C. Mvumbi

Resumo As porcelanas são cerâmicas produzidas a partir de matérias primas naturais (sílica, feldspato e caulim). Em algumas aplicações são adicionadas outras matérias primas para o aumento da resistência mecânica e dielétrica. Elas são usadas na fabricação de variados produtos, sendo, portanto, muito estudadas e desenvolvidas há muito tempo. Neste trabalho, porcelanas com diferentes composições foram caracterizadas e submetidas à fragmentação por ruptura mecânica em um ensaio de impacto balístico. A ruptura mecânica nos materiais em geral produz uma dissipação de energia formando trincas e superfícies de fratura que tem uma geometria irregular. O principal objetivo deste trabalho foi a caracterização da microestrutura e a caracterização fractal da superfície de fratura de porcelanas. Para comparação, os ensaios de impacto também foram feitos em vidro e acrílico comercial. A avaliação da superfície de fratura e da dimensão fractal de ruptura foi feita pela análise da fração de fragmentos em função da probabilidade global de fratura. Os corpos de prova foram preparados na forma de discos cilíndricos, com espessura e diâmetros fixos. O ensaio de impacto mecânico foi feito sobre o centro dos discos, para os diferentes materiais, mantendo-se as mesmas condições de ensaio. Os resultados, do tamanho e massa dos fragmentos, foram obtidos em função da energia e do tipo de material. Desta forma, foi possível obter uma correlação entre as condições de ensaio e a composição do material com o padrão de ruptura fractal. Verificou-se que a porcelana nas composições usadas possui uma tenacidade ao impacto que se situa entre aquela do vidro e do acrílico. Finalmente foi feita uma correlação entre as propriedades de resistência mecânica com os padrões de trinca formado. Percebeu-se que o número, a forma das trincas e as ramificações formam um padrão que está relacionado com a energia de impacto e o tipo de material. Palavras-chave: porcelana, ruptura mecânica, dimensão fractal, impacto central. Abstract The ceramic porcelains are produced from natural raw materials (silica, feldspar and kaolin). In some applications other materials are added to increase the mechanical and dielectric strength. They are used in the manufacture of several products. Therefore, they are very studied and have been developed for long time. In the work herein porcelains with different compositions were characterized and submitted to fragmentation by mechanical rupture in a ballistic impact test. Generally the mechanical disruption in the materials produces a power dissipation forming cracks and fracture surfaces having an irregular geometry. The main objective of the work herein was to characterize the microstructure and the fractal fracture surface in porcelains. For comparison, the impact tests were also performed on commercial glass and acrylic. The evaluation of the fracture surface and the fractal dimension of rupture were performed by analyzing the fraction of the fragments as a function of the probability of fracture. The samples were prepared in the form of cylindrical disks with fixed thickness and diameter values. Mechanical impact test was applied on the center of the disks for different materials, maintaining the same test conditions. The results of the size and mass of the fragments were obtained as a function of the impact energy and kind of material. Thus, it was possible to obtain a correlation between the test conditions and the composition of the material and the fractal cracking pattern. It has been found that the compositions used in porcelain presents a fracture toughness which is between the one of the glass and of the acrylic. A correlation between strength properties and the patterns of formed crack was verified. It was noticed that the number, the shape of cracks and the branches form a pattern that is associated with the impact energy and material type. INTRODUÇÃO Basicamente, as porcelanas são produzidas a partir de matérias primas naturais, que são a argila plástica, o feldspato e o quartzo e/ou alumina e, em alguns casos, são adicionados outros compostos para alterar algumas propriedades específicas. As porcelanas são cerâmicas policristalinas com uma textura fina, que podem conter de 50 a 90% de volume contínuo na sua fase vítrea, sendo este responsável pela unificação de suas partículas cristalinas durante a queima. Esta unificação ajuda na translucidez do material e no grande aumento da sua resistência mecânica e rigidez dielétrica nas chamadas porcelanas elétricas [1]. A substituição parcial ou total do quartzo por alumina em alguns tipos de massas de porcelana tem sido utilizada para promover aumento da resistência mecânica [2,3]. As porcelanas formadas por alumina, feldspato e caulim