Multilayered micro/nanocrystalline CVD diamond coatings for biotribology

In the present work multilayered micro/nanocrystalline (MCD/NCD) diamond coatings were developed by Hot Filament Chemical Vapour Deposition (HFCVD). The aim was to minimize the surface roughness with a top NCD layer, to maximize adhesion onto the Si3N4 ceramic substrates with a starting MCD coating and to improve the mechanical resistance by the presence of MCD/NCD interfaces in these composite coatings. This set of features assures high wear resistance and low friction coefficients which, combined to diamond biocompatibility, set this material as ideal for biotribological applications. The deposition parameters of MCD were optimized using the Taguchi method, and two varieties of NCD were used: NCD-1, grown in a methane rich gas phase, and NCD-2 where a third gas, Argon, was added to the gas mixture. The best combination of surface pre-treatments in the Si3N4 substrates is obtained by polishing the substrates with a 15 μm diamond slurry, further dry etching with CF4 plasma for 10 minutes and final ultrasonic seeding in a diamond powder suspension in ethanol for 1 hour. The interfaces of the multilayered CVD diamond films were characterized with high detail using HRTEM, STEM-EDX and EELS. The results show that at the transition from MCD to NCD a thin precursor graphitic film is formed. On the contrary, the transition of the NCD to MCD grade is free of carbon structures other than diamond, as a result of the richer atomic hydrogen content and of the higher substrate temperature for MCD deposition. At those transitions, WC nanoparticles were found due to contamination from the filament, being also present at the first interface of the MCD layer with the silicon nitride substrate. In order to study the adhesion and mechanical resistance of the diamond coatings, indentation and particle jet blasting tests were conducted, as well as tribological experiments with homologous pairs. Indentation tests proved the superior behaviour of the multilayered coatings that attained a load of 800 N without delamination, when compared to the mono and bilayered ones. The multilayered diamond coatings also reveal the best solid particle erosion resistance, due to the MCD/NCD interfaces that act as crack deflectors. These results were confirmed by an analytical model on the stress field distribution based on the von Mises criterion. Regarding the tribological testing under dry sliding, multilayered coatings also exhibit the highest critical load values (200N for Multilayers with NCD-2). Low friction coefficient values in the range μ=0.02- 0.09 and wear coefficient values in the order of ~10-7 mm3 N-1 m-1 were obtained for the ball and flat specimens indicating a mild wear regime. Under lubrication with physiological fluids (HBSS e FBS), lower wear coefficient values ~10-9-10-8 mm3 N-1 m-1) were achieved, governed by the initial surface roughness and the effective contact pressure.

Evaluation of enamel surface after bracket debonding and polishing

INTRODUÇÃO: a preservação da estrutura de esmalte após a remoção dos acessórios ortodônticos é obrigação do clínico. Portanto, procura-se um protocolo de descolagem com bases científicas. OBJETIVO: objetivou-se avaliar por microscopia eletrônica de varredura (MEV) a influência de quatro protocolos de remoção de braquetes e polimento da superfície do esmalte e propor um protocolo que minimize os danosà superfície do esmalte. MÉTODOS: doze incisivos permanentes bovinos foram divididos em quatro grupos de acordo com os instrumentos utilizados para a descolagem dos braquetes e remoção do remanescente adesivo. Os braquetes foram descolados com o alicate de descolagem reto (Ormco Corp.) nos grupos 1 e 2, e com o instrumento de descolagem Lift-Off (3M Unitek) nos grupos 3 e 4. Os remanescentes adesivos dos grupos 1 e 3 foram removidos com o alicate removedor de resina longo (Ormco Corp.) e dos grupos 2 e 4 com broca de carboneto de tungstênio (Beavers Dental) em alta-rotação. As superfícies, após cada etapa da descolagem e polimento, foram avaliadas em réplicas de resina epóxica e foram obtidas eletromicrografias com aumento de 50 e 200X. RESULTADOS: os quatro protocolos de remoção de acessórios ortodônticos e polimento ocasionaram irregularidades no esmalte. Conclusão: a remoção do braquete com o alicate de descolagem reto, seguido da remoção do remanescente adesivo com broca de carboneto de tungstênio e polimento final com pasta de pedra-pomes foi o procedimento que ocasionou menores danos ao esmalte, sendo o protocolo sugerido para a remoção dos acessórios ortodônticos.

Avaliação da deformação, perda de massa e rugosidade das fresas, após osteotomia para implantes osseointegrados, com diferentes tipos de metais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da superfície do esmalte dentário por microscopia eletrônica de varredura após a remoção do bráquete e polimento

Pós-graduação em Odontologia - FOA

Recuperação de componentes de metal duro por projeção térmica

The main objective of this work is the development of a hardmetal components (WC-6%Co) recovery method by thermal deposition process. The thermal deposition technique used was HVOF (high velocity oxygen-fuel). The HVOF enables depositions of thick coatings (100-500 µm) with low porosity levels, high hardness and excellent adhesion. Before deposition, hardmetal samples with different geometries (plates and cylinders) were finished in order to have different roughness. The influence of these parameters in adhesion was studied. After this step, different re-sintering temperatures were used, in order to determine which one allows to obtain the maxima densification, elements distribution and metallurgical bonding. The re-sintering promotes the densification of the coating, with an increase of its hardness and metallurgical bonding formation. The inclusion of an intermetallic layer was tested along with different layer parameters. In liquid phase sintering (1383 and 1455 ºC) a complete densification of the coating occurred, while a bonding between the substrate and the coating only partially happened. The results of SEM/EDS show low levels of porosity and a complete and uniform distribution of the elements of the alloy. The cylindrical samples without intermetallic layer showed the lowest level of porosity and best metallurgical bonding. When the substrate surface was polished (Ra = 0.05 mm) lower levels of porosity and greater metallurgical bonding were found for both geometries. Taking into account the results obtained in this study, we can conclude that the implementation of this process is appropriate for cylindrical components with a polished surface. In these components the intermetallic layer is unnecessary and punctual defects like pores can be repaired with this process.

Compósitos de mulite, reforçada com carboneto de silício

No trabalho efectuado estudou-se a densificação de compósitos de mulite reforçada com carboneto de silício. A tenacidade à fractura dos corpos de mulite pode ser aumentada através da introdução de inclusões densas, contudo estas afectam de forma significativa a densificação da matriz que as rodeia. Dadas as dificuldades encontradas na obtenção de corpos densos de mulite pura e, em particular, da mulite com inclusões densas, através da sinterização sem pressão, recorreu-se à prensagem a quente. A densificação do material monolítico foi estudada para diversas condições de prensagem a quente (1500°C - 1600°C; 15MPa - 25MPa), tendo-se avaliado a influência da temperatura e da pressão. Observou-se que se obtêm corpos de mulite pura (SA-193CR), com densidades próximas da teórica para temperaturas iguais ou superiores a 1550°C, suspeitando-se da presença de vestígios de fase líquida. Tentou-se ainda identificar quais os mecanismos responsáveis pela densificação da mulite durante a prensagem a quente. Os resultados sugerem que o mecanismo de densificação se altera com o aumento da temperatura de 1500°C para 1550°C. Para a temperatura de 1500°C obteve-se, para o expoente da tensão (n), o valor de 1, sugerindo que o mecanismo densificação predominante, a esta temperatura, é a fluência de Coble, a fluência de Nabarro-Herring ou o escorregamento na fronteira de grão. Aumentando a temperatura de 1500°C para 1550°C o valor do expoente da tensão passou de 1 para 3, sugerindo que a a 1550°C o mecanismo que controla a densificação da mulite é o fluxo plástico, a menos que este incremento de n se deva a alterações microestruturais súbitas. Estudou-se a influência das inclusões densas no empacotamento dos compactos em verde. Observou-se que as fibrilas de SiC dificultam o empacotamento originado um compacto com uma menor densidade em verde e poros de tamanho mais elevado do que o material monolítico. No caso dos compósitos de mulite reforçada com partículas ou com plaquetas constatou-se que as densidades dos compósitos em verde são superiores à exibida pela mulite; contudo a densidade da matriz destes compósitos é inferior à apresentada pelo material monolítico. Nos compósitos de mulite reforçada com 22.5% em volume de carboneto de silício estudou-se a influência da temperatura e da pressão no seu comportamento durante a densificação. O efeito da morfologia (partículas, plaquetas e fibrilas) e da quantidade (15%, 22.5% e 30% em volume) e da 2- fase na densificação dos compósitos, foi também um dos pontos abordados no trabalho efectuado. A adição de 15% em volume de partículas ou de fibrilas de SiC não altera de uma forma significativa o comportamento do compacto durante a densificação. Nos compósitos de mulite reforçada com 22.5% em volume de 2a fase, quer a adição de fibrilas quer a adição de partículas de SiC inibe a densificação do compacto. Este efeito é mais acentuado para as menores pressões e temperaturas de prensagem a quente. Para as temperaturas de 1500°C e 1550°C as partículas inibem mais a densificação do compósito do que as fibrilas. Pelo contrário, à temperatura de 1600°C as fibrilas apresentam um efeito inibidor mais acentuado do que as partículas. A adição de 22.5% em volume de plaquetas de SiC não inibe a densificação do compacto. Presume-se que os comportamentos observados têm origem nas impurezas existentes na superfície das inclusões, no empacotamento em verde, na fase líquida proveniente da mulite e num efeito da distância média entre as inclusões. Nos compósitos com 30% em volume de 2ª fase todas as morfologias ensaiadas inibem a densificação do compacto, sendo o maior efeito inibidor provocado pelas fibrilas e o menor pelas plaquetas. Determinou-se a microdureza de Vickers e a tenacidade à fractura da mulite e dos compósitos de mulite reforçada com SiC de modo a tentar avaliar o grau de tencificação conseguido e a influência da quantidade e da morfologia da fase de reforço nestas propriedades mecânicas. A microdureza de Vickers é pouco afectada pela presença da fase de reforço mais dura, independentemente da sua morfologia e da sua quantidade. Os resultados obtidos são muito inferiores aos que seriam previstos pela regra das misturas, pensando-se que este comportamento resulta da localização, junto à interface matriz/inclusões, da porosidade residual das amostras. A adição de inclusões densas de carboneto de silício à mulite promoveu um aumento da tenacidade à fractura, relativamente ao valor apresentado pelo material monolítico. A morfologia que parece ser mais eficaz é a exibida pelas plaquetas, apresentando o compósito de mulite reforçada com 30% em volume de plaquetas um incremento de 54%, relativamente ao material monolítico. A morfologia menos efectiva são as fibrilas. Para todas as morfologias de fase de reforço ensaiadas o aumento do conteúdo promove um incremento da tenacidade à fractura do compósito.

A interface carboneto de silício-solução aquosa e o enchimento por barbotina

Neste trabalho estudaram-se as interfaces carboneto de silício-solução aquosa e carbono-solução aquosa, com vista a uma melhor compreensão dos processos de floculaçáo e desfloculaçáo de suspensões de cada um daqueles materiais e de suas misturas. Os pós foram caracterizados por recurso a técnicas de sedimentação, microscopia electrónica de varrimento, difracçáo de raios-X, análises térmicas, espectroscopia de infra-vermelhos e picnometria de hélio. As suspensões foram caracterizadas por técnicas de microelectroforese, sedimentação e reologia. Estudou-se a influência de algumas variáveis mais importantes do processo de enchimento por barbotina como, por exemplo, o mecanismo e o grau de estabilização das suspensões, a concentração de sólidos, a distribuição granulométrica das partículas, e o tempo de envelhecimento das suspensões, na estrutura das partículas em suspensão e nas características dos corpos conformados por enchimento por barbotina. A cinética deste processo foi estudada sob o efeito de pressão aplicada e relacionada com a estrutura das partículas em suspensão e com a microstrutura dos corpos em verde. Estudaram-se os mecanismos da segregação de tamanhos de partículas em suspensão que ocorre durante o processo de enchimento por barbotina devidos aos efeitos da gravidade e da obstrução do bolo pelas partículas finas. Discutiram-se os domínios das variáveis do processo em que cada um daqueles efeitos é dominante e propôs-se um novo modelo para o fenómeno da segregação por efeito de obstrução capaz de interpretar os resultados observados neste trabalho e os encontrados na literatura. Estabeleceram-se correlações estreitas entre as variáveis do processo de enchimento por barbotina, a microestrutura dos corpos conformados e o seu comportamento durante a etapa da secagem. Procurou ainda avaliar-se a capacidade do enchimento por barbotina para preparar materiais compósitos de carboneto de silício e carbono com características adequadas para a sinterizaçáo reactiva.

Análise cristalográfica da solução sólida com estrutura tipo Tungstênio Bronze de niobato de potássio e estrôncio dopado com ferro

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Síntese e caracterização estrutural do niobato de potássio e estrôncio com estrutura tipo Tetragonal Tungstênio Bronze TTB

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento de catalisadores bifuncionais de óxido de zircônio modificado por óxidos de tungstênio e molibdênio contendo platina para a reação de isomerização de n-parafinas

Bifunctional catalysts based on zircon oxide modified by tungsten (W = 10, 15 and 20 %) and by molybdenum oxide (Mo= 10, 15 e 20 %) containg platinum (Pt = 1%) were prepared by the polymeric precursor method. For comparison, catalysts the tungsten base was also prepared by the impregnation method. After calcinations at 600, 700 and 800 ºC, the catalysts were characterized by X-ray diffraction, fourier-transform infrared spectroscopy, thermogravimetric and differential thermal analysis, nitrogen adsorption and scanning electron microscopy. The profile of metals reduction was determined by temperature programmed reduction. The synthesized catalysts were tested in n-heptane isomerization. X-ray diffractogram of the Pt/WOx-ZrO2 and Pt/MoOx-ZrO2 catalysts revealed the presence of tetragonal ZrO2 and platinum metallic phases in all calcined samples. Diffraction peaks due WO3 and ZrO2 monoclinic also were observed in some samples of the Pt/WOx-ZrO2 catalysts. In the Pt/MoOx-ZrO2 catalysts also were observed diffraction peaks due ZrO2 monoclinic and Zr(MoO4)2 oxide. These phases contained on Pt/WOx-ZrO2 and Pt/MoOx-ZrO2 catalysts varied in accordance with the W or Mo loading and in accordance with the calcination temperature. The infrared spectra showed absorption bands due O-W-O and W=O bonds in the Pt/WOx-ZrO2 catalysts and due O-Mo-O, Mo=O and Mo-O bonds in the Pt/MoOx-ZrO2 catalysts. Specific surface area for Pt/WOx-ZrO2 catalysts varied from 30-160 m2 g-1 and for the Pt/MoOx-ZrO2 catalysts varied from 10-120 m2 g-1. The metals loading (W or Mo) and the calcination temperature influence directly in the specific surface area of the samples. The reduction profile of Pt/WOx-ZrO2 catalysts showed two peaks at lower temperatures, which are attributed to platinum reduction. The reduction of WOx species was evidenced by two reduction peak at high temperatures. In the case of Pt/MoOx-ZrO2 catalysts, the reduction profile showed three reduction events, which are attributed to reduction of MoOx species deposited on the support and in some samples one of the peak is related to the reduction of Zr(MoO4)2 oxide. Pt/WOx-ZrO2 catalysts were active in the n-heptane isomerization with high selectivity to 3-methyl-hexane, 2,3- dimethyl-pentane, 2-methyl-hexane among other branched hydrocarbons. The Pt/MoOx-ZrO2 catalysts practically didn't present activity for the n-heptane isomerization, generating mainly products originating from the catalytic cracking

Caracterização dielétrica de partículas nanométricas e nanoestruturadas de óxido de niobato da família tetragonal tungstênio bronze com estequiometria K'Sr IND. 2' N'b IND. 5' 'O IND. 15'

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da fotossensibilidade de materiais híbridos de sílica dopados com heteropoliânions de tungstênio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Síntese e aplicação de catalisadores à base de óxidos de cério, tungstênio e HZSM-5 para a produção do biodiesel

This work presents a study on the production of biodiesel by esterification reaction of oleic acid with methanol using batch reactor and different catalysts based on CeO2 and WO3 and HZSM-5. Acid treatment was performed in order to increase the catalytic activity. Different characterization techniques were performed, among them X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric analysis TGA/DTA, Spectroscopy in the Region in Fourier Transform Infrared (FTIR) and X-ray fluorescence (XRF). The effects of independent variables: temperature, molar ratio of oil: alcohol and the amount of catalyst and their interactions on the dependent variable (conversion of oleic acid to the corresponding ester). Overall, through the results obtained in the characterization was observed that the applied treatments were efficient, however the XRF technique, indicated that tungsten oxide leaching could occur during the preparation of the materials. The treatments performed on HZSM-5 caused no significant changes in the structure indicating that the zeolite was quite resistant to the treatments used. It was evaluated using complete 23 factorial design. For the catalysts investigated, the best reaction conditions were obtained when using higher levels of the independent variables temperature and amount of catalyst. However, for the variable molar ratio the lowest level showed significant yields for most of the synthesized catalyst, obtaining maximum conversion to the OC (67.97%), OW (74.37%), HZSM-5 (61.16%) OC-OW 1 (75.93%), OC-OW 2 (82.57%), OC-OW 3 (79.15%), S/OC-OW 1 (86.90%), S/OC-OW 2 (91.04%), S/OC-OW 3 (88.60%), S/OC-OW/H 1 (92.34%), S/OC-OW/H 2 (100%) and S/OC-OW/H 3 (98.16%). According to the experimental design, the temperature has the biggest influence on the reaction variable for all the synthesized catalysts. Among the catalysts investigated S/OC-OW/H 2 e S/OC-OW/H 3 were more effective. Reuse tests showed that the catalyst activity decreased after each cycle, indicating that the regeneration process was effective. The leaching test indicated that the catalysts are heterogeneous in the evaluated operating range. The catalysts investigated showed themselves promising for the production of biodiesel.

Efeito da adição de níquel nas propriedades elétricas de nanopós de niobato de potássio e estrôncio de estrutura tungstênio bronze

Pós-graduação em Química - IBILCE

Estudo de reações de óxido-redução em vidros fosfato com altas concentrações de óxido de tungstênio

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)