Modifying Bulk Metallic Glasses: Composites and Configurational States

Bulk metallic glasses (BMGs) maybe be considered to share some of the same inherent trade-offs as engineering ceramics. While BMGs typically exhibit high yield strengths, and while some have surprising fracture toughness, they exhibiting little to no tensile ductility, and fail in a brittle manner under uniaxial loading. Speaking broadly, there are two complimentary approaches to improving on these shortcomings: 1) create bulk metallic glass matrix composites (BMGMCs) and 2) improve the properties of a monolithic BMG. The structure of this thesis mirrors this division, with chapters 2-7 focusing on creating and processing amorphous metal matrix composites, and chapter 8 focusing on modifying the properties of a monolithic BGM by altering its configurational state through irradiation.

Resistência à flexão e microestrutura de vidro-cerâmicas feldspáticas processadas por injeção em moldes à alta temperatura

Enquanto os métodos tradicionais de processamento de restaurações cerâmicas tornaram-se notórios por sua complexidade, as técnicas mais modernas vêm privilegiando a simplicidade de execução e a automação. Dentre estas, destaca-se a injeção em moldes, que recentemente, foi associada a métodos CAD-CAM. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade de utilização de um vidro feldspático de baixa expansão térmica, Alpha (Vita Zahnfabrik), para injeção, porém, faltam informações quanto às propriedades mecânicas e a microestrutura deste material quando submetido à injeção. Os objetivos deste estudo são: produzir pastilhas vidrocerâmicas para injeção a quente a partir de Alpha e da mistura deste vidro com partículas de alumina e zircônia; avaliar a resistência à flexão dos materiais processados, e compará-la a um material compatível existente no mercado (PM9 - Vita Zahnfabrik); estudar a estrutura microscópica dos materiais e correlacioná-la com suas propriedades mecânicas; identificar por meio de difração de raios X a formação de fases cristalinas durante as diferentes etapas de processamento. A injeção aumentou a resistência do vidro Alpha devido à redução na quantidade e tamanho dos defeitos internos, principalmente porosidades. Apesar de ter sido observada nucleação de cristais nos dois materiais, durante o processamento, não foi possível determinar de que forma este fenômeno afetou as propriedades mecânicas dos materiais. Não foi detectada alteração no padrão de distribuição das fases cristalinas observadas em microscópio eletrônico de varredura antes e depois da injeção. Não foi verificada diferença estatística significante entre a resistência à flexão de Alpha injetado e PM9. A adição de partículas de alumina e zirconia ao vidro Alpha provocou redução da resistência, devido à formação de aglomerados durante a confecção das pastilhas e a incapacidade da injeção em dispersá-los. Tais aglomerados funcionaram como concentradores de tensões, enfraquecendo o material.

Distribuição de tensões em próteses parciais fixas posteriores livres de metal com retentores intracoronários: análise em elementos finitos

Para reabilitar a ausência de um elemento dentário posterior, as próteses parciais fixas (PPF) com retentores intracoronários são uma alternativa aos implantes osseointegrados. O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões nessas próteses com três combinações de materiais: cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada por ítria (ZPEI) revestida por cerâmica de fluorapatita (α), cerâmica de dissilicato de lítio (β) ou compósito fibrorreforçado (γ). Na composição α, foram analisadas a presença ou ausência da cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais e três variações na área total da seção transversal dos conectores (4 mm de largura x 3,2, 4,2 ou 5,2 mm de altura). Em 8 modelos bidimensionais de elementos finitos, uma carga vertical de 500 N foi aplicada na fossa central do pôntico e as tensões principais máximas (tração) e mínimas (compressão) foram apontadas em MPa. Inicialmente foram avaliados os 6 modelos com PPF de ZPEI e suas variações. Os maiores valores das tensões de tração foram encontrados no terço cervical dos conectores. Quando presente nestas regiões, a cerâmica de revestimento recebeu tensões acima do limite de sua resistência à flexão. Na comparação entre os modelos sem cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais, mesmo aquele com conectores de 3,2 x 4 mm, cuja infraestrutura apresentava 2,5 x 3 mm, poderia ser recomendado para uso clínico. Altos valores de tensões de compressão foram registrados entre o terço oclusal e médio dos conectores, correspondente à união entre as cerâmicas, o que poderia ocasionar, devido à flexão, falhas adesivas. Posteriormente, o modelo de ZPEI com a cerâmica de fluorapatita ausente da parede cervical das caixas proximais e área total dos conectores de 4,2 x 4 mm foi comparado aos dois outros materiais com conectores de mesma área. Na PPF de dissilicato de lítio, os valores representaram uma provável violação do limite de sua resistência à flexão. A PPF de compósito fibrorreforçado apresentou tensões bem abaixo do limite de resistência à flexão de sua infraestrutura, mas, como no modelo de ZPEI, tensões compressivas se concentraram com alto valor entre o terço oclusal e médio dos conectores, local de união entre a resina composta e a infraestrutura de fibras. Os resultados mostraram que a cerâmica de dissilicato de lítio e a presença da cerâmica de fluorapatita na parede cervical das caixas proximais deveriam ser contraindicadas para a condição proposta. Parece viável uma área de conectores na infraestrutura de ZPEI com no mínimo 2,5 x 3 mm. A PPF de compósito fibrorreforçado apresenta resistência estrutural para a situação estudada, mas, como também aquelas compostas de ZPEI, aparenta ter como pontos fracos a adesão entre a infraestrutura e o material de cobertura e a própria resistência deste último.

A influência do corte com diferentes discos e velocidades na integridade dos espécimes e na resistência adesiva de uma cerâmica a um cimento resinoso dual em ensaio de microtração

Esta pesquisa estudou a influência de diferentes velocidades de corte e marcas de discos diamantados nos valores de resistência adesiva, durante a preparação dos espécimes a serem submetidos à microtração, e na integridade das amostras por meio do microscópio eletrônico de varredura (MEV). Vinte blocos da cerâmica à base de dissilicato de lítio (IPS e.max Press) foram unidos com cimento resinoso (Rely X ARC) a blocos de compósito (Z100), construídos incrementalmente. Foram seguidas as recomendações dos fabricantes no tratamento da superfície da cerâmica e aplicação do cimento resinoso. Após 24 horas em água destilada a 37C, os espécimes foram divididos em dois grupos de discos: marcas Buehler e Extec e subdivididos nas velocidades de 200rpm e 400rpm (B2; E2; B4 e E4, respectivamente). Cada espécime foi cortado em dois eixos perpendiculares para obtenção de palitos com área adesiva de 1,0mm. Para cada condição experimental, os palitos foram separados, aleatoriamente, 15 palitos para análise ao MEV e 30 palitos para serem submetidos à força de tração. As médias de resistência adesiva em MPa foram E4=20,312 ; B4= 24,2 11,3 ; B2= 25,2 9,0 e E2= 28,6 10,4. Na análise estatística, observou-se que os valores de resistência adesiva na velocidade de 200rpm foram significativamente maiores comparados a velocidade de 400rpm, independente do disco empregado. Ao MEV, observou-se melhor integridade dos palitos na velocidade de 200rpm com presença de trincas menos extensas nas bordas externas. Constatou-se também que o disco Extec na velocidade de 400rpm apresentou movimentos excêntricos ao corte e obteve-se maior número de perdas prematuras, uma diminuição significante na média da área total de união (p<0,05), além de diferença significativa nos valores de resistência comparada a velocidade de 200rpm. Concluiu-se que a utilização de diferentes velocidades e sua interação com o disco empregado interfere na integridade dos espécimes e nos valores de resistência adesiva, sendo mais acentuada ao se utilizar o disco da marca Extec.

Influência do acabamento e polimento na resistência à flexão de uma cerâmica odontológica

Avaliou-se a influência de dois sistemas de acabamento e polimento na resistência à flexão de uma cerâmica feldspática EX-3 (Noritake). Para isto, confeccionou-se blocos cerâmicos com medidas em conformidade com a ISO 6872/1995. Em seguida obteve-se o glaze natural. A padronização da rugosidade superficial foi conferida com auxílio de um rugosímetro, e os blocos foram então divididos em cinco grupos. O Grupo I (controle) foi testado com glaze. Para os testes realizados nos demais grupos, os blocos receberam um tratamento de asperização por meio de uma ponta diamantada 4137 (KG Sorensen). Em seguida foram polidos com diferentes protocolos. No grupo II, o sistema de polimento dura white (Shofu). No grupo III, o sistema de polimento dura white (shofu) associado a uma pasta diamantada aplicada com disco de feltro. No grupo IV o sistema de polimento Exa Cerapol (Edenta) e no grupo V, este mesmo sistema mais pasta diamantada aplicada com disco de feltro. Após os procedimentos de acabamento e polimento, foi avaliada a rugosidade conseguida (Ra), para se avaliar a eficácia dos métodos testados. A análise estatística por ANOVA (p ≤ 0,05) mostrou não haver diferença estatisticamente significante entre os grupos (G2=3,820,58; G3=3,550,61; G4=4,050,40; G5=3,950.47) . Feito isto, os corpos-de-prova foram submetidos a um ensaio mecânico de resistência à flexão em três pontos, e também neste caso, os resultados depois de tratados estatisticamente não demonstraram diferenças estatísticas entre os grupos glazeados e os grupos que receberam tratamento (G1=132,126,9 MPa; G2=123,317,4 MPa; G3=114,519,3 MPa; G4=104,211,9 MPa e G5=104,719,1 MPa) . Após a realização destas avaliações, tornou-se possível concluir que o uso dos sistemas de acabamento e polimento testados neste trabalho permite obter superfícies com rugosidade similar a obtida com o glaze natural e não interferem na resistência à flexão da cerâmica utilizada.

Structural change of laser-irradiated Ge2Sb2Te5 films studied by electrical property measurement

Sheet resistance of laser-irradiated Ge2Sb2Te5 thin films prepared by magnetron sputtering was measured by the four-point probe method. With increasing laser power the sheet resistance undergoes an abrupt drop from 10(7) to 10(3) Omega/square at about 580 mW. The abrupt drop in resistance is due to the structural change from amorphous to crystalline state as revealed by X-ray diffraction (XRD) study of the samples around the abrupt change point. Crystallized dots were also formed in the amorphous Ge2Sb2Te5 films by focused short pulse laser-irradiated, the resistivities at the crystallized dots and the non-crystallized area are 3.375 x 10(-3) and 2.725 Omega m, sheet resistance is 3.37 x 10(4) and 2.725 x 10(7) Omega/square respectively, deduced from the I-V Curves that is obtained by conductive atomic force microscope (C-AFM). (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Yb:YAG/YAG复合陶瓷薄片连续和调Q输出特性

采用面泵浦的CAMIL结构，我们研究了970 nm泵浦的Yb:YAG/YAG复合陶瓷薄片激光器，获得了连续和调Q的激光输出。在连续运转情况下，获得了最高1.05 W的激光输出，中心波长为1031 nm，后腔输出镜透射率为2％。我们同时获得了声光调Q的脉冲输出，重复频率从1 kHz到30 kHz，脉宽分别从166 ns到700 ns。

Cr^4＋：YAG被动调QNd：YAG陶瓷激光器的研究

介绍了近几年迅速发展的一种新型激光介质——透明Nd：YAG多晶陶瓷的发展状况，对比分析了多晶陶瓷与单晶的光谱特性、激光特性和连续实验研究情况。并对钛宝石激光器调谐至808nm，端面抽运Nd：YAG陶瓷被动调Q全固态激光器的脉冲运转进行了较为详细的理论分析和实验研究。采用初始透射率为90％的Cr^4＋：YAG可饱和吸收晶体，被动调Q的阈值功率为119mW，当端面抽运功率为465mW时，获得波长为1064nm，脉宽为16ns，重复频率为18．18kHz，单脉冲能量为3．4μJ，平均输出功率为61mW的稳定调Q

Nd：Y3Sc（1．5）Al（3．5）O（12）透明陶瓷的光谱性能以及激光输出

采用燃烧法制备了Nd：YSAG粉体,经过成型、素烧,最终在氢气气氛中烧结制备了Nd：YSAG透明陶瓷.测试结果表明,Nd：YSAG透明陶瓷具有荧光谱线较宽,荧光寿命较长的特点.激光实验得到的激光输出,斜率效率为23.6%,输出功率为0.36W,输出激光的谱线分布较宽.

Nd : YAG ceramic laser obtained high slope-efficiency of 62% in high power applications

By using quite uniformly nine-stacks side-around arranged compact pumping system, a high power Nd:YAG ceramic quasi-CW laser with high slope efficiency of 62% has been demonstrated. With 450 W quasi-CW stacked laser diode bars pumping at 808 nm, performance of the Nd: YAG ceramic laser with different output coupling mirrors has been investigated. Optimum output power of 236 W at 1064 nm was obtained and corresponding optical-to-optical conversion efficiency was as high as 52.5%. The laser system operated quite stably and no saturation phenomena have been observed, which means higher output laser power could be obtained if injecting higher pumping power. The still-evolving Nd: YAG ceramics are potential super excellent media for high power practical laser applications. (c) 2005 Optical Society of America.

Kilohertz electro-optic Q-switched Nd : YAG ceramic laser

We investigate the lasing characteristics of a laser-diode-array side-pumped electro-optic Q-switched Nd:Y3Al5O12 ceramic laser operating at 1000 Hz pulse repetition rate. Using a YAG poltcrystalline rod with Nd3+ concentration at 1 at.% as the gain medium, pumping with 808 nm laser-diode-arrays, the Q-switched laser output at 1064 nm wavelength with 23 mJ pulse energy and less than 12 ns FWHM pulse width are obtained at a pumping power of about 400 W, the slope efficiency is around 15%, the output beam divergence angle is about 1.2 mrad.

Theoretical study on longitudinally pumped Yb3+:Y2O3 lasers

To optimize the performance of longitudinally pumped Yb^(3+):Y2O3 ceramic lasers, cavity parameters such as material length and output coupler transmission at a certain laser output power are calculated numerically using quasi-three-level laser model. The results show great potential of Yb^(3+):Y2O3 ceramics for highly efficient diode-pumped solid-state lasers.

5.5W CWYb3+ : Y2O3 ceramic laser pumped with 970 nm laser diode

CW laser output has been demonstrated for polycrystalline transparent 10 at.% Yb3+-doped Y2O3 ceramics. End-pumped with 970 nm laser diode, a maximum output power of 5.5 W has been obtained with absorbed pump power of 31.1 W. The slope efficiency is 25% while the threshold pump power is 5.6 W. Saturation is not observed in our experiments, indicating higher laser output can be expected with higher pump power. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Highly efficient Nd:YAG ceramic CW laser with 59.8% slope-efficiency

In this paper, a highly efficient Ti:sapphire end-pumped 1 at.-% Nd:YAG ceramic laser that is comparable in efficiency with Nd:YAG single crystal lasers has been developed. Optical absorption and emission spectra for Nd:YAG ceramics have been measured. With 673-mW pumping, 295-mW laser output at 1064 nm has been obtained. The laser threshold is only 13 mW. Deducted the transmitted light, the corresponding optical-to-optical conversion efficiency is 58.4%. The lasing characteristics of Nd:YAG ceramic are nearly equal to those of Nd:YAG single crystal.