Processo de gelcasting: 30 anos de inovação e pesquisa em processamento cerâmico

Fernando dos Santos Ortega
Consultor

Possui graduação em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1994), mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1997) e doutorado em Ciência e Engenharia dos Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (2002). Foi professor da Universidade do Vale do Paraíba (Univap) entre 2001 e 2008 e coordenou o curso de Engenharia de Materiais entre 2007 e 2008. Foi professor do curso de Engenharia de Materiais do Centro Universitário da FEI de 2009 a 2020. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais, com ênfase em Processamento de Materiais Cerâmicos, atuando principalmente nos seguintes temas: dispersão de pós em líquidos, reologia de suspensões, processos de fabricação, cerâmicas porosas e aplicação de processos de fabricação cerâmicos à metalurgia do pó. É conselheiro da Associação Brasileira de Cerâmica e membro da Comissão Organizadora do Congresso Brasileiro de Cerâmica desde 2010.

Consultor                                               

 

RESUMO

No início dos anos da década de 90, a busca por um processo de fabricação robusto e confiável de componentes cerâmicos, levou uma equipe do ORNL a desenvolver e patentear o processo que se tornou conhecido como gelcasting. Apresentando semelhanças com a moldagem por injeção, possuía a grande vantagem de que o veículo usado para preencher um molde com matéria-prima cerâmica não era um termoplástico fundido, mas sim uma solução aquosa de monômeros que reagiam no interior do molde, formando um hidrogel com alta densidade de ligações cruzadas. Daí o nome gelcasting, até o momento sem tradução para a língua portuguesa. Ao mesmo tempo em que transformava uma suspensão cerâmica viscosa e um sólido elástico, permitindo a desmoldagem da peça, a polimerização in situ possibilitava um processo em que a quantidade de ligante a ser eliminado era muito inferior àquela usada na injeção, já que a maior parte do veículo (água) era eliminada por secagem. Esta característica permitia, também, a moldagem de peças mais volumosas do que aquelas produzidas por injeção. A técnica foi rapidamente licenciada para alguns setores industriais, que passaram a empregá-la para produzir componentes cerâmicos estruturais de geomeria complexa e alta confiabilidade. Entretanto, a grande versatilidade da técnica fez com que os objetivos iniciais fossem amplamente extrapolados para processos de fabricação inovadores que originaram novos processos e produtos. Assim, os monômeros inicialmente usados, com potencial carcinogênico, foram substituídos por outros mais seguros e, posteriormente, por produtos de origem natural. Alguns problemas associados à deformação das peças durante a secagem foram contornados, introduzindo-se uma etapa de pré-secagem por osmose. Modificações no processo foram introduzidas e a técnica, inicialmente desenvolvida para produzir componentes densos, foi adaptada para a fabricação de cerâmicas porosas, seja  por espumação direta ou por emulsificação de uma fase de sacrifício oleosa. Sistemas gelificantes para sistemas não-aquosos foram desenvolvidos, possibilitando o emprego da técnica em sistemas com tendência à hidrólise. O processo gelcasting foi também adaptado à metalurgia do pó, o que naturalmente levou ao emprego da técnica para produzir compósitos de matriz metálica reforçados com partículas cerâmica e, mais recentemente, na fabricação de Materiais com Gradação de Funcionalidade (MGF). Por fim, com o avanço das técnicas de prototipagem rápida, especialmente a impressão 3-D, a aplicação de laser ou de luz ultravioleta tem sido amplamente usada na Estereolitografia e na Projeção Digital de Luz para polimerizar localmente suspensões cerâmicas contendo essencialmente os mesmos monômeros usados no processo gelcasting.