentos de whiskers, estes surgem na forma de cachos, partindo de um ponto
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Figura 53 – Micrografia (MEV 4000 X) da estrutura de grãos hexagonais observada nos pós reagidos por redução aluminotérmica a plasma.
.
Através da análise de EDS realizada na superfície dos grãos hexagonais, região
demarcada por um X em vermelho (Figura 54), constata-se que estas partículas de tonalidade
mais escuras constituem uma fase rica em Al, que provavelmente está associada ao
componente Al2O3, que constitui um subproduto da reação aluminotérmica da mistura TiO2-
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Figura 54 – Micrografia (MEV 1250 X) da estrutura de grãos colunares mostrando a existência de partículas de Ti metálico finamente dispersas em sua superfície.
Figura 55 – Análise de EDS da superfície dos grãos hexagonais presentes no produto da reação aluminotérmica da mistura TiO2-5%Al, evidenciando uma elevada concentração de
Al.
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Através da micrografia obtida por elétrons retroespalhados apresentada na Figura 54,
observa-se que os grãos hexagonais de Al2O3 possuem pequenas partículas de uma coloração
mais clara dispostas sobre sua superfície. Pela diferença de tonalidade, provavelmente essas
partículas consistem no Ti metálico presente no produto da reação. Estas partículas foram
analisadas pela técnica de elétrons secundários, utilizando-se um MEV de alta resolução,
visando se observar a sua morfologia. Observa-se a partir da Figura 56, que as mesmas
possuem dimensões micrométricas, além de um aspecto denso e deformado.
Figura 56 – Micrografia (MEV 100.000 X) das partículas micrométricas de Ti metálico. Análise realizada por MEV de alta resolução.
Capítulo 5:
Conclusões
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5. CONCLUSÕES
A moagem de alta energia é capaz de promover o contato entre os componentes das
misturas Ta2O5-Al e TiO2-Al, contribuindo para um melhor rendimento na reação
aluminotérmica. A reação ocorre em cada partícula compósita e o nível de redução depende
da dispersão dos componentes e da concentração de alumínio, que melhora com o aumento do
tempo de moagem;
A redução aluminotérmica a plasma é capaz de produzir pós contendo Ta e Ti
metálico a partir das misturas Ta2O5-Al e TiO2-Al, respectivamente. Observa-se uma
significativa eficiência na reação da mistura Ta2O5-Al para todas as composições estudadas
(0, 3, 5 e 10% de excesso de Al), de acordo com o refinamento realizado pelo método
Rietveld. O mesmo não foi observado para a mistura TiO2-Al, que apresentou um baixo
rendimento, inclusive para a amostra moída por 10h;
Na reação da mistura Ta2O5-Al foram produzidas as fases Ta metálico, Al2O3 e
AlTaO4, e não foram observados os componentes iniciais Ta2O5 e Al no produto final da
reação. Para o caso da mistura TiO2-Al, foram observadas as fases Ti metálico, Al2O3, Al3Ti,
além de uma quantidade representativa dos componentes iniciais TiO2 e Al, indicando que a
energia do sistema não foi suficiente para a completa reação de redução da referida mistura;
O tântalo metálico obtido apresenta-se na forma de cristais aciculares que com o
prosseguimento da reação originam uma estrutura de cristais eqüiaxiais bem formados. Nos
primeiros estágios da reação observa-se a nucleação desses cristais aciculares, que se
apresentam na forma de agulhas espalhadas por toda a estrutura das partículas reagidas;
O titânio metálico obtido também se apresenta na forma de estruturas aciculares bem
definidas, que foram comprovadas a partir de ensaios de MEV/EDS. A mesma técnica foi
utilizada para caracterizar as estruturas de grãos hexagonais que se referem à fase Al2O3
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6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Refazer todo o estudo, utilizando o argônio como gás redutor, visando se obter picos
térmicos com maior intensidade, capazes de promover uma ignição mais eficiente da
reação;
Estudar a aplicação do material obtido em catalisadores, tendo em vista que este é
constituído, em sua grande maioria, de partículas metálicas (Ta ou Ti) embebidos numa
matriz de Al2O3;
Refazer os testes aumentando a concentração de excesso de Al para 10%; Refazer os testes para a constituição de partida do mineral tantalita+Al.
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