988 resultados para THERMAL SPRAY COATING
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Lithium niobate (LiNbO3) thin films with 1/1 stoichiometry were prepared by a spin-coating from polymeric precursor method. The films deposited on silicon (100) substrates, were thermally treated from 400° to 600°C for 3 hours in order to study the influence of thermal treatment on the crystallinity, microstructure, grain size and roughness. X-ray diffraction (XRD) results showed that LiNbO3 phase crystallizes at low temperature (400°C). It was observed by scanning electron microscopy (SEM) that it is possible to obtain dense thin films at temperatures around 500°C. The atomic force microscopy (AFM) results showed that the grain size and roughness are strongly influenced by the annealing temperature.
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The commercial pure titanium (cp-Ti) is currently being used with great success in dental implants. In this work we investigate how the cp-Ti implants can be improved by modifying the metal surface morphology, on which a synthetic material with properties similar to that of the inorganic part of the bone, is deposited to facilitate the bone/implant bonding. This synthetic material is the hydroxyapatite, HA, a calcium-phosphate ceramic. The surface modification consists in the application of a titanium oxide (TiO2) layer, using the thermal aspersion - plasma spray technique, with posterior deposition of HA, using the biomimetic method. The X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-ray (EDX) and Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT) techniques have been used for characterizing phases, microstructures and morphologies of the coatings. The TiO2 deposit shows a mixture of anatase, rutilo and TiO2-x phases, and a porous and laminar morphology, which facilitate the HA deposition. After the thermal treatment, the previously amorphous structured HA coating, shows a porous homogeneous morphology with particle size of about 2-2.5 μm, with crystallinity and composition similar to that of the biological HA.
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The osseointegration of porous titanium implants was evaluated in the present work. Implants were fabricated from ASTM grade 2 titanium by a powder metallurgy method. Part of these implants were submitted to chemical and thermal treatment in order to deposit a biomimetic coating, aiming to evaluate its influence on the osseointegration of the implants. The implants were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) and Raman Spectroscopy. Three coated and three control (uncoated) implants were surgically inserted into thirty albino rabbits' left and right tibiae, respectively. Tibiae samples were submitted to histological and histomorphometric analyses, utilizing SEM, optical microscopy and mechanical tests. EDS results indicated calcium (Ca) and phosphorous (P) at the surface and Raman spectra exhibited an intense peak, characteristic of hydroxyapatite (HA). Bone neoformation was detected at the bone-implant interface and inside the pores, including the central ones. The mean bone neoformation percentage in the coated implants was statistically higher at 15 days, compared to 30 and 45 days. The mechanical tests showed that coated implants presented higher resistance to displacement, especially after 30 and 45 days.
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ZnO thin films were prepared by the polymeric precursor method. The films were deposited on silicon substrates using the spin-coating technique, and were annealed at 330°C for 32h under pressure-assisted thermal annealing and under ambient pressure. Their structural and optical properties were characterized, and the phases formed were identified by X-ray diffraction. No secondary phase was detected. The ZnO thin films were also characterized by field-emission scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, photoluminescence and ultraviolet emission intensity measurements. The effect of pressure on these thin films modifies the active defects that cause the recombination of deep level states located inside the band gap that emit yellow-green (575nm) and orange (645nm) photoluminescence. © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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The aim of the present study was to obtain microparticles of hydrochlorothiazide, a diuretic drug that practically insoluble in water, by spray drying and to investigate the influence of process parameters using a three-level, three-factor Box-Behnken design. Process yields, moisture content, particle size, flowability, and solubility were used to evaluate the spray-dried microparticles. The data were analyzed by response surface methodology using analysis of variance. The independent variables studied were outlet temperature, atomization pressure, and drug content. The formulations were prepared using polyvinylpyrrolidone and colloidal silicon dioxide as the hydrophilic carrier and drying aid, respectively. The microparticle yield ranged from 18.15 to 59.02% and resulted in adequate flow (17 to 32 degrees), moisture content between 2.52 to 6.18%, and mean particle size from 45 to 59 mu m. The analysis of variance showed that the factors studied influenced the yields, moisture content, angle of repose, and solubility. Thermal analysis and X-ray diffractometry evidenced no drug interactions or chemical modifications. Photomicrographs obtained by scanning electron microscopy showed spherical particles. The solubility and dissolution rates of hydrochlorothiazide were remarkably improved when compared with pure drug. Therefore, the results confirmed the high potential of the spray-drying technique to obtain microparticulate hydrochlorothiazide with enhanced pharmaceutical and dissolution properties.
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Active pharmaceutical ingredients have very strict quality requirements; minor changes in the physical and chemical properties of pharmaceuticals can adversely affect the dissolution rate and therefore the bioavailability of a given drug. Accordingly, the aim of the present study was to investigate the effect of spray drying on the physical and in vitro dissolution properties of four different active pharmaceutical ingredients, namely carbamazepine, indomethacin, piroxicam, and nifedipine. Each drug was dispersed in a solution of ethanol and water (70:30) and subjected to single-step spray drying using similar operational conditions. A complete characterization of the spray-dried drugs was performed via differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffraction (XRPD), particle size distribution analysis, solubility analysis, and an in vitro dissolution study. The results from the thermal analysis and X-ray diffraction showed that, except for carbamazepine, no chemical modifications occurred as a result of spray drying. Moreover, the particle size distribution of all the spray-dried drugs significantly decreased. In addition, SEM images showed that most of the particles had an irregular shape. There was no significant improvement in the solubility of the spray-dried drugs compared with the unprocessed compounds; however, in general, the dissolution rates of the spray-dried drugs showed a remarkable improvement over their non-spray-dried counterparts. Therefore, the results from this study demonstrate that a single spray-drying step may lead to changes in the physical properties and dissolution characteristics of drugs and thus improve their therapeutic action.
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A detailed numerical simulation of ethanol turbulent spray combustion on a rounded jet flame is pre- sented in this article. The focus is to propose a robust mathematical model with relatively low complexity sub- models to reproduce the main characteristics of the cou- pling between both phases, such as the turbulence modulation, turbulent droplets dissipation, and evaporative cooling effect. A RANS turbulent model is implemented. Special features of the model include an Eulerian– Lagrangian procedure under a fully two-way coupling and a modified flame sheet model with a joint mixture fraction– enthalpy b -PDF. Reasonable agreement between measured and computed mean profiles of temperature of the gas phase and droplet size distributions is achieved. Deviations found between measured and predicted mean velocity profiles are attributed to the turbulent combustion modeling adopted
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ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2 4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4 1H2O und Na2ZnPO4(OH) 2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.
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Die Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung einer alternativen Probenzuführungstechnik für flüssige Proben in der Massenspektrometrie. Obwohl bereits einige Anstrengungen zur Verbesserung unternommen wurden, weisen konventionelle pneumatische Zerstäuber- und Sprühkammersysteme, die in der Elementspurenanalytik mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) standardmäßig verwendet werden, eine geringe Gesamteffizienz auf. Pneumatisch erzeugtes Aerosol ist durch eine breite Tropfengrößenverteilung gekennzeichnet, was den Einsatz einer Sprühkammer bedingt, um die Aerosolcharakteristik an die Betriebsbedingungen des ICPs anzupassen.. Die Erzeugung von Tropfen mit einer sehr engen Tropfengrößenverteilung oder sogar monodispersen Tropfen könnte die Effizienz des Probeneintrags verbessern. Ein Ziel dieser Arbeit ist daher, Tropfen, die mittels des thermischen Tintenstrahldruckverfahrens erzeugt werden, zum Probeneintrag in der Elementmassenspektrometrie einzusetzen. Das thermische Tintenstrahldruckverfahren konnte in der analytischen Chemie im Bereich der Oberflächenanalytik mittels TXRF oder Laserablation bisher zur gezielten, reproduzierbaren Deposition von Tropfen auf Oberflächen eingesetzt werden. Um eine kontinuierliche Tropfenerzeugung zu ermöglichen, wurde ein elektronischer Mikrokontroller entwickelt, der eine Dosiereinheit unabhängig von der Hard- und Software des Druckers steuern kann. Dabei sind alle zur Tropfenerzeugung relevanten Parameter (Frequenz, Heizpulsenergie) unabhängig voneinander einstellbar. Die Dosiereinheit, der "drop-on-demand" Aerosolgenerator (DOD), wurde auf eine Aerosoltransportkammer montiert, welche die erzeugten Tropfen in die Ionisationsquelle befördert. Im Bereich der anorganischen Spurenanalytik konnten durch die Kombination des DOD mit einem automatischen Probengeber 53 Elemente untersucht und die erzielbare Empfindlichkeiten sowie exemplarisch für 15 Elemente die Nachweisgrenzen und die Untergrundäquivalentkonzentrationen ermittelt werden. Damit die Vorteile komfortabel genutzt werden können, wurde eine Kopplung des DOD-Systems mit der miniaturisierten Fließinjektionsanalyse (FIA) sowie miniaturisierten Trenntechniken wie der µHPLC entwickelt. Die Fließinjektionsmethode wurde mit einem zertifizierten Referenzmaterial validiert, wobei für Vanadium und Cadmium die zertifizierten Werte gut reproduziert werden konnten. Transiente Signale konnten bei der Kopplung des Dosiersystems in Verbindung mit der ICP-MS an eine µHPLC abgebildet werden. Die Modifikation der Dosiereinheit zum Ankoppeln an einen kontinuierlichen Probenfluss bedarf noch einer weiteren Reduzierung des verbleibenden Totvolumens. Dazu ist die Unabhängigkeit von den bisher verwendeten, kommerziell erhältlichen Druckerpatronen anzustreben, indem die Dosiereinheit selbst gefertigt wird. Die Vielseitigkeit des Dosiersystems wurde mit der Kopplung an eine kürzlich neu entwickelte Atmosphärendruck-Ionisationsmethode, die "flowing atmospheric-pressure afterglow" Desorptions/Ionisations Ionenquelle (FAPA), aufgezeigt. Ein direkter Eintrag von flüssigen Proben in diese Quelle war bislang nicht möglich, es konnte lediglich eine Desorption von eingetrockneten Rückständen oder direkt von der Flüssigkeitsoberfläche erfolgen. Die Präzision der Analyse ist dabei durch die variable Probenposition eingeschränkt. Mit dem Einsatz des DOD-Systems können flüssige Proben nun direkt in die FAPA eingetragen, was ebenfalls das Kalibrieren bei quantitativen Analysen organischer Verbindungen ermöglicht. Neben illegalen Drogen und deren Metaboliten konnten auch frei verkäufliche Medikamente und ein Sprengstoffanalogon in entsprechend präpariertem reinem Lösungsmittel nachgewiesen werden. Ebenso gelang dies in Urinproben, die mit Drogen und Drogenmetaboliten versetzt wurden. Dabei ist hervorzuheben, dass keinerlei Probenvorbereitung notwendig war und zur Ermittlung der NWG der einzelnen Spezies keine interne oder isotopenmarkierte Standards verwendet wurden. Dennoch sind die ermittelten NWG deutlich niedriger, als die mit der bisherigen Prozedur zur Analyse flüssiger Proben erreichbaren. Um im Vergleich zu der bisher verwendeten "pin-to-plate" Geometrie der FAPA die Lösungsmittelverdampfung zu beschleunigen, wurde eine alternative Elektrodenanordnung entwickelt, bei der die Probe länger in Kontakt mit der "afterglow"-Zone steht. Diese Glimmentladungsquelle ist ringförmig und erlaubt einen Probeneintrag mittels eines zentralen Gasflusses. Wegen der ringförmigen Entladung wird der Name "halo-FAPA" (h-FAPA) für diese Entladungsgeometrie verwendet. Eine grundlegende physikalische und spektroskopische Charakterisierung zeigte, dass es sich tatsächlich um eine FAPA Desorptions/Ionisationsquelle handelt.
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This report is a PhD dissertation proposal to study the in-cylinder temperature and heat flux distributions within a gasoline turbocharged direct injection (GTDI) engine. Recent regulations requiring automotive manufacturers to increase the fuel efficiency of their vehicles has led to great technological achievements in internal combustion engines. These achievements have increased the power density of gasoline engines dramatically in the last two decades. Engine technologies such as variable valve timing (VVT), direct injection (DI), and turbocharging have significantly improved engine power-to-weight and power-to-displacement ratios. A popular trend for increasing vehicle fuel economy in recent years has been to downsize the engine and add VVT, DI, and turbocharging technologies so that a lighter more efficient engine can replace a larger, heavier one. With the added power density, thermal management of the engine becomes a more important issue. Engine components are being pushed to their temperature limits. Therefore it has become increasingly important to have a greater understanding of the parameters that affect in-cylinder temperatures and heat transfer. The proposed research will analyze the effects of engine speed, load, relative air-fuel ratio (AFR), and exhaust gas recirculation (EGR) on both in-cylinder and global temperature and heat transfer distributions. Additionally, the effect of knocking combustion and fuel spray impingement will be investigated. The proposed research will be conducted on a 3.5 L six cylinder GTDI engine. The research engine will be instrumented with a large number of sensors to measure in-cylinder temperatures and pressures, as well as, the temperature, pressure, and flow rates of energy streams into and out of the engine. One of the goals of this research is to create a model that will predict the energy distribution to the crankshaft, exhaust, and cooling system based on normalized values for engine speed, load, AFR, and EGR. The results could be used to aid in the engine design phase for turbocharger and cooling system sizing. Additionally, the data collected can be used for validation of engine simulation models, since in-cylinder temperature and heat flux data is not readily available in the literature..
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The push for improved fuel economy and reduced emissions has led to great achievements in engine performance and control. These achievements have increased the efficiency and power density of gasoline engines dramatically in the last two decades. With the added power density, thermal management of the engine has become increasingly important. Therefore it is critical to have accurate temperature and heat transfer models as well as data to validate them. With the recent adoption of the 2025 Corporate Average Fuel Economy(CAFE) standard, there has been a push to improve the thermal efficiency of internal combustion engines even further. Lean and dilute combustion regimes along with waste heat recovery systems are being explored as options for improving efficiency. In order to understand how these technologies will impact engine performance and each other, this research sought to analyze the engine from both a 1st law energy balance perspective, as well as from a 2nd law exergy analysis. This research also provided insights into the effects of various parameters on in-cylinder temperatures and heat transfer as well as provides data for validation of other models. It was found that the engine load was the dominant factor for the energy distribution, with higher loads resulting in lower coolant heat transfer and higher brake work and exhaust energy. From an exergy perspective, the exhaust system provided the best waste heat recovery potential due to its significantly higher temperatures compared to the cooling circuit. EGR and lean combustion both resulted in lower combustion chamber and exhaust temperatures; however, in most cases the increased flow rates resulted in a net increase in the energy in the exhaust. The exhaust exergy, on the other hand, was either increased or decreased depending on the location in the exhaust system and the other operating conditions. The effects of dilution from lean operation and EGR were compared using a dilution ratio, and the results showed that lean operation resulted in a larger increase in efficiency than the same amount of dilution with EGR. Finally, a method for identifying fuel spray impingement from piston surface temperature measurements was found. Note: The material contained in this section is planned for submission as part of a journal article and/or conference paper in the future.
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Liquid-fueled burners are used in a number of propulsion devices ranging from internal combustion engines to gas turbines. The structure of spray flames is quite complex and involves a wide range of time and spatial scales in both premixed and non-premixed modes (Williams 1965; Luo et al. 2011). A number of spray-combustion regimes can be observed experimentally in canonical scenarios of practical relevance such as counterflow diffusion flames (Li 1997), as sketched in figure 1, and for which different microscalemodelling strategies are needed. In this study, source terms for the conservation equations are calculated for heating, vaporizing and burning sprays in the single-droplet combustion regime. The present analysis provides extended formulation for source terms, which include non-unity Lewis numbers and variable thermal conductivities.
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An aluminum-alloyed coating was applied onto the surface of magnesium alloy AZ91D. The coating formed in aluminium powder at 420 degrees C is rich in the beta (Mg17Al12) phase. Polarisation curve, AC impedance, salt immersion and salt spray were carried out to investigate the corrosion behaviour and assess the corrosion performance of the coated magnesium alloy. It was found that a coated AZ91D specimen was much more corrosion resistant and harder than an uncoated one. The improved corrosion resistance was mainly ascribed to the high volume fraction of beta phase in the coating. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.
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The effect of postcure high energy (gamma), ultraviolet (UV) and thermal treatment on the properties of polyester-melamine clearcoats of a range of compositions has been investigated. Two initial cure conditions were used, of which one was '' optimally '' cured and the other undercured. It was found that postcure treatments, particularly gamma and UV, led to coatings of similar mechanical and thermal properties irrespective of initial cure, although the change in properties on postcure treatment was greater for the under-cured samples. The results were interpreted in terms of the effect of the treatments on the structure of the crosslinked matrices. The study suggests the possibility of the development of a dual-cure process for polyester-melamines, whereby cure optimization and property improvement can be achieved. This could also be used to '' correct '' for small variations in thermal cure levels brought about by adventitious online fluctuations in cure oven conditions.