Existem diversas técnicas de produção de cerâmica e filmes de anodos que podem ser selecionadas de acordo com a configuração desejada. As técnicas mais empregadas são:
Tape Casting Serigrafia Prensagem Deposição eletroforética Sol gel Aerografia
Deposição a laser de pulso
Slip Casting
Estas técnicas se diferenciam pelos aspectos referentes à operação, levando em consideração as seguintes variáveis: temperatura de deposição, tempo de deposição, rendimento, espessura da cerâmica produzida e desempenho em grande escala. Como o foco deste trabalho é a utilização da
técnica de Tape Casting e da Serigrafia, as outras técnicas não serão discutidas.
1.3.1 Tape Casting
Desde o início da era moderna da cerâmica, durante a Segunda Guerra Mundial, ocorreram muitos avanços na tecnologia de processamento cerâmico. Um dos mais novos avanços foi o desenvolvimento da colagem em fitas (Tape
Casting) como um processo de produção de folhas cerâmicas finas e planas.
Glenn Howatt foi o primeiro a desenvolver publicações e patentes descrevendo o processo da técnica de Tape Casting (MISTLER e TWINAME 2000).
A principal vantagem do processo de Tape Casting é sua melhor forma de obter cerâmicas planas, finas e de área extensa. Essas cerâmicas, por apresentarem áreas muito maiores que as espessuras, são essencialmente de estruturas bidimensionais. A principal faixa de espessura das cerâmicas produzidas por esta técnica é de 0,025 mm a 1 mm (HOTZA 1997).
Peças cerâmicas finas têm diversas aplicações em indústrias incluindo a produção de capacitores finos, substratos eletrônicos (GASKELL, RAND et al. 1997) e também componentes cerâmicos com aplicação em PaCOS (KIM, LEE et al. 2007; SONG, PARK et al. 2008; CLEMMER e CORBIN 2009). Em diversos estudos verifica-se a aplicação desta técnica para produção de anodos para PaCOS (CLEMMER e CORBIN 2004; BEAUDET SAVIGNAT, CHIRON et al. 2007; KIM, LEE et al. 2007; SANSON, PINASCO et al. 2008; HASHIMOTO, NIIJIMA et al. 2009; HAUCH, JØRGENSEN et al. 2011).
Na colagem em fita utiliza-se uma suspensão ou barbotina cerâmica com alta viscosidade formulada na maioria das vezes com solventes não aquosos (orgânicos), ou baseada em solvente aquoso, sendo que a secagem é resultante de um processo evaporativo.
A Figura 1.7 é uma demonstração do processo de colagem de fitas. A formação da fita inicia-se com o abastecimento do reservatório por uma suspensão de viscosidade adequada. No fundo do reservatório existe uma abertura determinada pela altura da lâmina niveladora (doctor blade) que pode
14 CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
ser ajustada pelos reguladores que permite medida na ordem micrômetros. Embaixo do reservatório, move-se a uma velocidade constante a superfície coletora (esteira) que favorece o escoamento da suspensão que atravessa a lâmina niveladora formando a fita cerâmica. A fita formada fica em repouso dentro da câmara de secagem para evaporação dos solventes e até que se torne flexível para ser descolada da esteira. A fita verde obtida pode ser cortada em formatos desejados para ser efetuada a sua sinterização.
Figura 1.7: Equipamento de Tape Casting.(Hotza 1997)
A espessura da fita verde pode ser influenciada por quatro principais fatores: altura da lâmina niveladora (Blade), velocidade da esteira, viscosidade da suspensão e volume de suspensão no reservatório (Blade). A viscosidade da suspensão pode ser influenciada pela temperatura do ambiente. MISTLER et al (2000) afirma que a espessura da fita está relacionada com a razão entre a velocidade da suspensão e a velocidade da esteira. Essa relação explica que se a velocidade da esteira for maior que a da suspensão então promove o aumento da espessura da fita. Um aumento no volume de suspensão pode aumentar a sua velocidade em relação à da esteira e com isso também elevar a espessura. Com relação à altura da lâmina, se aumentar a abertura entre a esteira e a própria lâmina, promove o aumento da espessura da fita (MISTLER e TWINAME 2000). Por último, se a viscosidade da suspensão for alterada por parâmetros de sua composição ou temperatura, pode influenciar na velocidade da suspensão e consequentemente na espessura. Por isso é importante
entender a influência dos parâmetros de operação do equipamento Tape
Casting sobre a característica final da fita para realizar qualquer tipo de estudo.
Para ter conhecimento a respeito da taxa de cisalhamento no momento em que a suspensão atravessa a lâmina deve ser utilizada a equação 1.2 que representa a razão entre a velocidade da esteira e a altura da lâmina (RAJ e CANNON 1999).
1.3.2 Serigrafia
A Serigrafia é uma técnica que surgiu durante a Primeira Guerra Mundial sendo muito empregada para produções artísticas na forma de gravuras (MENDES 2007) e também tem sido utilizada para produção de materiais cerâmicos de espessura fina como eletrólitos (RIED, LORENZ et al. 2008), catodos (SANTOS 2011; FERNANDES 2012) e anodos para pilhas a combustível (MÜLLER, HERBSTRITT et al. 2002; MARTINS, VILLALOBOS et al. 2007; CHO e CHOI 2008).
A técnica consiste em pressionar um rodo de borracha sobre uma tela contendo uma suspensão de modo que esta se deposite sobre um substrato plano e com resistência mecânica apropriada. A tela contém uma abertura em um formato desejado (imagem) para depositar a suspensão (Figura 1.8). A suspensão deve ser colocada nas proximidades da imagem da tela e é levada pelo rodo até depositar sobre o substrato (FERNANDES 2012).
As principais características da tela são o alto grau de tensão, tamanho, densidade da malha em mesh (n° de pontos por polegada), espessura que depende do diâmetro do fio (FERNANDES 2012). As deposições com espessura mais finas são obtidas pelo uso de tela com elevado n° de fios por polegada (SANZ, SÁNCHEZ et al. 1999).
16 CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
Quanto ao rodo, ele apresenta duas funções principais (SANZ, SÁNCHEZ et al. 1999):
O rodo admite a função de forçar a tela para entrar em contato com a superfície do substrato. Para isso deve exercer uma pressão maior sobre a espátula do que a necessária para imprimir, porque é preciso vencer a resistência da tela à deformação.
A função principal do rodo é a de forçar a tinta a preencher as aberturas da tela e afastar a tinta remanescente. A quantidade de tinta distribuída é afetada por parâmetros como o ângulo efetivo de ataque e a velocidade de avanço.
As suspensões para serigrafia devem apresentar comportamento pseudoplástico, pois quando se aumenta a taxa de cisalhamento, promove a diminuição da viscosidade o que facilita a deposição sobre o substrato (SANZ, SÁNCHEZ et al. 1999).
Figura 1.8: Esquema de deposição serigrafia
Site: http://yarrru.blogspot.com.br/2009/04/cursos-de-serigrafia-basica.html, acessado em dezembro/2012.