Síntese e caracterização da cerâmica 'Ti IND. x''('Sm IND. 0,2''Ce IND. 0,8') IND. (1-x)''O IND. (2-Б) para aplicação como anodo em células a combustível de óxido sólido

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Application of bauxite waste from amazon region in the heavy clay industry

In this work, a method was developed for the application of red mud, an alkaline leaching waste, from a bauxite processing plant located in northern Brazil (Amazon region) as starting material for heavy clay products. Samples were prepared by pressing blends of red mud and clay, which were then fired at temperatures from 900 ºC to 1190 ºC. Characterization was carried out by chemical analysis, differential thermal analysis (DTA) and X-ray diffraction (XRD), and the following ceramic properties were evaluated: water absorption, linear shrinkage and flexural strength. In order to evaluate the Na⁺ stability in the dense ceramic, leaching tests were also carried out on the specimens after sintering process. Results indicated that samples with 50 and 70 wt% of red mud are proper for being used in the production of ceramic bodies, due to its excellent properties, mainly high mechanical resistance and low water absorption, showing thus, an option to minimizing the environmental impacts caused by the aluminum industry.

Concretes with red mud coarse aggregates

Red mud (RM) is a mineral waste, residue of the Bayer process used to obtain alumina from bauxite. While the exploration of rolled pebble damages the environment and is much more controlled by the government, the huge RM disposal areas do not stop increasing and polluting soil, rivers and groundwater sources in Amazon. In this work, the material mixtures used to produce coarse aggregates presented up to 80% of RM, 30% of metakaolin and 30% of active silica as recycled waste. Several tests were carried out to determine the aggregates physical properties and to evaluate the mechanical performance of the concretes with the new aggregates, including hydraulic abrasion strength, and the results were compared to the reference ones, i.e. rolled pebble concretes. Additionally, the sintering process neutralizes any toxic substance as occur in some RM products like tiles and bricks, and these results have encouraged an industrial or semi-industrial production of RM aggregates for concretes.

Síntese de cerâmicas ferroelétricas de PLZT–análise composicional e mecanismos de vacâncias

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Mechanochemical synthesis of CaTiO3 from CaCO3 - TiO2 mixture

The synthesis of calcium titanate, CaTiO3, was performed by mechanical activation and thermal treatment. Milling for up to 360 minutes in a planetary ball mill mechanically activated an equimolar mixture of CaCO 3 and TiO2 powders. A small amount of mechanically activated mixtures was pressed into briquettes and calcined at 850°C for two hours. The effect of mechanical activation on the solid-state reaction was studied using X-ray powder diffraction and differential thermal analysis. The change of morphology and size of powder particles due to milling, were determined by SEM, while BET analysis was used to determine the specific surface area of the powder. The sintering process was followed by a dilatometer during thermal treatment up to 1300°C. The main conclusion of the analysis of conducted investigations is that CaTiO3 ceramics can be obtained from an activated mixture at a much lower temperature than reported in the literature owing to acceleration of the chemical reaction and sintering.

Operational and environmental assessment on the use of charcoal in iron ore sinter production

A study was carried out into the use of charcoal as a supplementary fuel in the iron-ore sintering process. The primary fuel was coke breeze and anthracite with 0, 10, 25, 50 and 100% replacement of the energy input with charcoal to produce sinter. This was achieved by considering the carbon content of each fuel and its corresponding participation on fuel blending, in order to have the same carbon input in each test run. An extensive analysis of the environmental impact was carried out regarding the atmospheric pollutants characterization (dust, sulphur dioxide, nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, total hydrocarbons, and dioxins and furans). Experimental results indicate that fuel blending where 50% of the heat input was provided by charcoal may be comparable with those using 100% coke, under normal sintering conditions, and may result in a 50% reduction on greenhouse gas emission. It was also observed that while dust, methane and hydrocarbons emissions increased, the total dioxins and furans, expressed as polychlorinated dibenzodioxins/furans, decreased approximately 50% when compared with operation with 100% coke.

Protocolo para sinterização de zircônia odontológica por energia de micro-ondas

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)

Wet chemistry synthesis towards nanostructures of thermoelectric antimonides

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von nanostrukturierten Antimoniden, wobei die folgenden beiden Themen bearbeitet wurden: rnAus chemischer Sicht wurden neue Synthesewege entwickelt, um Nanopartikel der Verbindungen in den binären Systemen Zn-Sb und Fe-Sb herzustellen (Zn4Sb3, ZnSb, FeSb2, Fe1+xSb). Anders als in konventionellen Festkörperreaktionen, die auf die Synthese von Bulk-Materialien oder Einkristallen zielen, muss die Synthese von Nanopartikeln Agglomerate und Ostwald-Wachstum vermeiden. Daher benötigen annehmbare Reaktionszeiten und vergleichsweise tiefe Reaktionstemperaturen kurze Diffusionswege und tiefe Aktivierungsbarrieren. Demzufolge bedient sich die Synthese der Reaktion von Antimon-Nanopartikeln und geeigneten molekularen oder nanopartikulären Edukten der entsprechenden Übergangsmetalle. Zusätzlich wurden anisotrope ZnSb Strukturen synthetisiert, indem eine Templat-Synthese mit Hilfe von anodisierten Aluminiumoxid- oder Polycarbonat-Membranen angewandt wurde. rnDie erhaltenen Produkte wurden hauptsächlich durch Röntgen-Diffraktion und Elektronenmikroskopie untersucht. Die Auswertung der Pulver Röntgendiffraktions-Daten stellte eine Herausforderung dar, da die Nanostrukturierung und die Anwesenheit von mehreren Phasen zu verbreiterten und überlagernden Reflexen führen. Zusätzliche Fe-Mößbauer Messungen wurden im Falle der Fe-Sb Produkte vorgenommen, um detailliertere Informationen über die genaue Zusammensetzung zu erhalten. Die erstmals hergestellte Phase Zn1+xSb wurde einer detaillierten Kristallstrukturanalyse unterzogen, die mit Hilfe einer neuen Diffraktionsmethode, der automatisierten Elektronen Diffraktions Tomographie, durchgeführt wurde.rnrnAus physikalischer Sicht sind Zn4Sb3, ZnSb und FeSb2 interessante thermoelektrische Materialien, die aufgrund ihrer Fähigkeit thermische in elektrische Energie umzuwandeln, großes Interesse geweckt haben. Nanostrukturierte thermoelektrische Materialien zeigen dabei eine höhere Umwandlungseffizienz zu erhöhen, da deren thermische Leitfähigkeit herabgesetzt ist. Da thermoelektrische Bauteile aus dichten Bulk-Materialien gefertigt werden, spielte die Verfestigung der synthetisierten nanopartikulären Pulver eine große Rolle. Die als „Spark Plasma Sintering“ bezeichnete Methode wurde eingesetzt, um die Proben zu pressen. Dies ermöglicht schnelles Heizen und Abkühlen der Probe und kann so das bei klassischen Heißpress-Methoden unvermeidliche Kristallitwachstum verringern. Die optimalen Bedingungen für das Spark Plasma Sintern zu finden, ist Inhalt von bestehender und weiterführender Forschung. rnEin Problem stellt die Stabilität der Proben während des Sinterns dar. Trotz des schnellen Pressens wurde eine teilweise Zersetzung im Falle des Zn1+xSb beobachtet, wie mit Hilfe von Synchrotrondiffraktionsuntersuchungen aufgedeckt wurde. Morphologie und Dichte der verschiedenen verfestigten Materialien wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und Lasermikroskopie bestimmt. Die Gitterdynamik wurde mit Hilfe von Wärmekapazitätsmessungen- und inelastischer Kern-Streuung untersucht. Die Wärmeleitfähigkeit der nanostrukturierten Materialien ist im Vergleich zu den Festkörpern ist drastisch reduziert - im Falle des FeSb2 um mehr als zwei Größenordnungen. Abhängig von der Zusammensetzung und mechanischen Härte wurden für einen Teil der verfestigten Nanomaterialien die thermoelektrische Eigenschaften, wie Seebeck Koeffizient, elektrische und Wärmeleitfähigkeit, gemessen.rn

Aluminum - Bronze Compacts and their Possible Use as a Bearing Material

In the modern aspect of powder metallurgy, the first use of a sintering process was in making filaments for incandescent electric lamps.In the short while from the day of Edison to the pres­ent, the science of working with metal powders has advanced by leaps and bounds.

Lithographiebasierte Fertigung keramischer Bauteile

Im Rahmen des EU-Projektes PHOCAM entwickelt das beteiligte Konsortium Anlagen und Materialien für die generative Fertigung keramischer Bauteile auf Basis der Photopolymerisation. Das Kernelement der verwendeten Fertigungsanlagen, der DLP Projektor, erzeugt mittels leistungsstarker LEDs und einem 1080p DMD (Digital Micromirror Device) Bilder mit 1920x1080 Bildpunkten und der Pixelgröße von 40µm, woraus sich die Baufeldgröße von 76,8x43,2mm ergibt. Ein hochviskoser Schlicker, bestehen aus einem gefülltem fotosensitiven Harzsystem, wird von unten durch die gläserne Materialwanne belichtet, wodurch der Schlicker lokal aushärtet (polymerisiert). Auf diese Weise entsteht der Grünling, der in schichtbauweise (Standardschichtdicke von 25-50µm) aufgebaut ist. Im nachfolgenden Sinterprozess werden die Grünlinge zu den fertigen Keramikteilen gebrannt. Als keramisches Basismaterial für den Schlicker wurde vorwiegend Aluminiumoxid in Pulverform verwendet. Mit dem entwickelten System konnten bislang Schlicker mit einem Füllgrad (Keramikanteil) bis zu 50Vol% erfolgreich verarbeitet und zu Keramikteilen mit einer theoretischen Dichte von 99,6% gesintert werden.

Ansätze zur Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren durch die Einführung eines Kennzahlensystems

Generative Fertigungsverfahren haben sich in den letzten Jahren als effektive Werkzeuge für die schnelle Entwicklung von Produkten nahezu beliebiger Komplexität entwickelt. Gleichzeitig wird gefordert, die Reproduzierbarkeit der Bauteile und auch seriennahe bzw. seriengleiche Eigenschaften zu gewährleisten. Die Vielfalt und der Umfang der Anwendungen sowie die große Anzahl verschiedener generativer Fertigungsverfahren verlangen adäquate Qualitätsüberwachungs- und Qualitätskontrollsysteme. Ein Lösungsansatz für die Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren besteht in der Einführung eines Kennzahlensystems. Hierzu müssen zunächst Anforderungsprofile und Qualitätsmerkmale für generativ hergestellte Bauteile definiert werden, welche durch Prüfkörpergeometrien abgebildet und mit Hilfe von Einzelkennzahlen klassifiziert werden. In Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde die Qualitätsbewertung anhand von Prüfkörpergeometrien am Beispiel des Laser-Sinterprozesses qualifiziert. Durch Beeinflussung der Prozessparameter, d.h. der gezielten Einbringung von Störgrößen, welche einzeln oder in Kombination zu unzulässigen Qualitätsschwankungen führen können, ist es möglich, die Qualität des Produktes zu beurteilen. Die Definition von Einzelkennzahlen, die eine Steuerung und Kontrolle sowie eine Vorhersage potentieller Fehler ermöglicht, bietet hierbei essentielle Möglichkeiten zur Qualitätsbewertung. Eine Zusammenführung zu einem gesamtheitlichen Kennzahlensystem soll zum einen den Prozess auf Grundlage der definierten Anforderungsprofile bewerten und zum anderen einen direkten Zusammenhang der ausgewählten Störgrößen und Prozessgrößen herleiten, um vorab eine Aussage über die Bauteilqualität treffen zu können.

Microstructure, magnetic and mechanical properties of Ni-Zn ferrites prepared by Powder Injection Moulding

Nowadays, the electronic industry demands small and complex parts as a consequence of the miniaturization of electronic devices. Powder injection moulding (PIM) is an emerging technique for the manufacturing of magnetic ceramics. In this paper, we analyze the sintering process, between 900 °C and 1300 °C, of Ni–Zn ferrites prepared by PIM. In particular, the densification behaviour, microstructure and mechanical properties of samples with toroidal and bar geometry were analyzed at different temperatures. Additionally, the magnetic behaviour (complex permeability and magnetic losses factor) of these compacts was compared with that of samples prepared by conventional powder compaction. Finally, the mechanical behaviour (elastic modulus, flexure strength and fracture toughness) was analyzed as a function of the powder loading of feedstock. The final microstructure of prepared samples was correlated with the macroscopic behaviour. A good agreement was established between the densities and population of defects found in the materials depending on the sintering conditions. In general, the final mechanical and magnetic properties of PIM samples were enhanced relative those obtained by uniaxial compaction.

Estudo do comportamento da sinterização de compactos de cavacos de um aço SAE 1050 obtidos sob alta pressão

From an economic standpoint, the powder metallurgy (P/M) is a technique widely used for the production of small parts. It is possible, through the P/M and prior comminution of solid waste such as ferrous chips, produce highly dense sintered parts and of interest to the automotive, electronics and aerospace industries. However, without prior comminution the chip, the production of bodies with a density equal to theoretical density by conventional sintering techniques require the use of additives or significantly higher temperatures than 1250ºC. An alternative route to the production of sintered bodies with high density compaction from ferrous chips (≤ 850 microns) and solid phase sintering is a compression technique under high pressure (HP). In this work, different compaction pressures to produce a sintered chip of SAE 1050 carbon steel were used. Specifically, the objective was to investigate them, the effect of high pressure compression in the behavior of densification of the sintered samples. Therefore, samples of the chips from the SAE 1050 carbon steel were uniaxially cold compacted at 500 and 2000 MPa, respectively. The green compacts obtained were sintered under carbon atmosphere at 1100 and 1200°C for 90 minutes. The heating rate used was 20°C/min. The starting materials and the sintered bodies were characterized by optical microscopy, SEM, XRD, density measurements (geometric: mass/volume, and pycnometry) and microhardness measurements Vickers and Rockwell hardness. The results showed that the compact produced under 2000 MPa presented relative density values between 93% and 100% of theoretical density and microhardness between 150 HV and 180 HV, respectively. In contrast, compressed under 500 MPa showed a very heterogeneous microstructure, density value below 80% of theoretical density and structural conditions of inadequate specimens for carrying out the hardness and microhardness measurements. The results indicate that use of the high pressure of ferrous chips compression is a promising route to improve the sinterability conditions of this type of material, because in addition to promoting greater compression of the starting material, the external tension acts together with surface tension, functioning as the motive power for sintering process. Additionally, extremely high pressures allow plastic deformation of the material, providing an intimate and extended contact of the particles and eliminating cracks and pores. This tends to reduce the time and / or temperature required for good sintering, avoiding excessive grain growth without the use of additives. Moreover, higher pressures lead to fracture the grains in fragile or ductile materials highly hardened, which provides a starting powder for sintering, thinner, without the risk of contamination present when previous methods are used comminution of the powder.

Estudo da sinterização de eletrólito sólido de céria dopada com gadolínia

Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy in electrical energy by a reaction directly. The solid oxide fuel cell (SOFC) works in temperature between 900ºC up to 1000ºC, Nowadays the most material for ceramic electrolytes is yttria stabilized zirconium. However, the high operation temperature can produce problems as instability and incompatibility of materials, thermal degradation and high cost of the surround materials. These problems can be reduced with the development of intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) that works at temperature range of 600ºC to 800ºC. Ceria doped gadolinium is one of the most promising materials for electrolytes IT-SOFC due high ionic conductivity and good compatibility with electrodes. The inhibition of grain growth has been investigated during the sintering to improve properties of electrolytes. Two-step sintering (TSS) is an interesting technical to inhibit this grain growth and consist at submit the sample at two stages of temperature. The first one stage aims to achieve the critical density in the initiating the sintering process, then the sample is submitted at the second stage where the temperature sufficient to continue the sintering without accelerate grain growth until to reach total densification. The goal of this work is to produce electrolytes of ceria doped gadolinium by two-step sintering. In this context were produced samples from micrometric and nanometric powders by two routes of two-step sintering. The samples were obtained with elevate relative density, higher than 90% using low energy that some works at the same area. The average grain size are at the range 0,37 μm up to 0,51 μm. The overall ionic conductivity is 1,8x10-2 S.cm and the activation energy is 0,76 eV. Results shown that is possible to obtain ceria-doped gadolinium samples by two-step sintering technique using modified routes with characteristics and properties necessary to apply as electrolytes of solid oxide fuel cell