Campo da Invenção

[0001] A presente invenção descreve um material particulado para obtenção de um compósito magnético mole (SMC) , este material que compreende partículas ferromagnéticas revestidas por, ao menos, duas camadas de recobrimento sendo ao menos uma camada de nanopartícuias óxidas e ao menos uma camada vítrea, ditas camadas de recobrimento promovendo uma maior continuidade, homogeneidade e adesão dos revestimentos isolantes sobre as partículas ferromagnéticas. A presente invenção refere-se ainda a um processo de produção de material particulado para obtenção de compósito magnético mole (SMC) . A presente invenção se situa no campo da Engenharia Mecânica, Engenharia Elétrica, Engenharia Química e Engenharia de Materiais. Fundamentos da Invenção

[0002] A miniaturização e diminuição de peso de máquinas elétricas e dispositivos eletromagnéticos, muito em parte impulsionado pelos mercados automotivo e aeroespacial, estão rapidamente se configurando como projetos desses equipamentos para operações em frequências elétricas superiores àquelas outrora utilizadas para as mesmas aplicações. Esse impulso, no entanto, frequentemente esbarra, especialmente para as tradicionais chapas de aço elétrico, na problemática causada pela queda da eficiência atribuída à intensa aparição de correntes parasitas em médias e altas frequências.

[0003] Como um material capaz de manter um alto nível de magnetização de saturação combinada com uma alta resistividade elétrica, os compósitos magnéticos moles (Soft Magnetic Composite - SMC) se apresentam como uma excelente solução técnica para continuidade da tendência de miniaturização . Isso ocorre pelo fato desse material ser composto por partículas ferromagnéticas recobertas com um material isolante elétrico, evitando assim a passagem de corrente elétrica entre partículas. Esse fato permite que o SMC consiga suprimir consideravelmente a dificuldade relacionada às correntes parasitas e com isso manter a eficiência das máquinas e dispositivos elétricos em média e alta frequência.

[0004] Contribuindo para a questão da miniaturização, o SMC apresenta uma outra característica importante que é o seu comportamento ferromagnético isotrópico tridimensional, o que oferece ao projeto de equipamentos elétricos possibilidades de melhoria em relação as características térmicas, flexibilidade de projeto, processamento e montagem, além da contribuição na redução de custos de uma produção em escala.

[0005] Existe uma extensa quantidade de trabalhos acadêmicos no desenvolvimento de SMCs, assim como uma série de patentes depositadas considerando diferentes processos produtivos e composições de materiais como, por exemplo, pós de ferro e suas ligas revestidos com materiais orgânicos como resinas (US2012/0229245A1 ) ou inorgânicos como fosfatos (US8187394B2 ) , compostos de boro (US2010/0224822A1 ) e silicatos (US2013/ 0181802A1 ) .

[0006] Os SMCs com revestimento orgânico se apresentam como vantajosos quanto ao custo e à simplicidade do processo produtivo em relação aos revestimentos inorgânicos. No entanto, a limitação de temperatura para tratamento térmico dos SMCs com revestimento orgânico torna as perdas desse tipo de SMC relativamente altas, em especial devido à componente de perdas estática. Além disso, esse tipo de SMC também sofre com a degradação dos polímeros ao longo do tempo, levando a deterioração da resistência mecânica e da resistividade elétrica. Os SMCs que contam com revestimentos inorgânicos, por sua vez, permitem tratamentos térmicos em temperaturas mais elevadas, proporcionando um maior alívio de tensões e menores perdas, o que levaria à possibilidade de máquinas elétricas mais eficientes.

[0007] Dentre as patentes que exploram os potenciais de revestimentos inorgânicos pode-se citar a patente US2008/0029300A1, em que são reivindicados SMCs produzidos a partir de partículas ferromagnéticas nanométricas , de 5 a 500nm, revestidas com dupla camada de óxidos isolantes capazes de formar um eutético entre si. Esse material patenteado foi projetado focando em aplicações de alta frequência e, segundo a invenção, suas boas características para trabalho nessas condições são devidas ao fato (a) da partícula metálica com diâmetros médios de 20 a 70nm formarem facilmente monodomínios magnéticos, (b) da partícula metálica estar recoberta com uma primeira camada isolante estável como Si02 e (c) que a primeira camada de isolante está recoberta por um cristal eutético produzido pela reação entre a primeira e a segunda camada de isolantes. Na patente US2008/0029300A1 são previstos alguns pares de óxidos que satisfazem a condição de formação de eutético, tais como: B2O3 — AI2O3, B2O3 — GeCh, B2O3 — S1O2, B2O3 — WO3, B2O3 — Cr2C>3, B2O3 — M0O3, B2O3 — Nb2C>5, B2O3 — L12O3, B2O3 — BaO, B2O3 — ZnO, B2O3 — La2C>3, B2O3 — CoO, B2O3 — CS2O, B2O3 — K2O, K2O — GeCh, K ₂ 0 -Si02, K ₂ 0 - W03. K ₂ 0 - M0O3, K ₂ 0 - Nb ₂ 0 ₅ , Na ₂ 0 - Ge0 ₂ , Na20 - S1O2, Na ₂ 0 - W0 ₃ , Na ₂ 0 - MoO, Na ₂ 0 - Nb ₂ 0 ₅ , M0O3 - Cs ₂ 0, M0O3 - Li ₂ 0, M0O3 - WO3, Cs ₂ 0 - Si0 ₂ e Cs ₂ 0 - Nb ₂ Os. O material, tal como expressado na descrição detalhada da patente descrita em US2008/0029300A1, pode ser processado de maneira a produzir um componente através de (1) laminação (sheet- moulding) , podendo contar com alinhamento magnético, seguida de aquecimento para formação do eutético entre os óxidos que compõem o revestimento isolante para formação da matriz do compósito ou ainda por (2) moagem das partículas revestidas com dupla camada em moinho de bolas, seguida de lavagem, secagem, dispersão em acetona, centrifugação, organização das partículas em acetona de forma a alcançar alta densidade, separação da acetona mantendo o ordenamento realizado, secagem da acetona residual, compactação utilizando uma pressão próxima de lOOMPa em um corpo de espessura próxima de 400pm, e tratamento térmico em uma atmosfera de argônio em 500°C. Independentemente do método utilizado, o material é dedicado à produção de dispositivos de pequenas dimensões, como antenas, dificultando seu uso para projetos de máquinas elétricas com núcleos de maior volume, por exemplo.

[0008] O material da patente US2008/0029300A1 é especialmente empregado em aplicações acima de 100MHz, isto é, em frequências em que as correntes parasitas representam a fração dominante sobre as perdas de um núcleo ferromagnético. Para aplicações que focam principalmente em operação em média frequência, a alta densidade do SMC é vital para se alcançar alta permeabilidade e baixas perdas por histerese, as quais possuem um peso apreciável sobre as perdas magnéticas totais em frequências de até 1kHz. De fato, a densidade dos compósitos obtidos pelos métodos descritos em US2008/0029300A1 dificilmente alcançam aquelas obtidas pelo processo de compactação e tratamento térmico convencionais de SMCs que utilizam partículas micrométricas . Por outro lado, alcançar altas densidades, ainda que utilizando partículas micrométricas, demanda a aplicação de pressões de compactação elevadas, tipicamente na ordem de até lGPa. Essa necessidade de cargas elevadas leva frequentemente ao problema de quebra do revestimento isolante durante essa etapa do processamento, levando à formação de contatos entre as partículas metálicas e, consequente, redução da resistividade elétrica do compósito. Como forma de superar esse desafio tecnológico, grupos de desenvolvimento de SMCs têm buscado dois diferentes caminhos: 1) Formação ín-sítu do revestimento isolante (WO2018035595) e 2) Autorregeneração do filme isolante durante tratamento térmico.

[0009] Dentro dessa segunda estratégia, encontra-se a patente CN103177838B em que são utilizadas partículas de FeSi ou FeSiAl revestidas primeiramente com S1O2 e na sequência com borato de n-butilo, precursor de B2O3. Dessa maneira, configura-se um SMC com partículas de FeSi ou FeSiAl revestidas com uma dupla camada de óxido especificamente S1O2 - B2O3, em que se observa a capacidade de autorregeneração de trincas no filme isolante durante o tratamento térmico. Como resultado dessa habilidade de autorregeneração, é obtido um aumento da resistividade elétrica do material e, consequentemente, diminuição da contribuição de correntes parasitas para as perdas magnéticas. Para tanto, parte-se de pó de FeSiAl ou FeSi misturados com etanol, um agente acoplador de silanos e água deionizada, sendo que a essa mistura é posteriormente adicionado um precursor de silício, como tetraetil ortosilicato (TEOS), e uma determinada quantia de amónia. Tal mistura é agitada por 2-8 horas em uma temperatura de 40-100°C e pH ajustado entre 7-8, seguido de separação magnética, lavagem com etanol anidro e água deionizada e secagem em 40-100°C para obtenção das partículas revestidas com SÍO2. Na sequência, essas partículas são misturadas com borato de n-butilo, etanol absoluto, polietileno glicol e água deionizada, com pH ajustado entre 5-6 utilizando ácido acético. A mistura é mantida sob agitação em 40-80°C por 1-5 horas para completar a reação e por fim, o pó revestido e seco passa por uma calcinação realizada entre 400 - 500°C.

[0010] A patente WO2018035595 também reivindica a produção de SMCs utilizando silicatos de metais alcalinos contendo partículas submicrométricas dispersas no seu interior. Apesar de não haver efeito de autorregeneração de trincas causadas na etapa de compactação de forma eficiente por não haver ordenamento entre camadas, as partículas submicrométricas dispersas no silicato atuam (a) como massas térmicas, absorvendo o calor fornecido durante o tratamento térmico e aumentando o tempo necessário para que o revestimento sofra a transição vítrea; (b) como agente espessante, mantendo o revestimento aderido à superfície das partículas mesmo após a sua transição vítrea; (c) como agente nucleador incentivando o processo de cristalização do silicato em temperaturas mais baixas; (d) dissolvendo e alterando parcial ou totalmente a composição do próprio silicato .

[0011] É com base neste cenário que surge a presente invenção .

Objetivos da invenção

[0012] Assim, é o objetivo fundamental da invenção em revelar um material particulado para obtenção de compósito magnético mole (SMC) que compreende partículas ferromagnéticas revestidas por, ao menos, duas camadas de recobrimento sendo ao menos uma camada de nanopartícuias óxidas e ao menos uma camada vítrea, ditas camadas de recobrimento promovendo uma maior continuidade, homogeneidade e adesão dos revestimentos isolantes sobre as partículas ferromagnéticas.

[0013] Ademais, é objetivo da presente invenção prover um material particulado para obtenção de compósito magnético mole (SMC) em que a primeira camada do revestimento, denominada camada óxida, contribui para aumento da resistividade elétrica pela sua natureza isolante e melhora as condições de molhamento da segunda camada isolante do revestimento, denominada camada vítrea, sobre as partículas ferromagnéticas durante o tratamento térmico para produção dos compósitos magnéticos moles.

[0014] É um objetivo adicional da presente invenção prover um material particulado para obtenção de compósito magnético mole (SMC) em que os óxidos que formam a camada óxida apresentam boa molhabilidade em relação a camada vítrea, sendo capazes de promover efeito sinérgico entre as duas camadas e resultando em um filme isolante de alta resistividade e boa adesão sobre as partículas ferromagnéticas .

[0015] Adicionalmente, é objetivo da presente invenção revelar um material particulado para obtenção de compósito magnético mole em que durante a etapa de compactação, as partículas nanométricas que compõem a camada óxida ligeiramente penetram na superfície das partículas ferromagnéticas devido à diferença de dureza, levando a um melhor ancoramento da camada óxida sobre as partículas ferromagnéticas .

[0016] É, também, objetivo da presente invenção prover um processo de produção de um material particulado para obtenção de compósito magnético mole em que a camada óxida permita uma melhoria significativa do molhamento da camada vítrea sobre a partícula ferromagnética com possibilidade de aumento da resistividade elétrica durante o tratamento térmico por efeito da autorregeneração do filme isolante exercida pela camada vítrea ancorada pela camada óxida. Sumário da invenção

[0017] Todos os objetivos acima citados são atingidos por meio de um material particulado para obtenção de compósito magnético mole compreendendo partículas ferromagnéticas recobertas por ao menos uma camada óxida e ao menos uma camada vítrea; o dito material particulado em que as ditas partículas ferromagnéticas compreendem metais puros ou ligas ferromagnéticas contendo ao menos um dos elementos selecionado entre Fe, Ni e Co e compreende partículas de tamanho médio entre lOpm e 500pm; a camada óxida compreende partículas nanométricas de óxidos selecionados a partir de ZnO, T1O2, MgO, AI2O3, M ^h 3<04, MnO, M ^h 2q3, MnCh, MnCb e M ^h 2q7 com tamanho médio entre 0,005pm e lpm; a camada vítrea compreende fase vítrea ou precursor de fase vítrea baseado em compostos selecionados a partir de silicatos de metais alcalinos do tipo vidro líquido como Na20-nSiC>2 e BbO-mSiCh ou óxido de boro ou precursores de óxido de boro como ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato .

[0018] Ademais, os objetivos são alcançados por meio de uma processo de produção de material particulado para obtenção de compósito magnético mole em que o recobrimento das partículas ferromagnéticas pela camada óxida se caracteriza por ocorrer através de mistura via líquida das partículas ferromagnéticas com uma suspensão de nanopartícuias de ao menos um dos óxidos selecionados dentre ZnO, T1O2, MgO, AI2O3, Mn3C>4, MnO, Mn2C>3, MnC>2, MnC>3, Mn2C>7.

[0019] Adicionalmente, no processo ora proposto, as nanopartícuias de ao menos um dos óxidos ZnO, TÍO2, MgO, AI2O3, M ^h 3q4, MnO, M¾q3, M ^h q2, M ^h q3, M ^h 2q7 são preferencialmente sintetizadas a partir de hidróxidos metálicos de Zn, Ti, Mg, Ai ou Mn simultaneamente à dita etapa de mistura com as partículas ferromagnéticas pela reação entre hidróxidos solúveis em água e precursores de hidróxidos metálicos.

[0020] Ainda, de acordo com a invenção, o processo de produção de material particulado para obtenção de compósito magnético mole, prevê que os hidróxidos solúveis em água são selecionados a partir de NaOH, KOH, NH ₄ OH e sais metálicos precursores dos hidróxidos metálicos são selecionados a partir de sais de Zn, Ti, Mg, Ai ou Mn.

[0021] Também, para atingir os objetivos propostos, o processo de produção prevê que o recobrimento das partículas ferromagnéticas com a camada óxida é realizado em meio líquido; o processo compreendendo as etapas de: (I) mistura, sob agitação, das partículas ferromagnéticas, na proporção em massa de 30% a 60%, com uma suspensão contendo nanopartícuias óxidas ou hidróxidos metálicos precursores de nanopartícuias sintetizados simultaneamente à etapa de mistura dessa suspensão com as partículas ferromagnéticas, contendo uma concentração molar de nanopartícuias entre 1 e 500mM; (II) remoção do excesso da suspensão de nanopartícuias e subsequente secagem da mistura obtida na etapa (I) em temperaturas entre temperatura ambiente e 150 °C.

[0022] Além disso, no processo de produção de material particulado para obtenção de compósito magnético mole da presente invenção, as partículas ferromagnéticas previamente recobertas pela camada óxida, são recobertas com o material isolante da camada vítrea, o processo compreendendo as etapas: (I) recobrimento das partículas ferromagnéticas por meio de imersão ou molhamento incipiente com uma suspensão de silicatos de metal alcalino do tipo vidro líquido ou óxido de boro ou precursor de fase vítrea baseado em precursores de óxido de boro selecionados a partir de ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato, na proporção em massa de 65% a 95% de partículas ferromagnéticas revestidas e 5% a 35% de suspensão de fase vítrea ou precursor de fase vítrea; e (II) secagem do compósito revestido com temperatura entre temperatura ambiente e 150 °C.

[0023] Ademais, no processo em questão a solução de precursores de óxido de boro é composta pela diluição de um ou mais precursores selecionados a partir de ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato; a solução dos ditos precursores sendo preparada em uma concentração entre 0,001g/mL e lg/mL e contendo uma massa de precursores entre 0,01% a 10,00% em relação à massa de partículas ferromagnéticas do compósito magnético mole.

[0024] Por fim, no processo de produção ora proposto, a solução de silicato de metal alcalino é composta pela diluição de um ou mais silicatos, sendo que a razão molar entre as moléculas de sílica e óxidos de metal alcalino deve estar entre 0,5 e 8; a solução de silicato de metal alcalino ou mistura de silicatos deve conter uma concentração de sólidos entre 0,001mg/ml e 15mg/ml.

Breve descrição das figuras

[0025] Apresente invenção é pormenorizadamente detalhada com base nas figuras abaixo listadas, as quais:

[0026] A figura 1 ilustra as partículas ferromagnéticas com duplo revestimento isolante;

[0027] A figura 2 ilustra o comportamento das camadas óxida e vítrea durante as etapas de compactação e tratamento térmico na interface entre as partículas ferromagnéticas recobertas ;

[0028] A figura 3 ilustra as vantagens no comportamento magnético em termos de redução de perdas magnéticas do material patenteado com dupla camada de isolantes em relação as soluções contendo apenas uma camada de isolante;

Descrição Detalhada da Invenção

[0029] As descrições e discussões que se seguem são apresentadas a título de aprofundamento, não limitativas ao escopo da invenção, e farão compreender de forma mais clara o objeto da presente invenção. Também são apresentados exemplos específicos de aplicação da invenção com vantagens atingidas .

[0030] De acordo com os objetivos centrais da invenção em questão, é revelado um material particulado para obtenção de compósito magnético mole (aqui, também, denominado de SMC) compreendendo partículas ferromagnéticas revestidas por ao menos uma camada óxida e ao menos uma camada vítrea; em que a camada óxida compreende partículas nanométricas de óxidos selecionados a partir de ZnO, T1O2, MgO, AI2O3, MnsCq, MnO, Mh2q3, Mhq2, MnCb e Mh2q7," em que a camada vítrea compreende uma fase óxida com baixa temperatura de transição vítrea ou precursor de fase vítrea baseado em compostos selecionados a partir de silicatos de metais alcalinos do tipo vidro líquido como Na20-nSiC>2 e BbO-mSiCh ou óxido de boro ou precursores de óxido de boro como ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato ; o compósito magnético mole no qual as nanopartícuias que compreendem a camada óxida possuem tamanho médio entre 0,005pm e lpm e mais preferencialmente entre 0,01 pm e 0,5 pm; as partículas ferromagnéticas compreendendo metais puros ou ligas ferromagnéticas contendo ao menos um dos elementos selecionado entre Fe, Ni e Co e compreende partículas de tamanho médio entre 10pm e 500pm e mais preferencialmente entre 100 pm e 300 pm.

[0031] Como acima relatado, o material particulado para obtenção de compósito magnético mole é constituído por mais de uma camada de isolante, sendo uma primeira camada de isolante inorgânico baseado em partículas nanométricas de óxidos, denominada nessa invenção como camada óxida. Essa camada inclui nanopartícuias de óxido de zinco, óxido de magnésio, óxido de alumínio, óxido de titânio ou óxido de manganês, ou ainda mistura desses óxidos. Essas partículas nanométricas recobrem as partículas ferromagnéticas preferencialmente em meio líquido por contato sob agitação com uma dispersão de partículas nanométricas desses óxidos ou com suspensões sol-gel de hidróxidos desses elementos, os quais são convertidos para forma de óxidos no decorrer do processamento. Durante a etapa de compactação, as mencionadas partículas nanométricas da camada óxida penetram, ainda que minimamente, a superfície das partículas ferromagnéticas. Esse efeito leva a um aumento da adesão da camada óxida sobre as partículas ferromagnéticas.

[0032] Uma segunda camada de isolante inorgânico contendo uma fase óxida com baixa temperatura de transição vítrea ou um precursor da mesma, tal como silicatos de metais alcalinos do tipo vidro líquido (Na20 · nSiCb e K2O · mSiCb ) , óxido de boro B2O3 ou seus precursores como ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato ou similares. Essa camada, nomeada nessa invenção como camada vítrea, possui alta resistividade elétrica e bom molhamento em relação aos compostos da camada óxida, de forma a permitir o mecanismo de autorregeneração de trincas durante tratamento térmico. Somando-se o efeito de regeneração de trincas e a adesão da primeira camada sobre as partículas ferromagnéticas, tem-se um revestimento completo das partículas ferromagnéticas, promovendo a alta resistividade elétrica e baixas perdas magnéticas do SMC .

[0033] Referente as partículas ferromagnéticas, a seleção do tamanho de partícula define uma forma eficaz de ajustar as propriedades ótimas para aplicação em diferentes frequências, utilizando o mesmo sistema de isolantes e mesmo método de recobrimento .

[0034] A primeira camada do revestimento, denominada camada óxida, contribui para aumento da resistividade elétrica pela sua natureza isolante e melhora as condições de molhamento da segunda camada isolante do revestimento, denominada camada vítrea, sobre as partículas ferromagnéticas durante o tratamento térmico para produção dos compósitos magnéticos moles.

[0035] Os óxidos formados apresentam grande afinidade química em relação a camada vítrea, reduzindo a energia de interface entre os compostos e resultando em uma boa molhabilidade entre eles, ou seja, formam um baixo ângulo de contato da camada vítrea sobre a camada de nanopartícuias óxidas . Por conta dessa boa molhabilidade, pode-se obter um recobrimento completo da partícula ferromagnética e promover um efeito sinérgico entre as duas camadas que resulta em um filme isolante de alta resistividade e boa adesão sobre as partículas ferromagnéticas.

[0036] Outra importante vantagem que essa sinergia entre as camadas isolantes produz, é a possibilidade de utilizar a capacidade de autorregeneração do revestimento vítreo durante o tratamento térmico sem passar pelos problemas de escoamento dessa camada para fora da interface entre as partículas ferromagnéticas. Esse efeito somente é possível graças ao ancoramento dessa camada vítrea pelas nanopartícuias da camada óxida. Dessa forma, evita-se a redução drástica da resistividade elétrica observado em compósitos magnéticos moles que se utilizam apenas de um recobrimento vítreo. Por conta desse ancoramento pode-se também utilizar temperaturas de tratamento térmicos mais elevadas que as usuais ( aproximadamente 500 °C) sem que ocorra grande prejuízo da resistividade elétrica do compósito, resultando assim em um material com menores perdas estáticas, especialmente interessante para aplicações em baixas frequências (50-60 Hz) . Além de agir como ancorador da camada vítrea durante o tratamento térmico, a camada óxida também pode atuar como agente nucleador para o processo de cristalização da fase vítrea, o que aumenta a viscosidade da camada vítrea e auxilia na manutenção da alta resistividade elétrica do filme isolante.

[0037] É importante ressaltar que, ao longo do texto, são definidas faixas específicas para tamanho das partículas ferromagnéticas, tamanho das nanoparticulas que compõem a camada óxida, concentração molar da suspensão de nanoparticulas, concentração da solução e massa de precursores de fase vítrea, razão molar entre moléculas de sílica e óxidos de metal alcalino, além da concentração de sólidos na suspensão de silicato de metal alcalino. Essas faixas específicas foram definidas no processo de desenvolvimento visando aplicações em média e baixa frequência. No entanto, o compósito magnético mole ora proposto encontra aplicações voltadas para alta frequência, onde tamanhos menores de partículas ferromagnéticas e condições de processamento que levem a formação de filmes mais espessos são tecnicamente benéficos. Esses benefícios são facilmente alcançados utilizando as técnicas mencionadas nessa patente com ajustes de parâmetros técnicos, mas sem prejuízo da rota ou da caracterização do produto final.

[0038] Ainda, e como acima relatado, a presente invenção propõe um processo de produção de um material particulado para obtenção de compósito magnético mole em que o recobrimento das partículas ferromagnéticas pela camada óxida se caracteriza por ocorrer através de mistura via líquida das partículas ferromagnéticas com uma suspensão de nanoparticulas de ao menos um dos óxidos selecionados dentre ZnO, T1O2, MgO, AI2O3, Mn3C>4, MnO, Mn2C>3, MnCó, MnCq, Mn2C>7.

[0039] Ademais, no processo ora proposto, as nanoparticulas de ao menos um dos óxidos ZnO, T1O2, MgO, AI2O3, Mh3q4, MnO, M¾q3, Mhq2, Mhq3, Mh2q7 são preferencialmente sintetizadas a partir de hidróxidos metálicos de Zn, Ti, Mg, Ai ou Mn simultaneamente à dita etapa de mistura com as partículas ferromagnéticas pela reação entre hidróxidos solúveis em água e precursores de hidróxidos metálicos; sendo que os hidróxidos solúveis em água são selecionados a partir de NaOH, KOH, NH4OH ou similares e sais metálicos precursores dos hidróxidos metálicos são selecionados a partir de sais de Zn, Ti, Mg, Ai ou Mn .

[0040] Preferencialmente, o recobrimento das partículas ferromagnéticas com a camada óxida é realizado em meio líquido; o processo compreende as etapas de: mistura, sob agitação, das partículas ferromagnéticas, na proporção em massa de 30% a 60%, com uma suspensão contendo nanopartícuias óxidas ou hidróxidos metálicos precursores de nanopartícuias sintetizados simultaneamente à etapa de mistura dessa suspensão com as partículas ferromagnéticas, contendo uma concentração molar de nanopartícuias entre 1 e 500mM, e remoção do excesso da suspensão de nanopartícuias e subsequente secagem da mistura obtida na etapa (I) em temperaturas entre temperatura ambiente e 150 °C.

[0041] Posteriormente ao recobrimento das partículas ferromagnéticas, que previamente foram recobertas pela camada óxida, ocorre o recobrimento com material isolante da camada vítrea, em um processo que compreende as etapas de: recobrimento das partículas ferromagnéticas por meio de imersão ou molhamento incipiente com uma suspensão de silicatos de metal alcalino do tipo vidro líquido ou óxido de boro ou precursor de fase vítrea baseado em precursores de óxido de boro selecionados a partir de ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato ou similares, na proporção em massa de 65% a 95% de partículas ferromagnéticas revestidas e 5% a 35% de suspensão de fase vítrea ou precursor de fase vítrea; e secagem do compósito revestido com temperatura entre temperatura ambiente e 150 °C.

[0042] No processo de recobrimento das partículas com material isolante da camada vítrea, a solução de precursores de óxido de boro é composta pela diluição de um ou mais precursores selecionados a partir de ácido bórico, ácido metabórico, ácido tetrabórico, tetraborato de amónia, pentaborato, peroxiborato ou similares; a solução dos ditos precursores sendo preparada em uma concentração entre 0,001g/mL e lg/mL e mais preferencialmente entre 0,002g/mL e 0,02g/mL, e contendo uma massa de precursores entre 0,01% a 10,00% e mais preferencialmente entre 0,05% e 5,00% em relação à massa de partículas ferromagnéticas do compósito magnético mole.

[0043] Preferencialmente no processo ora proposto, a solução de silicato de metal alcalino é composta pela diluição de um ou mais silicatos, sendo que a razão molar entre as moléculas de sílica e óxidos de metal alcalino deve estar entre 0,5 e 8 e mais preferencialmente entre 1,5 e 4; a solução de silicato de metal alcalino ou mistura de silicatos deve conter uma concentração de sólidos entre 0,001mg/ml e 15mg/ml e mais preferencialmente entre 0,005mg/mL e 5mg/mL.

[0044] Aqui é essencial destacar que a expressão "molhamento incipiente" surge da tradução do inglês da expressão Incípíent wetness, que também pode ser traduzido por "impregnação capilar" ou "impregnação seca" e refere-se a processos cíclicos de molhamento parcial e secagem de uma solução sobre um substrato; no caso dessa patente, sobre as partículas ferromagnéticas. Durante esse processo, uma camada de precipitados se forma sobre as partículas de forma homogénea e com uma espessura de camada que pode ser controlada .

[0045] Como uma realização preferencial da presente invenção, uma rota para o processo de produção de um material particulado para obtenção de compósito magnético mole generalizada para produção dos pós contendo duplo revestimento com vista a fabricação de materiais compósitos magnéticos moles segue os passos: 1 - Preparação de uma suspensão contendo nanoparticulas de óxidos ou hidróxidos, a qual pode ser preparada diretamente pela dispersão de nanoparticulas comerciais em meio liquido ou ainda pela mistura de soluções químicas apropriadas para síntese dessas nanoparticulas de forma simultânea à etapa subsequente. 2 - Mistura de partículas ferromagnéticas, sob agitação, com a suspensão preparada na etapa 1 promovendo a adesão das nanoparticulas de óxidos ou hidróxidos, sintetizados simultaneamente ou não, à superfície das partículas ferromagnéticas, formando assim a camada óxida. 3 - Separação magnética do pó ferromagnético, revestido com a camada óxida, do restante da suspensão e secagem. 4 - Adição da camada vítrea, por imersão ou ainda por molhamento incipiente, ao pó ferromagnético recoberto previamente com a camada óxida, usando uma solução contendo compostos vítreos ou precursores que formarão a camada vítrea. 5 - Separação magnética do pó ferromagnético revestido com dupla camada de isolantes do restante da suspensão e secagem.

[0046] Após as etapas de revestimento e secagem, são obtidas as partículas ferromagnéticas com duplo revestimento tal qual esquematicamente apresentadas na Figura 1. Na sequência, essas partículas são misturadas a um lubrificante de compactação, seguida pelas etapas de compactação uniaxial e tratamento térmico, resultando nas dimensões e microestrutura adequadas para uso do material SMC .

[0047] Durante a etapa de compactação as nanoparticulas que compõem a camada óxida penetram ligeiramente na superfície das partículas ferromagnéticas devido à diferença de dureza. Isso leva a um melhor ancoramento da camada óxida sobre o pó ferromagnético, apesar de gerar alguma descontinuidade do filme isolante devido às altas pressões da etapa de compactação. Adicionalmente, alguns precursores da camada vítrea, como ácido bórico (H ₃ BO ₃ ) por exemplo, podem adicionar um efeito lubrificante, auxiliando o processamento do material nessa etapa de compactação. Após a compactação, as peças compactadas de SMC são normalmente levadas a um tratamento térmico para alívio de tensões e aumento de resistência mecânica. Para o material da presente invenção, além dos objetivos anteriores também se busca a formação da fase vítrea, quando adicionados apenas precursores dessa fase, e o processo de autorregeneração das trincas. A autorregeneração advém da boa molhabilidade entre os compostos utilizados na camada óxida e os compostos que compõem a camada vítrea ao final do tratamento térmico. Desses pares de óxidos da camada óxida e da camada vítrea com boa molhabilidade entre si, pode-se citar: ZnO - B ₂ O ₃ , MgO — B2O3, AI2O3 — B2O3, T1O2 — B2O3, M ^h 3q4 — B2O3, ZnO — K ₂ 0-mSi0 ₂ , MgO - K ₂ 0-mSi0 ₂ , AI2O3 - K ₂ 0-mSi0 ₂ , T1O2 - K ₂ 0-mSi0 ₂ , M ^h 3q4 - K20-mSi02, ZnO - Na20-nSi02, MgO - Na20-nSi02, AI2O3 - Na20-nSi02, T1O2 - Na20-nSi02, M¾q4 - Na20-nSi02; onde se lê Mh ₃ q ₄ também pode-se utilizar outros óxidos de manganês como MnO, M¾q3, Mhq2, Mhq3 e M¾q7. Uma vez que a camada óxida encontra-se bem aderida à superfície da partícula ferromagnética, a camada vítrea acaba por recobrir toda a partícula ferromagnética, permitindo regenerar as trincas de revestimento geradas na etapa de compactação durante o tratamento térmico posterior. Além de agir como ancorador da camada vítrea durante o tratamento térmico, a camada óxida também atua como agente nucleador para o processo de cristalização da fase vítrea, podendo inclusive ser parcialmente dissolvida durante esse processo. O comportamento das camadas óxida e vítrea durante as etapas de compactação e tratamento térmico na interface entre duas partículas ferromagnéticas revestidas são esquematicamente apresentadas na Figura 2.

Realizações Preferenciais

[0048] Na sequência são apresentados alguns exemplos não limitativos ao escopo da invenção e de aplicação do processo de produção e do material particulado reivindicados nessa invenção .

Exemplo 1 : ZnO - B2O3

[0049] (a) Formação da Camada Óxida - ZnO: Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma solução aquosa contendo hidróxido de sódio (NaOH) de concentração 0,32%, de tal maneira que a concentração mássica de partículas ferromagnéticas na solução seja igual a 44%. Na sequência, uma solução aquosa contendo acetato de zinco dihidratado ( Zn (CH3COO) 2 · 2H2O) com concentração mássica de 0,87% e mesmo volume que a solução de NaOH anterior é adicionada, sob forte agitação, à solução de NaOH contendo as partículas de ferro, a fim de sintetizar nanopartícuias de hidróxido de zinco (Zn (OH) 2), em um pH controlado próximo de 8, concomitantemente à adesão dessas nanopartícuias à superfície das partículas de ferro. Como resultado da mistura de reagentes, obtém-se uma suspensão de Zn (OH) 2 de concentração molar igual a 20mM, a qual é mantida em contato com as partículas de ferro sob agitação forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartícuias isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartícuias de óxido de zinco (ZnO) . Essa camada advém da transformação do Zn (OH) 2 em ZnO, iniciada ainda na etapa de mistura e finalizada na etapa de secagem.

[0050] (b) Formação da Camada Vítrea - Precursor de B2O3:

Após a adição da primeira camada de revestimento, prepara- se uma solução aquecida de isopropanol contendo concentração mássica de 0,5% de ácido bórico (H ₃ BO ₃ ) dissolvido. O pó de ferro, revestido com ZnO como camada óxida, é então imerso nessa solução de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético nessa solução seja de 83,5%. O pó é mantido em contato com a solução até a secagem completa por evaporação do isopropanol. Após a secagem do isopropanol, têm-se as partículas de ferro com duplo revestimento de isolantes, isto é, contendo a camada óxida e precursor da camada vítrea.

[0051] (c) Processamento por Metalurgia do Pó: Uma vez que o pó ferromagnético tenha passado pelas duas etapas de revestimento, este é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alivio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão, é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo Comparativo 1 : Somente ZnO

[0052] (a) Formação da Camada Óxida - ZnO: Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma solução aquosa contendo hidróxido de sódio (NaOH) de concentração 0,32%, de tal maneira que a concentração mássica de partículas ferromagnéticas na solução seja igual a 44%. Na sequência, uma solução aquosa contendo acetato de zinco dihidratado ( Zn (CH3COO) 2 · 2H2O) com concentração mássica de 0,87% e mesmo volume que a solução de NaOH anterior é adicionada, sob forte agitação, à solução de NaOH contendo as partículas de ferro, a fim de sintetizar nanopartícuias de hidróxido de zinco (Zn (OH) 2), em um pH controlado próximo de 8, concomitantemente à adesão dessas nanopartícuias à superfície das partículas de ferro. Como resultado da mistura de reagentes, obtém-se uma suspensão de Zn (OH) 2 de concentração molar igual a 20mM, a qual é mantida em contato com as partículas de ferro sob agitação forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartícuias isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartícuias de óxido de zinco (ZnO) . Essa camada advém da transformação do Zn (OH) 2 em ZnO, iniciada ainda na etapa de mistura e finalizada na etapa de secagem.

[0053] (b) Processamento por Metalurgia do Pó: Após a adição da primeira camada de revestimento, o pó é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alivio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão, é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo Comparativo 2 : Somente B2O3

[0054] (a) Formação da Camada Vítrea - Precursor de B2O3:

Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma solução aquecida de isopropanol contendo concentração mássica de 0,5% de ácido bórico dissolvido (H3BO3) . O pó de ferro, sem revestimento prévio, é então imerso nessa solução de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético seja de 83,5%. O pó é mantido em contato com a solução até a secagem completa por evaporação do isopropanol. Após a secagem do isopropanol, tem-se as partículas de ferro contendo apenas o revestimento de precursor da camada vítrea.

[0055] (b) Processamento por Metalurgia do Pó: Após a adição do precursor da camada vítrea, o pó ferromagnético é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente. O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minuto, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alivio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão, é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo 2: ZnO - mSiCh

[0056] (a) Formação da Camada Óxida - ZnO: Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma solução aquosa contendo hidróxido de sódio (NaOH) de concentração 0,32%, de tal maneira que a concentração mássica de partículas ferromagnéticas na solução seja igual a 44%. Na sequência, uma solução aquosa contendo acetato de zinco dihidratado ( Zn (CH3COO) 2 · 2H2O) com concentração mássica de 0,87% e mesmo volume que a solução de NaOH anterior é adicionada, sob forte agitação, à solução de NaOH contendo as partículas de ferro, a fim de sintetizar nanopartícuias de hidróxido de zinco (Zn (OH) 2) concomitantemente à adesão dessas nanopartícuias à superfície das partículas de ferro. Como resultado da mistura de reagentes, obtém-se uma suspensão de Zn (OH) 2 de concentração molar igual a 20mM, a qual é mantida em contato com as partículas de ferro sob agitação forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartícuias isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartícuias de óxido de zinco (ZnO) . Essa camada advém da transformação do Zn (OH) 2 em ZnO, iniciada ainda na etapa de mistura e finalizada na etapa de secagem.

[0057] (b) Formação da Camada Vitrea - K ₂ 0-mSiC> ₂ : Após a adição da primeira camada de revestimento, prepara-se uma solução aquosa contendo silicato de potássio (K20-mSi02, com m= 3,0 - 3,5) com uma concentração mássica de sólidos de 2,7%. O pó de ferro, revestido com ZnO como camada óxida, é então imerso na solução aquosa de silicato de potássio de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético nessa solução seja igual a 49,5%. Após a imersão, o pó de ferro é agitado no interior da solução com auxilio de imãs durante 5 minutos. Passado esse tempo, o restante da solução e descartada e o pó é levado para secagem em estufa a vácuo em 80°C por 2 horas.

[0058] (c) Processamento por Metalurgia do Pó: Uma vez que o pó ferromagnético tenha passado pelas duas etapas de revestimento, este é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 350°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alivio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo 3 : Mh3q4 - B2O3

[0059] (a) Formação da Camada Óxida - MnO: Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma solução aquosa contendo hidróxido de sódio (NaOH) de concentração 0,32%, de tal maneira que a concentração mássica de partículas ferromagnéticas na solução seja igual a 44%. Na sequência, uma solução aquosa contendo acetato de manganês tetrahidratado (Mn (CH3COO) 2 · 4H2O) com concentração mássica de 0,97% e mesmo volume que a solução de NaOH anterior é adicionada, sob forte agitação, à solução de NaOH contendo as partículas de ferro, a fim de sintetizar nanopartícuias de hidróxido de manganês (Mn (OH) 2) concomitantemente à adesão dessas nanopartícuias à superfície das partículas de ferro. Como resultado da mistura de reagentes, obtém-se uma suspensão de Mn (OH) 2 de concentração molar igual a 20mM, a qual é mantida em contato com as partículas de ferro sob agitação forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartícuias isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartícuias de óxido de manganês (MnsCh) . Essa camada advém da transformação do Mn (OH) 2 em (MnsCh) , iniciada ainda na etapa de mistura e finalizada na etapa de secagem.

[0060] (b) Formação da Camada Vítrea - Precursor de B2O3: Após a adição da primeira camada de revestimento, prepara- se uma solução aquecida de isopropanol contendo concentração mássica de 0,5% de ácido bórico (H3B03) dissolvido. O pó de ferro, revestido com Mh3q4 como camada óxida, é então imerso nessa solução de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético nessa solução seja de 83,5%. O pó é mantido em contato com a solução até a secagem completa por evaporação do isopropanol. Após a secagem do isopropanol, têm-se as partículas de ferro com duplo revestimento de isolantes, isto é, contendo a camada óxida e precursor da camada vítrea.

[0061] (c) Processamento por Metalurgia do Pó: Uma vez que o pó ferromagnético tenha passado pelas duas etapas de revestimento, este é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alívio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão, é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo 4 : MgO - B2O3

[0062] (a) Formação da Camada Óxida - MgO: Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma solução aquosa contendo hidróxido de sódio (NaOH) de concentração 0,32%, de tal maneira que a concentração mássica de partículas ferromagnéticas na solução seja igual a 44%. Na sequência, uma solução aquosa contendo cloreto de magnésio hexahidratado (MgCl2 · 6H2O) com concentração mássica de 0,81% e mesmo volume que a solução de NaOH anterior é adicionada, sob forte agitação, à solução de NaOH contendo as partículas de ferro, a fim de sintetizar nanopartícuias de hidróxido de magnésio (Mg (OH) 2) concomitantemente à adesão dessas nanopartícuias à superfície das partículas de ferro. Como resultado da mistura de reagentes, obtém-se uma suspensão de Mg (OH) 2 de concentração molar igual a 20mM, a qual é mantida em contato com as partículas de ferro sob agitação forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartícuias isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartícuias de óxido de magnésio (MgO) . Essa camada advém da transformação do Mg (OH) 2 em MgO, iniciada ainda na etapa de mistura e finalizada na etapa de secagem.

[0063] (b) Formação da Camada Vitrea - Precursor de B2O3: Após a adição da primeira camada de revestimento, prepara- se uma solução aquecida de isopropanol contendo concentração mássica de 0,5% de ácido bórico (H ₃ BO ₃ ) dissolvido. O pó de ferro, revestido com MgO como camada óxida, é então imerso nessa solução de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético nessa solução seja de 83,5%. O pó é mantido em contato com a solução até a secagem completa por evaporação do isopropanol. Após a secagem do isopropanol, têm-se as partículas de ferro com duplo revestimento de isolantes, isto é, contendo a camada óxida e precursor da camada vítrea.

[0064] (c) Processamento por Metalurgia do Pó: Uma vez que o pó ferromagnético tenha passado pelas duas etapas de revestimento, este é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alivio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão, é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo 5: Ti02 - B2O3

[0065] (a) Formação da Camada Óxida - TÍO2 : Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma suspensão aquosa contendo nanopartículas de óxido de titânio (T1O2) comercial com concentração mássica da dispersão de 0,16% e tamanho médio de partícula igual a 20nm. O pó de ferro é adicionado a essa suspensão de tal maneira que a concentração de partículas ferromagnéticas na suspensão seja igual a 28,5%, equivalente a uma concentração molar de 20mM. A mistura é mantida sob agitação, forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartículas isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartículas de óxido de titânio.

[0066] (b) Formação da Camada Vitrea - Precursor de B2O3:

Após a adição da primeira camada de revestimento, prepara- se uma solução aquecida de isopropanol contendo concentração mássica de 0,5% de ácido bórico (H3BO3) dissolvido. O pó de ferro, revestido com T1O2 como camada óxida, é então imerso nessa solução de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético nessa solução seja de 83,5%. O pó é mantido em contato com a solução até a secagem completa por evaporação do isopropanol. Após a secagem do isopropanol, têm-se as partículas de ferro com duplo revestimento de isolantes, isto é, contendo a camada óxida e precursor da camada vítrea.

[0067] (c) Processamento por Metalurgia do Pó: Uma vez que o pó ferromagnético tenha passado pelas duas etapas de revestimento, este é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alívio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

Exemplo 6: A1203 - B2O3

[0068] (a) Formação da Camada Óxida - AI2O3: Partículas de ferro, com tamanho médio de partícula de 180pm, são imersas em uma suspensão aquosa contendo nanopartícuias de óxido de alumínio (AI2O3) comercial com concentração mássica da dispersão de 0,20% e tamanho médio de partícula igual a 20nm. O pó de ferro é adicionado a essa suspensão de tal maneira que a concentração de partículas ferromagnéticas na suspensão seja igual a 28,5%, equivalente a uma concentração molar de 20mM. A mistura é mantida sob agitação, forte o suficiente para manter as partículas de ferro suspensas, durante o período de 1 hora. Após o tempo de mistura, as partículas de ferro recobertas com as nanopartícuias isolantes são separadas do restante da suspensão, lavadas com uma mistura de etanol e água, e por fim secas em estufa a vácuo em 80°C por 30 minutos. Após a secagem, obtém-se as partículas de ferro revestidas com uma camada de nanopartícuias de óxido de alumínio.

[0069] (b) Formação da Camada Vítrea - Precursor de B2O3:

Após a adição da primeira camada de revestimento, prepara- se uma solução aquecida de isopropanol contendo concentração mássica de 0,5% de ácido bórico (H3BO3) dissolvido. O pó de ferro, revestido com AI2O3 como camada óxida, é então imerso nessa solução de forma que a concentração mássica do pó ferromagnético nessa solução seja de 83,5%. O pó é mantido em contato com a solução até a secagem completa por evaporação do isopropanol. Após a secagem do isopropanol, têm-se as partículas de ferro com duplo revestimento de isolantes, isto é, contendo a camada óxida e precursor da camada vítrea.

[0070] (c) Processamento por Metalurgia do Pó: Uma vez que o pó ferromagnético tenha passado pelas duas etapas de revestimentos, este é misturado com 0,3% em peso de lubrificante, compactado em prensa uniaxial de duplo efeito com uma pressão de 800 MPa no formato de um toróide e tratado termicamente . O tratamento térmico é realizado sob uma atmosfera de ar sintético com um patamar de temperatura de extração de lubrificante; nesse exemplo é utilizada uma temperatura de 320°C por 30 minutos, e um segundo patamar em uma temperatura mais alta para alívio de tensões e aumento da resistência mecânica, em que para a amostra do exemplo em questão, é utilizada a temperatura de 500°C em um patamar de 30 minutos.

[0071] As amostras no formato de toróide produzidas nos exemplos 1 a 6 e exemplos comparativos 1 e 2 possuem dimensões aproximadas de diâmetro externo, diâmetro interno e altura respectivamente iguais a 65, 55 e 5mm. Essas amostras foram medidas em uma bancada para medição de propriedades magnéticas MPG 200D fabricada pela Brockhaus Messtechník e seus resultados são apresentados na Tabela 1 e Tabela 2.

[0072] Tabela 1 - Perdas em indução magnética máxima de 1T e permeabilidade relativa máxima em diferentes frequências de amostras contendo respectivamente dupla camada de isolantes, somente camada óxida (ZnO) e somente camada vítrea ( B2O3) .

Tabela 1

[0073] Tabela 2 - Perdas em indução magnética máxima de 1T e permeabilidade relativa máxima em diferentes frequências de amostras contendo distintas combinações de camada óxida e camada vítrea.

Tabela 2

[0074] Pelos resultados apresentados na Tabela 1 e Figura 3, percebe-se a vantagem de se utilizar o SMC contendo a dupla camada - camada óxida e camada vítrea - em relação aos SMCs que contenham apenas uma dessas camadas. A amostra do Exemplo Comparativo 1, que contém apenas a camada óxida, apresenta valores de perdas maiores que a amostra do Exemplo 1, o que pode ser explicado pela quebra da camada isolante durante a compactação, levando à redução da resistividade elétrica do SMC e consequentemente ao aumento das perdas dinâmicas. Por outro lado, os resultados do Exemplo Comparativo 2 demonstram a baixa molhabilidade das partículas metálicas pela fase vítrea quando a camada óxida não está presente, levando a permeabilidade em frequências menores mais elevadas dado o maior contato entre as partículas ferromagnéticas, mas com considerável diminuição da permeabilidade com o aumento da frequência. Esse mesmo fenômeno de baixa molhabilidade do revestimento explica também as elevadas perdas observadas, em especial para altas frequências, condição em que as perdas dinâmicas influenciam fortemente as perdas totais mensuradas.

[0075] Como mencionado anteriormente, a camada óxida permite uma melhoria significativa do molhamento da camada vítrea sobre a partícula ferromagnética, além dessa sinergia entre as camadas levar ao mecanismo de autorregeneração das trincas geradas na etapa de compactação, com possibilidade de aumento da resistividade elétrica durante o tratamento térmico. É importante salientar que para que esse fenômeno ocorra como apresentado nos exemplos dessa invenção, ambas as camadas devem estar presentes e serem adicionadas em duas etapas como forma de garantir que a partir da superfície do pó ferromagnético primeiro se encontre a camada óxida e depois a camada vítrea.

[0076] Os resultados apresentados na Tabela 2 demonstram que é possível atingir excelentes resultados com diferentes composições na camada óxida e na camada vítrea. Dentre os exemplos, no entanto, observa-se que ao sintetizar as nanopartícuias simultaneamente com a formação da camada óxida sobre o pó ferromagnético são obtidos resultados magnéticos mais interessantes em relação àqueles obtidos com nanopartícuias comerciais. Esse resultado pode ser interpretado como interessante também do ponto de vista financeiro, uma vez que os reagentes utilizados para produção dessas nanopartícuias são relativamente baratos quando comparadas ao custo das nanopartícuias comerciais.

[0077] De forma geral, as propriedades alcançadas e demonstradas nos exemplos dessa invenção apresentam possibilidade de uso imediato para diversas aplicações, especialmente com foco em média frequência. No entanto, otimizações para diferentes condições de uso, em especial em relação à frequência de operação, podem ser realizadas através de modificações de parâmetros de processo mantendo os mesmos moldes reivindicados pela invenção, como por exemplo: tamanho das partículas ferromagnéticas, controle de tamanho de partícula, composição e concentração de nanopartícuias em suspensão, composição do meio líquido da suspensão, tempo de mistura com a suspensão, pH da suspensão, velocidade de agitação, composição e concentração de fase vítrea ou precursores, além de parâmetros de processo como quantidade de lubrificante, pressão de compactação, temperatura de compactação, bem como temperatura e tempo de tratamento térmico.

[0078] É importante ressaltar que a descrição acima tem como único objetivo descrever de forma exemplificativa a concretização particular da invenção em questão. Portanto, torna-se claro que modificações, variações e combinações construtivas dos elementos que exercem a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados, continuam dentro do escopo de proteção delimitado pelas reivindicações anexas.