Estudo das propriedades físicas de sistemas ferroelétricos com estruturas tipo Aurivillius

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Síntese e caracterização de alvo de óxido de zinco dopado com alumínio

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise da resposta dielétrica e varistora de compostos cerâmicos multifásicos à base de Ca2CU2Ti4-xSnxO12 (0,0 < x< 4,0)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização morfológica e cristalográfica da zircônia após desgaste com pedra diamantada e elaboração de um protocolo para tratamento térmico regenerativo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comparação energética de tijolos comum e sem queima pela análise do ciclo de vida

This work is part of several research related to the plan of design and construction of a sustainable house. The previous researches focused on sustainable materials and it have shown that ceramic material are more interesting to improve the thermal comfort and the reduction of fees and prices of the house, making possible to construct popular home, mainly clay bricks, that have high thermal inertia and low costs, besides the fact that it is easy to find the raw materials in nature and process them. However, a major issue in using clay bricks is that it uses too many energy to be processed during the sintering (burning), a crucial part of the process that assures mechanical resistance. Alternative materials are being proposed by the researchers, as the clay bricks without the sintering mixed with Portland cement, assuring the proper resistance to the brick. Raw materials of cement, however, also need to be thermally processed in rotary kilns, in a process called clinckerization. This research was proposed for comparing the energy used by the two types of bricks and other objectives, in order to determinate which one uses less thermal energy. The intention was to compare the energy used during the sintering of regular clay bricks and the unfired bricks with 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100% of Portland cement. The paper also investigated and compared the use of electrical and thermal energy of all the bricks to identify how important were the thermal stages (sintering or clinkerization) relatively to the total energy spent. At last, a resumed analysis was performed to identify the possible health damages of the many life cycles of the bricks. The conclusion was that unfired bricks with less than 40% of cement use less thermal energy to be processed. In addition, their carbon dioxides emissions were less dangerous to ... (Complete abastract click electronic access below)

Torneamento da liga de alumínio da classe 6005 utilizando ferramenta cerâmica

Machining processes are one of the most important manufacturing processes in the modern world. In these processes, there are many elements which will influence in the final result of the machined part. Among them, the tools are the principal factor of the rising cost, because its global influence on the process. In aeronautical industries, this can be more evidenced due the need to machining several alloys, between them, aluminum alloys. These alloys have to demonstrate a specific surface finishing to be used in aircraft's fuselage. This kind of industry is one of the segments which is still rising in Brazil, and they are looking viable alternatives in the manufacturing processes of materials, due the need to produce more and more parts and equipment, with costs increasingly reduced. The purpose of this project is the development of a ceramic with differentiated properties. The ceramics were developed using a pre-sintering at 1200 °C, with posterior sintering at 1600°C, and subjected to dry turning process on aluminum alloy 6005. The characterizations showed that ceramics presented with toughness on the center of 1700 MPa and on the surface of 1950 MPa, density 98,5 ±0,14. g/cm³. Ceramics were grinded and faceted, according to ISO standard 1832, and subjected to turning tests in a ROMI lathe brand, model GL240M, using cutting speeds of 500, 800 and 1000 m/min with different feed rates. The machining results showed low occurrence of flank wear to all cutting speeds, and better surface finishing average values of Ra = 0,4935 μm and Rt = 8,112 μm. In general, it could be seen that the tool presents important potential to machining 6005 alloy, and that the use of correct parameters can decrease and/or eliminate subsequent processes, providing important reductions in costs related to the machining processes

Comparação energética de tijolos comum e sem queima pela análise do ciclo de vida

This work is part of several research related to the plan of design and construction of a sustainable house. The previous researches focused on sustainable materials and it have shown that ceramic material are more interesting to improve the thermal comfort and the reduction of fees and prices of the house, making possible to construct popular home, mainly clay bricks, that have high thermal inertia and low costs, besides the fact that it is easy to find the raw materials in nature and process them. However, a major issue in using clay bricks is that it uses too many energy to be processed during the sintering (burning), a crucial part of the process that assures mechanical resistance. Alternative materials are being proposed by the researchers, as the clay bricks without the sintering mixed with Portland cement, assuring the proper resistance to the brick. Raw materials of cement, however, also need to be thermally processed in rotary kilns, in a process called clinckerization. This research was proposed for comparing the energy used by the two types of bricks and other objectives, in order to determinate which one uses less thermal energy. The intention was to compare the energy used during the sintering of regular clay bricks and the unfired bricks with 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100% of Portland cement. The paper also investigated and compared the use of electrical and thermal energy of all the bricks to identify how important were the thermal stages (sintering or clinkerization) relatively to the total energy spent. At last, a resumed analysis was performed to identify the possible health damages of the many life cycles of the bricks. The conclusion was that unfired bricks with less than 40% of cement use less thermal energy to be processed. In addition, their carbon dioxides emissions were less dangerous to ... (Complete abastract click electronic access below)

Torneamento da liga de alumínio da classe 6005 utilizando ferramenta cerâmica

Machining processes are one of the most important manufacturing processes in the modern world. In these processes, there are many elements which will influence in the final result of the machined part. Among them, the tools are the principal factor of the rising cost, because its global influence on the process. In aeronautical industries, this can be more evidenced due the need to machining several alloys, between them, aluminum alloys. These alloys have to demonstrate a specific surface finishing to be used in aircraft's fuselage. This kind of industry is one of the segments which is still rising in Brazil, and they are looking viable alternatives in the manufacturing processes of materials, due the need to produce more and more parts and equipment, with costs increasingly reduced. The purpose of this project is the development of a ceramic with differentiated properties. The ceramics were developed using a pre-sintering at 1200 °C, with posterior sintering at 1600°C, and subjected to dry turning process on aluminum alloy 6005. The characterizations showed that ceramics presented with toughness on the center of 1700 MPa and on the surface of 1950 MPa, density 98,5 ±0,14. g/cm³. Ceramics were grinded and faceted, according to ISO standard 1832, and subjected to turning tests in a ROMI lathe brand, model GL240M, using cutting speeds of 500, 800 and 1000 m/min with different feed rates. The machining results showed low occurrence of flank wear to all cutting speeds, and better surface finishing average values of Ra = 0,4935 μm and Rt = 8,112 μm. In general, it could be seen that the tool presents important potential to machining 6005 alloy, and that the use of correct parameters can decrease and/or eliminate subsequent processes, providing important reductions in costs related to the machining processes

Precursores funcionalizantes de poros à base de alginato para obtenção de cerâmicas bioativas

A complexidade de desenvolver novas tecnologias para aplicações em reconstituição óssea se deve à necessidade de combinar várias propriedades químicas e físicas para que o material proporcione o desempenho almejado. Particularmente, em aplicações que visam osteogênese, os enxertos sintéticos devem ser bioativos, possuir porosidade com volume, geometria e interconectividade de poros controlados, além de ter boas propriedades mecânicas, dentro de limites relativamente rígidos. Por essa razão, o recobrimento de materiais bioinertes com cerâmicas bioativas se tornou o foco da presente pesquisa. O objetivo desse estudo foi desenvolver um novo método de produção de enxertos cerâmicos com macroporosidade funcionalizada, onde a formação e o revestimento dos poros são realizados em uma única etapa. Foi realizado o estudo de recobrimento com vidro bioativo e fosfato de cálcio. Para isso, agentes porogênicos na forma de grânulos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) foram sintetizados pelo método da gelificação de uma solução aquosa de alginato de sódio gotejada em solução de nitrato de cálcio (0,5 M), com incorporação de outros elementos para a formação de biovidro ou fosfato de cálcio. Esses grânulos foram conglomerados a um vidro ou alumina em pó, formando um compósito, que foi tratado termicamente para sinterização e formação de poros. No caso da matriz vítrea, a sinterização ocorreu com cristalização simultânea e concorrente. As cerâmicas resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, sendo possível observar a formação de macroporos aproximadamente esféricos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) revestidos internamente por uma camada de material com possível composição bioativa.

Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise.

Investigação da estabilidade de fases da zircônia-escândia

Nesse trabalho foi proposto investigar a estabilidade de fases do sistema zircônia-escândia (ScSZ) por meio do estudo termodinâmico de nanopartículas, na faixa de 0 a 20% em mol de Sc2O3, e a partir da introdução de um segundo aditivo (Dy2O3 e Nb2O5) ao ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 (10ScSZ). A estabilidade de fases do ScSZ foi avaliada com base em dados termodinâmicos determinados pelas técnicas de microcalorimetria de adsorção de água e calorimetria de dissolução à alta temperatura. As soluções sólidas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação de hidróxidos. Dados termodinâmicos foram determinados para as formas polimórficas encontradas (monoclínica, tetragonal, cúbica, romboédrica β e γ) por difração de raios X no ScSZ. Esse trabalho resultou no diagrama de fases em nanoescala de tamanho de partícula-composição. Os efeitos produzidos pela introdução de aditivos na matriz de 10ScSZ foram investigados visando obter a possível estabilização da estrutura cúbica (c) e a supressão da transformação de fase c-β, característica do sistema binário. As composições foram sintetizadas por coprecipitação de hidróxidos e por reações em estado sólido para fins comparativos. Os materiais foram sinterizados convencionalmente e por sinterização assistida por campo elétrico. A estabilização completa da fase cúbica ocorreu a partir de teores molares de 1% de Dy2O3 e 0,5% de Nb2O5. O menor teor de Nb2O5 necessário para a estabilização da fase foi atribuído à provável formação da fase líquida durante a sinterização e ao menor tamanho do íon Nb5+. Os resultados de difratometria de raios X em alta temperatura e análise térmica mostraram que houve supressão da transição c-β. As amostras contendo 0,5% mol de Nb2O5 apresentaram valores de condutividade iônica similares aos do 10ScSZ sem aditivos em uma ampla faixa de temperatura com elevada estabilidade em um período de 170 h a 600 °C.

Densificação e microestrutura de um compósito Mo-Cu preparado a partir de um pó de heptamolibidato de amônia e cobre

The Cu-Mo system is a composite used in the electrical industry as material for electrical contact and resistance welding electrode as well as the heat sink and microwave absorber in microelectronic devices. The use of this material in such applications is due to the excellent properties of thermal and electrical conductivity and the possibility of adjustment of its coefficient of thermal expansion to meet those of materials used as substrates in the semiconductor micoreletrônic industry. Powder metallurgy through the processes of milling, pressing shaping and sintering is a viable technique for consolidation of such material. However, the mutual insolubility of both phases and the low wettability of liquid Cu on Mo impede its densification. However, the mutual insolubility of both phases and the low wettability of liquid Cu on Mo impede its densification. The mechanical alloying is a technique for preparation of powders used to produce nanocrystalline composite powder with amorphous phase or extended solid solution, which increases the sinterability immiscible systems such as the Mo-Cu. This paper investigates the influence of ammonium heptamolybdate (HMA) and the mechanical alloying in the preparation of a composite powder HMA-20% Cu and the effect of this preparation on densification and structure of MoCu composite produced. HMA and Cu powders in the proportion of 20% by weight of Cu were prepared by the techniques of mechanical mixing and mechanical alloying in a planetary mill. These were milled for 50 hours. To observe the evolution of the characteristics of the particles, powder samples were taken after 2, 10, 15, 20, 30 and 40 hours of milling. Cylindrical samples 5 to 8 mm in diameter and 3 to 4 mm thickness were obtained by pressing at 200 MPa to the mixed powders so as to ground. These samples were sintered at 1200 ° C for 60 minutes under an atmosphere of H2. To determine the effect of heating rate on the structure of the material during the decomposition and reduction of HMA, rates of 2, 5 and 10 ° C / min were used .. The post and the structures of the sintered samples were characterized by SEM and EDS. The density of the green and sintered bodies was measured using the geometric method (weight / volume). Vickers microhardness with a load of 1 N for 15 s were performed on sintered structures. The density of the sintered structures 10 ° C / min. reached 99% of theoretical density, how the density of sintered structures to 2 ° C / min. reached only 90% of the theoretical density

Estudo de um compósito Nb-15%pCu obtidos por moagem de alta energia e sinterizados por fase líquida

There is great difficulty in forming a composite refractory metal niobium with copper. This is due to the fact that Nb-Cu system is almost mutually immiscible and may be neglected solubility between them. These properties hinder or prevent obtaining homogeneous and high-density structures, conventionally prepared. This study aims to analyze the use of high-energy milling process (MAE) to implement these natural difficulties, with regard to the densification of the sintered bodies. The MAE and the press were used in the preparation of powders, to obtain a fine and homogeneous distribution of the grain size. Four loads Nb and Cu powders containing 15% by weight of Cu were then milled for MAE in a planetary type ball mill under various milling times and speeds. The results obtained by MAE were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), according to the parameters of time and grinding speed. The samples were compacted under pressure of 200 MPa, were then sintered in liquid phase in a vacuum furnace at temperatures of 1100 ° C / 60 min and 1200 ° C / 60 min. Then it was used to characterize diffraction of X-rays to identify the phases. The microstructures of the sintered samples were observed and evaluated using scanning electron microscopy (SEM). Vickers Microhardness tests were performed, obtaining higher values for the sintered bodies in the largest of the post milling times and the larger grinding speeds. It was found that the liquid phase sintering of the samples that were processed by MAE produced at the end of a homogeneous and densified structure in 77,4% relative to the value of the theoretical density of the composite

Efeito da moagem de alta energia na densificação e microestrutura do compósito AI2O3-Cu

The Cu-Al2O3 composite ceramic combines the phase of alumina, which is extremely hard and durable, yet very brittle, to metallic copper phase high ductility and high fracture toughness. These characteristics make this material a strong candidate for use as a cutting tool. Al2O3-Cu composite powders nanocrystalline and high homogeneity can be produced by high energy milling, as well as dense and better mechanical structures can be obtained by liquid phase sintering. This work investigates the effect of high-energy milling the dispersion phase Al2O3, Cu, and the influence of the content of Cu in the formation of Cu-Al2O3 composite particles. A planetary mill Pulverisatte 7 high energy was used to perform the experiments grinding. Al2O3 powder and Cu in the proportion of 5, 10 and 15% by weight of Cu were placed in a container for grinding with balls of hard metal and ethyl alcohol. A mass ratio of balls to powder of 1:5 was used. All powders were milled to 100 hours, and powder samples were collected after 2, 10, 20, 50 and 70 hours of grinding. Composite powders with compact cylindrical shape of 8 mm diameter were pressed and sintered in uniaxial matrix resistive furnace to 1200, 1300 to 1350 °C for 60 minutes under an atmosphere of argon and hydrogen. The heating rate used was 10°C/min. The powders and structures of the sintered bodies were characterized by XRD, SEM and EDS. Analysis TG, DSC and particle size were also used to characterize the milled powders, as well as dilatometry was used to observe the contraction of the sintered bodies. The density of the green and sintered bodies was measured using the geometric method (mass / volume). Vickers microhardness with a load of 500 g for 10 s were performed on sintered structures. The Cu-Al2O3 composite with 5% copper density reached 61% of theoretical density and a hardness of 129 HV when sintered at 1300 ° C for 1h. In contrast, lower densities (59 and 51% of the theoretical density) and hardness (110 HV and 105) were achieved when the copper content increases to 10 and 15%.

Processing of highly porous titanium parts by metal injection moulding in combination with innovative plasma treatment

A combinação da Moldagem por Injeção de pós Metálicos (Metal Injection Moulding MIM) e o Método do Retentor Espacial (Space Holder Method - SHM) é uma técnica promissora para fabricação de peças porosas de titânio com porosidade bem definida como implantes biomédicos, uma vez que permite um alto grau de automatização e redução dos custos de produção em larga escala quando comparado a técnica tradicional (SHM e usinagem a verde). Contudo a aplicação desta técnica é limitada pelo fato que há o fechamento parcial da porosidade na superfície das amostras, levando ao deterioramento da fixação do implante ao osso. E além disso, até o presente momento não foi possível atingir condições de processamento estáveis quando a quantidade de retentor espacial excede 50 vol. %. Entretanto, a literatura descreve que a melhor faixa de porosidade para implantes de titânio para coluna vertebral está entre 60 - 65 vol. %. Portanto, no presente estudo, duas abordagens foram conduzidas visando a produção de amostras altamente porosas através da combinação de MIM e SHM com o valor constante de retentor espacial de 70 vol. % e uma porosidade aberta na superfície. Na primeira abordagem, a quantidade ótima de retentor espacial foi investigada, para tal foram melhorados a homogeneização do feedstock e os parâmetros de processo com o propósito de permitir a injeção do feedstock. Na segunda abordagem, tratamento por plasma foi aplicado nas amostras antes da etapa final de sinterização. Ambas rotas resultaram na melhoria da estabilidade dimensional das amostras durante a extração térmica do ligante e sinterização, permitindo a sinterização de amostras de titânio altamente porosas sem deformação da estrutura.