UMA APLICAÇÃO DA ANÁLISE DE IMAGENS NA CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DE CERÂMICAS VARISTORAS
AN IMAGE ANALYSIS APPLICATION TO MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATION OF VARISTOR CERAMICS
Furtado, José Geraldo de M.; Dias, Rodrigo; Nóbrega, Maria Cecília de S.; Serra, Eduardo Torres
http://dx.doi.org/10.4322/tmm.00603011
Tecnol. Metal. Mater. Min., vol.6, n3, p.179-184, 2010
Resumo
Varistores são complexos sistemas cerâmicos policristalinos contendo diversos dopantes e suas propriedades elétricas são diretamente dependentes da composição química e das características microestruturais, tais como tamanho de grão, porosidade, maclas e distribuição de fases. O objetivo deste trabalho é avaliar, usando métodos de análise de imagens, as características microestruturais das cerâmicas varistoras. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios-X por dispersão de energia. Parâmetros microestruturais e morfológicos foram obtidos por técnicas de análise de imagens baseadas no uso de filtros apropriados. Métodos de segmentação e binarização foram usados para diferenciar propriedades dos grãos e dos contornos de grão, bem como a presença de fases secundárias, proporcionando a obtenção de informações estruturais e morfológicas. Determinou-se a influência do teor de material formador de camadas intergranulares sobre o grau de densificação, espessura média das camadas intergranulares e percentual médio de área das fotomicrografias ocupado por fases secundárias, para o caso de varistores à base de óxido de zinco dopados com óxidos de terras-raras.
Palavras-chave
Cerâmica varistora, Análise de imagem, Caracterização microestrutural
Abstract
Varistors are very complex polycrystalline ceramic systems containing several dopants and their electrical properties are directly dependent on the chemical composition and on microstructural characteristics, such as grain size, porosity, twins and phase distribution. The aim of this work is to evaluate, using image analysis tools, the microstructural characteristics of varistor ceramics. The microstructural characterization was made by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. Microstructural and morphological parameters were obtained by means image analysis techniques based on appropriate filters. Segmentation and binarization methods were used to differentiate grain and grain boundaries properties, as well phase structures. In this study, image processing and measurements have been developed in order to extract the relevant microstructural parameters on the varistor ceramics. It was developed an appropriate filtering and segmentation method for analysis of varistor ceramics to obtain grain and grain boundaries structural and morphological informations. In the case of zinc oxide-based varistors doped with rare-earth oxides it was determined the influence of the intergranular layer former material on the densification degree, the average thickness of the intergranular layers and the average percentage of area occupied by secondary phases.
Keywords
Varistor ceramic, Image analysis, Microstructural characterization
Referências
1 GUPTA, T. K. Application of zinc oxide varistors.
Journal of the American Ceramic Society, v. 73, n. 7,
p. 1817-40, 1990.
2 CLARKE, D. R. Varistor ceramics. Journal of the American Ceramic Society, v. 82, n. 3, p. 485-502, 1999.
3 LAGRANGE, A. Present and future of zinc oxide varistors. In: STEELE, B. C. H. (Org.) Electronic ceramics. Londres: Elsevier Applied Science, 1991 p. 1-27.
4 FURTADO, J. G. M., et al. Relações empíricas entre características microestruturais e absorção de energia em cerâmicas varistoras. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, v. 4, n. 3, p. 1-6, jan.-mar. 2008
5 GUPTA, T. K. Microstructural engineering through donor and acceptor doping in the grain and grain boundary of a polycrystalline semiconducting ceramic. Journal of Materials Research, v. 7, n. 12, p. 3280-95, Dec. 1992.
6 GILBERT, I.; FREER, R. Donor and acceptor doping of zinc oxide varistors. Journal of Physics: Condensed Matter, v. 14, p. 945-54, 2002.
7 FURTADO, J. G. M., et al. Microstructural evaluation of rare-earth-zinc oxide-based varistor ceramics. Materials Research, v. 8, n. 4, p. 425-9, 2005.
8 ARNOULD, X.; COSTER, M.; CHERMANT, J - L. Segmentation and grain size of ceramics. Image Analysis & Stereology, v. 20, p. 131-5, 2001.
9 FURTADO, J. G. M., et al. An image analysis study on varistor ceramic microstructures correlated to their electrothermal performances. In: CONGRESSO ANUAL DA ABM, 63., 2008, Santos. Anais… São Paulo: ABM, 2008. p. 508-18.
2 CLARKE, D. R. Varistor ceramics. Journal of the American Ceramic Society, v. 82, n. 3, p. 485-502, 1999.
3 LAGRANGE, A. Present and future of zinc oxide varistors. In: STEELE, B. C. H. (Org.) Electronic ceramics. Londres: Elsevier Applied Science, 1991 p. 1-27.
4 FURTADO, J. G. M., et al. Relações empíricas entre características microestruturais e absorção de energia em cerâmicas varistoras. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, v. 4, n. 3, p. 1-6, jan.-mar. 2008
5 GUPTA, T. K. Microstructural engineering through donor and acceptor doping in the grain and grain boundary of a polycrystalline semiconducting ceramic. Journal of Materials Research, v. 7, n. 12, p. 3280-95, Dec. 1992.
6 GILBERT, I.; FREER, R. Donor and acceptor doping of zinc oxide varistors. Journal of Physics: Condensed Matter, v. 14, p. 945-54, 2002.
7 FURTADO, J. G. M., et al. Microstructural evaluation of rare-earth-zinc oxide-based varistor ceramics. Materials Research, v. 8, n. 4, p. 425-9, 2005.
8 ARNOULD, X.; COSTER, M.; CHERMANT, J - L. Segmentation and grain size of ceramics. Image Analysis & Stereology, v. 20, p. 131-5, 2001.
9 FURTADO, J. G. M., et al. An image analysis study on varistor ceramic microstructures correlated to their electrothermal performances. In: CONGRESSO ANUAL DA ABM, 63., 2008, Santos. Anais… São Paulo: ABM, 2008. p. 508-18.
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