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Cerâmicas Porosas à Base de Alumina Incorporadas com Biovidro / Porous ceramic based on alumina incorporated with bioglass

Reis, Fábio Henrique de Sousa 16 January 2012 (has links)
Com os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas, tornou-se possível às diversas áreas do conhecimento melhorar a qualidade e expectativa de vida da população. Dentre as diversas áreas da Engenharia de Materiais, a de Biomateriais é a que está se destacando, vindo ao encontro das necessidades crescentes de melhorar a qualidade de vida da população. O uso de materiais que possam substituir partes ósseas vem sendo motivo de estudos há muitos anos. Para isto, os materiais têm que possuir propriedades químicas e mecânicas semelhantes às do organismo. Materiais como: cerâmicas, polímeros, metais ou até mesmo combinações entre eles vem sendo utilizados como biomateriais. Uma linha de materiais cerâmicos que se destaca é a de produtos à base de alumina, em função de suas características de biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Na medicina, as próteses assumiram um papel importante, tanto na questão estética quanto na funcional. Os desafios nesta área, no intuito de descobrir novos materiais que possam substituir os existentes com desempenho satisfatório e custos mais acessíveis, tornam-se objetos de pesquisa em todo mundo. Na literatura existem poucos trabalhos que correlacionam bioatividade e propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina, com relação à área médica. Para contribuir nesta questão, propôs-se um estudo tendo como base a alumina. O trabalho tem como objetivo desenvolver cerâmicas a base de alumina porosa, utilizando para isto o hidróxido de alumínio como nucleador de microporos. Resultados obtidos para o material mostram que a porosidade cresce com o aumento da concentração de hidróxido de alumínio na amostra. O preenchimento dos poros da matriz com biovidro tem por objetivo facilitar o processo de osteocondução. A vantagem do processo é a diminuição do tempo de recuperação para o paciente. Os resultados obtidos mostram que a adição de hidróxido de alumínio leva a uma porosidade maior nas amostras. Ensaios realizados verificaram que a concentração máxima de hidróxido é de 20 % em volume, e que concentrações maiores levam os corpos de prova a instabilidade. Os ensaios com o biovidro em forma de gel mostraram-se promissores, devido a facilidade para impregnação nos corpos de prova. Testes de bioatividade in vitro revelaram que o biovidro poderá ser utilizado como material bioativo, revelando um material útil no uso em próteses médicas. / With technological advances in the past decades, it became possible for various areas of knowledge to improve the quality and life expectancy of the population. Among the various areas of Materials Engineering, the Biomaterials is one that is emerging, coming to meet the growing needs to improve the quality of life. The use of materials that can replace bony parts has been subject of study for many years. For this, the materials have to possess chemical and mechanical properties similar to the body. Materials such as ceramics, polymers, metal or even combinations of them have been used as biomaterials. A line of ceramic materials that stands out is that of alumina-based products, due to their biocompatibility and excellent mechanical properties. In medicine, prosthetics played an important role in both aesthetics and functionality. The challenges in this area in order to discover new materials that can replace the existing performance and costs more affordable, they become objects of research worldwide. In the literature there are few studies that correlate bioactivity and mechanical properties of alumina ceramic base with respect to the medical field. To contribute to this issue, a proposed a study based on alumina. The work aims to develop ceramic-based porous alumina, using study has been aluminum hydroxide as nucleator of micropores. Results obtained for the material show that the porosity increases with increasing concentration of aluminum hydroxide in the sample. The filling of pores of the matrix with bioglass aims to facilitate the process of osteoconduction. The advantage of the process is to reduce the recovery time for the patient. The results show that the addition of aluminum hydroxide leads to a higher porosity in the samples. Tests carried out found that the maximum concentration of hydroxide is 20%, and higher concentrations lead to specimens instability. The tests with the bioglass gel have show promising due to ease of impregnation in the specimens. Bioactivity in vitro tests revealed that the bioglass can be used as a bioactive material, revealing a useful material for medical prostheses.
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Desenvolvimento de compósito cerâmico a partir de mistura de alumina e polímero pecursor  cerâmico polissilsesquioxano / DEVELOPMENT OF CERAMIC COMPOSITES FROM MIXTURE OF ALUMINA AND CERAMIC PRECURSOR POLYMER POLY (SILSESQUIOXANE)

Machado, Glauson Aparecido Ferreira 17 June 2009 (has links)
O processamento de materiais cerâmicos, a partir de pirólise de polímeros precursores, tem sido intensivamente pesquisado no decorrer das últimas décadas, devido às vantagens que esta via proporciona, como: temperaturas de processo inferiores as das técnicas convencionais; controle da estrutura em nível molecular; possibilidade de síntese de grande variedade de compostos cerâmicos; obtenção de peças semi-acabadas; etc. O processo de pirólise controlada de polímero e carga ativa (AFCOP-active filler controlled polymer pyrolysis) possibilita a síntese de compósitos cerâmicos, por meio de reação entre cargas adicionadas (óxidos, metais, intermetálicos, etc.) e produtos sólidos e gasosos, provenientes da decomposição polimérica. Com base neste processo, no presente trabalho foram confeccionadas amostras de alumina, contendo adições de 10 e 20% em massa, de polímero precursor polissilsesquioxano. Estas foram pirolisadas a 900°C e tratadas termicamente em temperaturas de 1100, 1300 e 1500ºC, empregando-se taxa de aquecimento de 5°C/ min. e atmosfera de N2. As amostras foram caracterizadas em relação à densidade aparente, porosidade e dureza, após cada etapa de tratamento térmico. As transformações estruturais foram analisadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho. As amostras tratadas até 1300°C resultaram em compósitos de alumina e oxicarbeto de silício, enquanto as tratadas a 1500°C, formaram compósitos de mulita e alumina. Na amostra da composição com 20% de polímero, se observou início de densificação em torno de 800°C e alta taxa de retração foi obtida a 1400°C. / Processing of ceramics materials, by polymer precursors pyrolysis, has been intensively researched over the past decades, due to advantages that this path provides, such as: lower temperature process compared to conventional techniques; structure control at molecular level; synthesis possibility of a wide range of ceramic compounds; obtaining parts with dimensions of the final product etc. The active filler controlled polymer pyrolysis (AFCOP) process, enables the synthesis of ceramic composites, by reaction between added filler (oxides, metals, intermetallic etc.) and solid and gaseous products, from polymer decomposition. In this study, based on this process, samples of alumina, with addition of 10 and 20 mass% of poly silsesquioxane polymer precursor, were manufactured. These samples were pyrolyzed at 900 °C and thermal treated at temperatures of 1100, 1300 and 1500 °C. The samples were characterized for bulk density, porosity and hardness, after each stage of thermal treatment. Structural transformations were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and infrared spectroscopy. Samples treated until 1300 °C resulted in composites of alumina and silicon oxicarbide, while those treated at 1500 °C, formed composites of mullite and alumina. The samples with 20% of polymer added started to densify around 800°C and high retraction rate was observed at 1400°C.
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Determinação simultânia de Cd/Pb em cimento usando TI como padrão interno e de Cr/Mn em alumina por espectrometria de absorção atômica com amostragem de suspensão / Simultaneous determination of Cd/Pb in cement using Tl as internal standard and Cr/Mn in alumina by atomic absorption spectrometry with slurry sampling

Souza, Alexandre Luiz de 18 September 2007 (has links)
O objetivo desse trabalho foi o desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação simultânea de Cd/Pb em cimento e Cr/Mn em alumina por espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica (SIMAAS) e amostragem de suspensão. Considerando os erros de amostragem de suspensão e as condições compromissadas impostas para a determinação simultânea, foi também objetivo do trabalho estudar a aplicação de padrão interno para corrigir erros sistemático e aleatório. A viabilidade de se usar o Tl como padrão interno foi explorada na determinação de Cd e Pb em cimento. O uso do padrão interno se baseou na hipótese de que o elemento Tl deveria adsorver quantitativamente sobre as partículas do material em suspensão. Foi feito o estudo térmico dos elementos Cd, Pb e Tl em soluções aquosas e suspensões, na presença e ausência de diferentes modificadores químicos. O melhor modificador químico (5 µg Pd + 3 µg Mg) foi escolhido com base nos gráficos de correlação. As melhores temperaturas de pirólise e atomização para a determinação simultânea de Cd e Pb foram 600°C e 2000°C, respectivamente. A preparação das amostras foi feita com suspensões contendo 30 µg L-1 de Tl em 0,1 % (v v-1) de HNO3 + 0,025 % (m v-1) de Triton X-100. A avaliação da exatidão foi feita com a determinação de Cd e Pb em cimento de construção civil e dentário com análise de solução e análise de materiais de referência de sedimento marinho (MESS1 e BCSS 1) e de rio (Buffalo River, IEAEA 356). Os resultados foram concordantes em um nível de confiança de 95% (teste t-student). Os limites de detecção (LD) obtidos foram 0,14 µg L-1 (1,4pg) para o Cd e de 1,2 µg L-1 (12 pg) para Pb. As massas características foram 1,2 pg e 25 pg para Cd e Pb, respectivamente. Na determinação simultânea de Cr e Mn em alumina não foi utilizado padrão interno. O estudo envolveu a obtenção de curvas de pirólise e atomização em presença de diferentes modificadores. Estudos de interferência mostraram que 100 mg L-1 de Al provocaram aumento nos sinais analíticos dos elementos que foi eliminado com o modificador químico NaOH (0,2 mol L-1) + HF (0,4 mol L-1) combinado com 350 µg de Nb. Nessa condição as temperaturas de pirólise e atomização foram 1400°C e 2400°C, respectivamente. As suspensões de alumina foram preparadas em 2 % (v v-1) HNO3. A avaliação da exatidão foi feita com a determinação de Cr e Mn em material de referência de alumina (Alumina Reduction Grade - 699) e os resultados foram concordantes em um nível de confiança de 95% (teste t-student). Os limites de detecção (LD), estimados a partir da variabilidade de 20 medidas consecutivas de uma solução contendo 2 % (v v-1) HNO3 foram 0,11 µg L-1 (2,2 pg) para Cr e 0,17 µg L-1 (3,5 pg) para o Mn. As massas características foram 10 pg e 1,3 pg para Cr e Mn, respectivamente. / The aim of this work was the development of analytical methods for the simultaneous determination of Cd/Pb in cement and Cr/Mn in alumina by electrothermal atomic absorption spectrometry (SIMAAS) and slurry sampling. Considering the errors of slurry sampling and the imposed compromissed conditions for the simultaneous determination, it was also the aiming of this work to study the application of internal standard for the sistematic and random errors correction. The viability of using Tl as internal standard was investigated for Cd and Pb determination in cement. The internal standard aplicability was based on the hypothesis of the element Tl would have to adsorver quantitatively on the particles of the material in suspension. The thermal behaviour of Cd, Pb and Tl in aqueous solutions and suspensions was obtained in presence and absence of different chemical modifiers. The best chemical modifier (5 mg Pd + 3 mg Mg) was chosen based on correlation graphs. The pyrolysis and atomization temperatures for the simultaneous determination of Pb were 600°C and 2000°C, respectively. The sample the preparation was made with 30 mg L-1 of Tl in 0,1% (v v-1) of HNO3 + 0.025% (m v-1 of Triton X-100. The evaluation of the accuracy was made with the determination of Cd and Pb in cement, microwave extraction in acid media and analysis of marine sediment reference materials (MESS1 and BCSS 1) and river sediment (Buffalo River, IEAEA 356). The results are concordant at 95% of confidence level using Studen\'s t-test. The detention limits (LD) was 0.14 µg L-1 (1.4 pg) for Cd and 1.2 µg L-1(12 pg) for Pb. The characteristic masses were 1.2 pg and 25 pg for Cd and Pb, respectively. The simultaneous determination of Cr and Mn in alumina was done without internal standard. Pyrolysis and atomization temperaturas were obtained in presence of different modifiers. Studies of interference shown that 100 mg L-1 of Al provoked increase in the analytical signals of Cr and Mn that was eliminated with the chemical modifier NaOH (0,2 mol L-1) + HF (0,4 mol L-1) combined with 350 mg of Nb as permanent chemical modifier. In this condition pyrolysis and atomization temperatures were 1400 °C and 2400 °C, respectively. The alumina suspensions were prepared in 2% (v v-1) HNO3. The evaluation of the accuracy was made with the determination of Cr and Mn in alumina reference material (Reduction Alumina Grating - 699) and the results were concordant at 95 % of the confidence level using Student\'s t-test. The detention limits (LD) were 0.11 µg L-1 (2.2 pg) for Cr and 0.17 µg L-1 (3.5 pg) for Mn. The characteristic masses were 10 and 1.3 pg for Cr and Mn, respectively.
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Síntese e evolução térmica de boemitas com diversas morfologias. / Synthesis and thermal evolution of boehmites with various morphologies.

Denigres Filho, Ricardo Wilson Nastari 02 June 2016 (has links)
Óxidos e hidróxidos de alumínio vêm sendo alvo de estudos no Laboratório de Matérias-Primas Particuladas Prof. Pérsio de Souza Santos (LPSS) nas últimas seis décadas. Várias rotas de síntese de mono- e tri-hidróxidos foram pesquisadas, bem como as transformações térmicas desses materiais em aluminas de transição e alumina-alfa. Mais recentemente, a síntese de boemita a partir do tratamento hidrotérmico de gibsita vem sendo o principal objeto dos estudos realizados no LPSS. Nesta Tese, a síntese hidrotérmica de boemita a partir de uma gibsita Bayer comercial foi estudada. Os cristais produzidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), por análises térmicas (TGA e DTA) e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Diferentes morfologias de cristais de boemita foram obtidas - cristais com dimensionalidade \"3D\" (cubos e paralelepípedos), \"2D\" (placas espessas, placas finas e placas alongadas) e \"1D\" (placas alongadas e ripas) por meio da variação da composição do meio reacional inicial. Reações conduzidas em meios com pH característico de suspensões de gibsita em água (pH alcalino) resultaram em cristais com morfologia \"3D\" ou \"2D espessa\", enquanto reações conduzidas em meio acidificado (pH = 2,0) resultaram em cristais com morfologia \"2D\". Reações conduzidas em meios acidificados contendo íon acetato levaram a cristais com morfologia \"2D fina e alongada\" ou morfologia \"1D\", dependendo da relação molar [Al : acetato] inicial de íon acetato (morfologia \"1D\" necessita de uma relação molar de no mínimo 1mol Al : 1mol acetato). Os cristais com morfologia \"1D\" e \"2D fina\" apresentaram espessuras nanométricas. A evolução térmica dos cristais de boemita produzidos foi estudada após aquecimentos entre 200ºC e 1200ºC. Todas as boemitas seguiram as transformações térmicas da chamada \"série ?\" , independentemente da sua morfologia, ou seja: boemita -> alumina-? -> alumina-? / alumina-? -> alumina-?. A temperatura de transformação da boemita em alumina-? é afetada pela morfologia dos cristais, ocorrendo em temperaturas mais baixas nos materiais com cristais de espessura nanométrica (morfologias \"1D\" e \"2D fina\"). Alumina-? com diferentes morfologias e diferentes áreas específicas (determinadas pelo método BET aplicado a isotermas de adsorção de nitrogênio gasoso a 77K) foram obtidas: 136 m2/g para alumina-? \"1D\"; 73,4 m2/g para alumina-? \"2D fina e alongada\"; 40,3 m2/g para alumina-? \"3D\". Foi possível, portanto, obter aluminas de transição potencialmente interessantes para aplicações industriais dadas as elevadas áreas específicas observadas. / Aluminum oxides and hydroxides have been the subject of studies in Laboratório de Matérias-Primas Particuladas Prof. Pérsio de Souza Santos (LPSS) in the last six decades. Several synthesis routes for mono- and tri-hydroxides were investigated as well as the thermal processing of these materials into transition aluminas and alpha-alumina. More recently, the synthesis of boehmite from the hydrothermal treatment of gibbsite has been the main object of studies in LPSS. In this Thesis, the hydrothermal synthesis of boehmite from a commercial Bayer gibbsite was studied. The crystals produced were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermal analysis (TGA and DTA) and scanning electron microscopy (SEM). Different boehmite crystal morphologies were obtained - crystals \"3D\" (cubes and parallelepipeds), \"2D\" (thick plates, thin and elongated plates) and \"1D\" (elongated plates and strips) by varying the composition the initial reaction medium. Reactions conducted in media with characteristic pH of gibbsite suspension in water (alkaline pH) resulted in crystals with morphologies \"3D\" or \"thick 2D\" while reactions carried out in acidic medium (pH = 2.0) resulted in crystals with morphology \"2D\". Reactions carried out in acidic media containing acetate ion led to crystals with a \"thin and elongated 2D\" morphology or \"1D\" morphology, depending on the pristine [Al: acetate]. molar ratio (\"1D\" morphology requires a pristine molar ratio of at least 1mol Al: 1mol acetate). Crystals with \"1D\" or \"2D thin\" morphologies presented nanometric thickness. The thermal evolution of boehmite crystals produced was studied after heating between 200oC and 1200oC. All boehmites following thermal \"?-series\" transformation, regardless of their morphology, that is: boehmite -> ?-alumina -> ?-alumina /?-alumina -> ?-alumina. The transformation temperature of boehmite into ?-alumina is affected by crystal morphology, occurring at lower temperatures in the materials with nanometer thick crystals (\"1D\" and \"2D thin\" morphologies). ?-alumina with different morphologies and different specific surface areas (determined by BET method applied to adsorption isotherms of gaseous nitrogen at 77K) were obtained: 136 m2/g for ?-alumina \"1D\"; 73.4 m2/g for ?-alumina \"thin and elongated 2D\"; 40.3 m2/g for ?-alumina \"3D\". It was therefore possible to obtain transition aluminas potentially interesting for industrial applications given the high specific surface areas observed.
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Cerâmicas Porosas à Base de Alumina Incorporadas com Biovidro / Porous ceramic based on alumina incorporated with bioglass

Fábio Henrique de Sousa Reis 16 January 2012 (has links)
Com os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas, tornou-se possível às diversas áreas do conhecimento melhorar a qualidade e expectativa de vida da população. Dentre as diversas áreas da Engenharia de Materiais, a de Biomateriais é a que está se destacando, vindo ao encontro das necessidades crescentes de melhorar a qualidade de vida da população. O uso de materiais que possam substituir partes ósseas vem sendo motivo de estudos há muitos anos. Para isto, os materiais têm que possuir propriedades químicas e mecânicas semelhantes às do organismo. Materiais como: cerâmicas, polímeros, metais ou até mesmo combinações entre eles vem sendo utilizados como biomateriais. Uma linha de materiais cerâmicos que se destaca é a de produtos à base de alumina, em função de suas características de biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Na medicina, as próteses assumiram um papel importante, tanto na questão estética quanto na funcional. Os desafios nesta área, no intuito de descobrir novos materiais que possam substituir os existentes com desempenho satisfatório e custos mais acessíveis, tornam-se objetos de pesquisa em todo mundo. Na literatura existem poucos trabalhos que correlacionam bioatividade e propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina, com relação à área médica. Para contribuir nesta questão, propôs-se um estudo tendo como base a alumina. O trabalho tem como objetivo desenvolver cerâmicas a base de alumina porosa, utilizando para isto o hidróxido de alumínio como nucleador de microporos. Resultados obtidos para o material mostram que a porosidade cresce com o aumento da concentração de hidróxido de alumínio na amostra. O preenchimento dos poros da matriz com biovidro tem por objetivo facilitar o processo de osteocondução. A vantagem do processo é a diminuição do tempo de recuperação para o paciente. Os resultados obtidos mostram que a adição de hidróxido de alumínio leva a uma porosidade maior nas amostras. Ensaios realizados verificaram que a concentração máxima de hidróxido é de 20 % em volume, e que concentrações maiores levam os corpos de prova a instabilidade. Os ensaios com o biovidro em forma de gel mostraram-se promissores, devido a facilidade para impregnação nos corpos de prova. Testes de bioatividade in vitro revelaram que o biovidro poderá ser utilizado como material bioativo, revelando um material útil no uso em próteses médicas. / With technological advances in the past decades, it became possible for various areas of knowledge to improve the quality and life expectancy of the population. Among the various areas of Materials Engineering, the Biomaterials is one that is emerging, coming to meet the growing needs to improve the quality of life. The use of materials that can replace bony parts has been subject of study for many years. For this, the materials have to possess chemical and mechanical properties similar to the body. Materials such as ceramics, polymers, metal or even combinations of them have been used as biomaterials. A line of ceramic materials that stands out is that of alumina-based products, due to their biocompatibility and excellent mechanical properties. In medicine, prosthetics played an important role in both aesthetics and functionality. The challenges in this area in order to discover new materials that can replace the existing performance and costs more affordable, they become objects of research worldwide. In the literature there are few studies that correlate bioactivity and mechanical properties of alumina ceramic base with respect to the medical field. To contribute to this issue, a proposed a study based on alumina. The work aims to develop ceramic-based porous alumina, using study has been aluminum hydroxide as nucleator of micropores. Results obtained for the material show that the porosity increases with increasing concentration of aluminum hydroxide in the sample. The filling of pores of the matrix with bioglass aims to facilitate the process of osteoconduction. The advantage of the process is to reduce the recovery time for the patient. The results show that the addition of aluminum hydroxide leads to a higher porosity in the samples. Tests carried out found that the maximum concentration of hydroxide is 20%, and higher concentrations lead to specimens instability. The tests with the bioglass gel have show promising due to ease of impregnation in the specimens. Bioactivity in vitro tests revealed that the bioglass can be used as a bioactive material, revealing a useful material for medical prostheses.
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Micro-nanocompósitos de Al2O3/ NbC/ WC e Al2O3/ NbC/ TaC / Micro-nanocomposites Al2O3/ NbC/ WC and Al2O3/ NbC/ TaC

Thais da Silva Santos 17 December 2014 (has links)
Cerâmicas à base de alumina pertencem à classe de materiais denominados estruturais, muito utilizados em ferramentas de corte. A alumina possui boas propriedades para uso como cerâmica estrutural e com o objetivo de melhorar suas tenacidade à fratura e resistência mecânica, são produzidos compósitos com diferentes aditivos. Novos estudos apontam para os micro-nanocompósitos, onde a adição de partículas micrométricas deve auxiliar no aumento da resistência mecânica, e de partículas nanométricas, no aumento da tenacidade à fratura. Neste trabalho foram obtidos micro-nanocompósitos à base de Al2O3 com inclusão de partículas nanométricas de NbC e micrométricas de WC com proporções de 2:1, 6:4, 10:5 e 15:10 e micro-nanocompósitos à base de Al2O3 com inclusão de partículas nanométricas de NbC e micrométricas de TaC com proporção de 2:1 em relação à alumina. Para o estudo de densificação, os micro-nanocompósitos foram sinterizados em dilatômetro com taxa de aquecimento de 20 °C / min até a temperatura de 1800 °C, em atmosfera de argônio. Com base nos resultados de dilatometria, corpos de prova foram sinterizados entre 1500°C e 1700°C, com patamar de 30 minutos, em forno resistivo de grafite e atmosfera de argônio. Foram determinadas as densidades, fases cristalinas formadas, durezas e tenacidades, e analisadas as microestruturas dos micro-nanocompósitos. As amostras Al2O3:NbC:TaC sinterizadas a 1700°C atingiram as maiores densidades aparentes (~95%DT) e a amostra sinterizada a 1600°C apresentou microestrutura homogênea e valor de dureza (15,8 GPa) em comparação à alumina pura. As composições com 3% de inclusões são as mais promissoras para aplicações futuras como ferramentas de corte. / Alumina based ceramics belong to a class of materials designated as structural, which are widely used in cutting tools. Although alumina has good properties for application as a structural ceramics, composites with different additives have been produced with the aim of improving its fracture toughness and mechanical strength. New studies point out micro-nanocomposites, wherein the addition of micrometric particles should enhance mechanical strength, and nano-sized particles enhance fracture toughness. In this work, alumina based micro-nanocomposites were obtained by including nano-sized NbC and micrometer WC particles at 2:1, 6:4, 10:5 and 15:10 vol% proportions, and also with the inclusion of nano-sized NbC and micrometer TaC particles at 2:1 vol% proportion. For the study of densification, micro-nanocomposites were sintered in a dilatometer with a heating rate of 20°C/min until a temperature of 1800°C in argon atmosphere. Based on the dilatometry results, specimens were sintered in a resistive graphite furnace under argon atmosphere between 1500°C and 1700°C by holding the sintering temperature for 30 minutes. Densities, crystalline phases, hardness and tenacity were determined, and micro-nanocomposites microstructures were analyzed. The samples Al2O3: NbC: TaC sintered at 1700 ° C achieved the greater apparent density (~ 95% TD) and the sample sintered at 1600 ° C showed homogeneous microstructure and increased hardness value (15.8 GPa) compared to the pure alumina . The compositions with 3% inclusions are the most promising for future applications.
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Desenvolvimento de compósito cerâmico a partir de mistura de alumina e polímero pecursor  cerâmico polissilsesquioxano / DEVELOPMENT OF CERAMIC COMPOSITES FROM MIXTURE OF ALUMINA AND CERAMIC PRECURSOR POLYMER POLY (SILSESQUIOXANE)

Glauson Aparecido Ferreira Machado 17 June 2009 (has links)
O processamento de materiais cerâmicos, a partir de pirólise de polímeros precursores, tem sido intensivamente pesquisado no decorrer das últimas décadas, devido às vantagens que esta via proporciona, como: temperaturas de processo inferiores as das técnicas convencionais; controle da estrutura em nível molecular; possibilidade de síntese de grande variedade de compostos cerâmicos; obtenção de peças semi-acabadas; etc. O processo de pirólise controlada de polímero e carga ativa (AFCOP-active filler controlled polymer pyrolysis) possibilita a síntese de compósitos cerâmicos, por meio de reação entre cargas adicionadas (óxidos, metais, intermetálicos, etc.) e produtos sólidos e gasosos, provenientes da decomposição polimérica. Com base neste processo, no presente trabalho foram confeccionadas amostras de alumina, contendo adições de 10 e 20% em massa, de polímero precursor polissilsesquioxano. Estas foram pirolisadas a 900°C e tratadas termicamente em temperaturas de 1100, 1300 e 1500ºC, empregando-se taxa de aquecimento de 5°C/ min. e atmosfera de N2. As amostras foram caracterizadas em relação à densidade aparente, porosidade e dureza, após cada etapa de tratamento térmico. As transformações estruturais foram analisadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho. As amostras tratadas até 1300°C resultaram em compósitos de alumina e oxicarbeto de silício, enquanto as tratadas a 1500°C, formaram compósitos de mulita e alumina. Na amostra da composição com 20% de polímero, se observou início de densificação em torno de 800°C e alta taxa de retração foi obtida a 1400°C. / Processing of ceramics materials, by polymer precursors pyrolysis, has been intensively researched over the past decades, due to advantages that this path provides, such as: lower temperature process compared to conventional techniques; structure control at molecular level; synthesis possibility of a wide range of ceramic compounds; obtaining parts with dimensions of the final product etc. The active filler controlled polymer pyrolysis (AFCOP) process, enables the synthesis of ceramic composites, by reaction between added filler (oxides, metals, intermetallic etc.) and solid and gaseous products, from polymer decomposition. In this study, based on this process, samples of alumina, with addition of 10 and 20 mass% of poly silsesquioxane polymer precursor, were manufactured. These samples were pyrolyzed at 900 °C and thermal treated at temperatures of 1100, 1300 and 1500 °C. The samples were characterized for bulk density, porosity and hardness, after each stage of thermal treatment. Structural transformations were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and infrared spectroscopy. Samples treated until 1300 °C resulted in composites of alumina and silicon oxicarbide, while those treated at 1500 °C, formed composites of mullite and alumina. The samples with 20% of polymer added started to densify around 800°C and high retraction rate was observed at 1400°C.
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Micro-nanocompósitos de Al2O3/ NbC/ WC e Al2O3/ NbC/ TaC / Micro-nanocomposites Al2O3/ NbC/ WC and Al2O3/ NbC/ TaC

Santos, Thais da Silva 17 December 2014 (has links)
Cerâmicas à base de alumina pertencem à classe de materiais denominados estruturais, muito utilizados em ferramentas de corte. A alumina possui boas propriedades para uso como cerâmica estrutural e com o objetivo de melhorar suas tenacidade à fratura e resistência mecânica, são produzidos compósitos com diferentes aditivos. Novos estudos apontam para os micro-nanocompósitos, onde a adição de partículas micrométricas deve auxiliar no aumento da resistência mecânica, e de partículas nanométricas, no aumento da tenacidade à fratura. Neste trabalho foram obtidos micro-nanocompósitos à base de Al2O3 com inclusão de partículas nanométricas de NbC e micrométricas de WC com proporções de 2:1, 6:4, 10:5 e 15:10 e micro-nanocompósitos à base de Al2O3 com inclusão de partículas nanométricas de NbC e micrométricas de TaC com proporção de 2:1 em relação à alumina. Para o estudo de densificação, os micro-nanocompósitos foram sinterizados em dilatômetro com taxa de aquecimento de 20 °C / min até a temperatura de 1800 °C, em atmosfera de argônio. Com base nos resultados de dilatometria, corpos de prova foram sinterizados entre 1500°C e 1700°C, com patamar de 30 minutos, em forno resistivo de grafite e atmosfera de argônio. Foram determinadas as densidades, fases cristalinas formadas, durezas e tenacidades, e analisadas as microestruturas dos micro-nanocompósitos. As amostras Al2O3:NbC:TaC sinterizadas a 1700°C atingiram as maiores densidades aparentes (~95%DT) e a amostra sinterizada a 1600°C apresentou microestrutura homogênea e valor de dureza (15,8 GPa) em comparação à alumina pura. As composições com 3% de inclusões são as mais promissoras para aplicações futuras como ferramentas de corte. / Alumina based ceramics belong to a class of materials designated as structural, which are widely used in cutting tools. Although alumina has good properties for application as a structural ceramics, composites with different additives have been produced with the aim of improving its fracture toughness and mechanical strength. New studies point out micro-nanocomposites, wherein the addition of micrometric particles should enhance mechanical strength, and nano-sized particles enhance fracture toughness. In this work, alumina based micro-nanocomposites were obtained by including nano-sized NbC and micrometer WC particles at 2:1, 6:4, 10:5 and 15:10 vol% proportions, and also with the inclusion of nano-sized NbC and micrometer TaC particles at 2:1 vol% proportion. For the study of densification, micro-nanocomposites were sintered in a dilatometer with a heating rate of 20°C/min until a temperature of 1800°C in argon atmosphere. Based on the dilatometry results, specimens were sintered in a resistive graphite furnace under argon atmosphere between 1500°C and 1700°C by holding the sintering temperature for 30 minutes. Densities, crystalline phases, hardness and tenacity were determined, and micro-nanocomposites microstructures were analyzed. The samples Al2O3: NbC: TaC sintered at 1700 ° C achieved the greater apparent density (~ 95% TD) and the sample sintered at 1600 ° C showed homogeneous microstructure and increased hardness value (15.8 GPa) compared to the pure alumina . The compositions with 3% inclusions are the most promising for future applications.
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Efeitos de variáveis do processo de gelificação interna nas propriedades físicas e químicas de microesferas de alumina / Variable effects of the internal gelation process in the physical and chemical properties of alumina microspheres

Christe, Charles de Miranda 18 December 2012 (has links)
Microesferas cerâmicas vêm sendo utilizadas em diferentes aplicações, relacionadas à área nuclear, farmacêutica, química, médica, ambiental, biotecnológica, etc. É possível a obtenção, pelo método da gelificação interna, de microesferas de diferentes materiais cerâmicos, densas ou porosas (com porosidade controlada) e com diferentes tamanhos. No entanto o grande obstáculo é a formação de trincas na secagem e/ou calcinação, que podem inviabilizar a aplicação das mesmas. Este trabalho tem como objetivo a produção de microesferas a base de alumina (Al2O3) pelo processo de gelificação interna, variando-se parâmetros de processamento de forma a se controlar as características físicas e químicas das mesmas, como tamanho, porosidade, superfície específica, etc., além de características específicas que viabilizem a aplicação das mesmas no preenchimento de colunas de eluição de geradores de 99Mo-99mTc. Foi desenvolvida uma metodologia simples e eficiente de tratamento de lavagem das microesferas, que possibilita a extração de uma porção significativa da fase orgânica presente antes da secagem e calcinação; desta forma elimina-se praticamente todas as trincas que surgiriam durante a secagem, e principalmente na etapa de calcinação. Além disso, foram variados parâmetros de processo que permitem controlar a porosidade e superfície específica das microesferas. Foram também caracterizadas em paralelo, duas aluminas de transição na forma de pós, utilizadas atualmente no preenchimento de colunas do gerador de 99Mo-99mTc de modo a se ter uma noção das atuais exigências quanto às propriedades fisicas do material de preenchimento. / Ceramic microspheres have been used in various applications, related to the nuclear, pharmaceutical, chemical, medical, environmental, biotechnology, etc. It is possible to obtain, by internal gelation method, microspheres of different ceramic materials, dense or porous (with controlled porosity) and different sizes. However, the major obstacle is the formation of cracks on drying and / or calcination, which can hinder their use. This study have an objective at the production of alumina (Al2O3) based microspheres by internal gelation process, varying processing parameters in order to control the chemical and physical characteristics such as size, porosity, specific surface area, etc., in addition to specific characteristics that enable their application in filling of the elution columns of 99Mo-99mTc generators. It was developed a simple and efficient method of washing treatment of the microspheres, which enables the extraction of a significant portion of the organic phase present prior to drying and calcination; thus virtually eliminates all cracks that arise during drying, and particularly in calcination step. In addition, process parameters were varied for controlling the porosity and specific surface of the microspheres. Were also characterized in parallel, two transition aluminas in the form of powders currently used in filling of elution columns of 99Mo-99mTc generator so as to get an idea of the current requirements for physical properties of the filling material.
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Estudo da influência de aditivos na transformação de fase gama-alfa da alumina. / Study of the Influence of additives on gamma-alpha phase transformation.

Castro, Ricardo Hauch Ribeiro de 18 March 2005 (has links)
O controle da temperatura de transformação de fase gama-alfa da alumina pelo uso de aditivos iônicos tem sido alvo de diversos estudos nas ultimas décadas. No entanto, os efeitos destes aditivos são usualmente explicados considerando apenas parâmetros cinéticos e de difusão e a conseqüência destas impurezas nas energias dos polimorfos e nas energias de superfície são geralmente desconsideradas. Neste trabalho, o efeito termodinâmico do Zr, Mg e Mn na transformação gama-alfa é estudado para pós de Al2O3 preparados pelo método do precursor polimérico. Microcalorimetria de adsorção acoplada com calorimetria de dissolução de alta temperatura mostraram que os íons Zr diminuem a energia de superfície do gama-Al2O3, aumentando a estabilidade da fase de transição, que é fortemente dependente desta energia. Utilizando as mesmas técnicas, mostrou-se que o íon Mg aumenta a estabilidade termodinâmica do g-Al2O3, também aumentando a temperatura de transformação. O efeito do Mg, no entanto, foi também relacionado a efeitos cinéticos tais como a diminuição de difusão pela rede. A ação do íon Mn na diminuição da temperatura de transformação foi sugerida como fortemente relacionada a parâmetros de difusão. Vacâncias geradas pela substituição de Al3+ por Mn4+ seriam responsáveis pelo aumento do processo difusional atômico pela rede, fazendo com que o sistema atinja o tamanho crítico pré-determinado para esta reação em temperaturas mais baixas. Estas importantes conclusões abrem novas perspectivas no estudo da ação de aditivos em processos de alta temperatura, que devem ser avaliados considerando ambos efeitos termodinâmico e difusional. / The control of the gamma-alpha alumina transformation temperature using ionic additives has been the subject of several studies in the past decades. In this sense, the influence of these additives is usually explained considering only kinetic and diffusional parameters. Effects of these impurities on energetics of polymorphism and surface energies are usually disregarded. In this work, the thermodynamic effect of Zr, Mg and Mn on the gamma-alpha transformation is reported on Al2O3 powders prepared by the polymeric precursor method. Adsorption microcalorimetry coupled with high temperature oxide melt solution calorimetry showed that Zr ions dramatically decrease the surface energy of gamma-Al2O3, increasing the stability of the transition phase as which has been described to have its stability considerably related to the surface energy. By the same techniques, Mg was shown to increase the thermodynamic stability of g-alumina, also increasing the transformation temperature. The role of Mg on the control of the transformation temperature, however, was also related to kinetic factors, such as the bulk diffusion decreasing. The effect of Mn on decreasing the transformation temperature, however, was considered to be almost completely related to diffusion parameters, and vacancies generated by the substitution of Al3+ by Mn4+ would be responsible for the increase in bulk diffusion, allowing the system to reach a pre-determined critical particle size at lower temperatures. These important conclusions opened new perspectives in the role of additives in the high-temperature processes that should now on be evaluated from both thermodynamic effects and kinetics viewpoints.

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