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[en] EVOLUTION OF POINT DEFECTS IN AL2W3O12 DURING CALCINATION IN AIR AND THE EFFECTS OF DIFFERENT SINTERING METHODS ON ITS DENSITY, MICROSTRUCTURE, AND HARDNESS / [pt] EVOLUÇÃO DO ESTADO DE DEFEITOS PONTUAIS NA AL2W3O12 DURANTE CALCINAÇÃO AO AR E O EFEITO DE DIFERENTES MÉTODOS DE SINTERIZAÇÃO SOBRE SUA DENSIDADE E MICROESTRUTURAMARIANNE DINIZ ROCHA HENRIQUES 02 September 2024 (has links)
[pt] Este trabalho consiste em dois estudos complementares sobre materiais a base de Al2W3O12. Portanto, o objetivo deste trabalho foi i) produzir cerâmicas densas de Al2W3O12 através de diferentes métodos de sinterização e avaliar sua densificação e microestrutura, e ii) avaliar a evolução do estado dos defeitos pontuais no Al2W3O12 depois de variações de temperatura durante o processo de calcinação em ar. Pó amorfo de Al2W3O12 foi produzido via coprecipitação seguido por calcinação para induzir cristalização. A influência das diferentes temperaturas de calcinação em atmosfera de ar ambiente foi verificada enquanto o tempo de calcinação se manteve fixo, por diferentes técnicas, como Difração de Raios-X (DRX), espectroscopia Raman, e espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), para entender a formação de defeitos pontuais na estrutura cristalina do Al2W3O12. Diferentes concentrações de vacâncias de oxigênio foram formadas ao alterar a temperatura de calcinação de 500 a 620 graus C. Foi observado que a concentração de vacâncias de oxigênio aumenta com a redução da temperatura de calcinação. Interessantemente, a maior concentração de vacâncias de oxigênio ocorre enquanto o pó ainda é amorfo à 500 graus C. Portanto, o processo de cristalização do Al2W3O12 ortorrômbico é altamente afetado pela formação de vacâncias de oxigênio. O melhor pó de Al2W3O12, calcinado a 570 graus C, foi selecionado e utilizado para consolidação das pastilhas para sinterização. Foi determinado que devido a presença de aglomerados, foi necessário moagem para quebrar os aglomerados e aumentar a área superficial específica do pó. Após moagem de bolas a área superficial específica foi de 26.4 m(2)g(-1) para 31.4 m(2)g(-1). Os pós calcinados moídos e não moídos foram usados para produzir corpos de prova sinterizados, e a sua densificação, microestrutura e propriedades mecânicas foram comparadas. As rotas de sinterização consistem em Sinterização Rápida Sem Auxílio de Pressão (RPLS) e Spark Plasma Sintering method (SPS). O método RPLS produziu cerâmicas densas de 96 por cento da densidade teórica em sua melhor configuração, enquanto SPS produzir pastilhas tão densas quanto 98 por cento da densidade teórica. O processo de moagem dos pós calcinados não mostrou grandemelhora na densificação ou microestrutura, formando amostras ligeiramente maisdensas do que aquelas sem moagem. / [en] This work consists of two complementary studies regarding Al2W3O12-based
materials. Therefore, the aim of this work was to i) produce dense Al2W3O12
ceramics by different sintering routes and evaluate its effects on densification and
microstructure, and ii) evaluate the evolution of point defects on Al2W3O12 after
temperature variations during the calcination process in air atmosphere. Al2W3O12
amorphous powder was produced via coprecipitation synthesis followed by
calcination to induce crystallization. The influence of the different calcination
temperatures in ambient air atmosphere was assessed while the calcination time
remained the same, by various techniques, such as X-ray Powder Diffraction
(XRPD), Raman, and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) Spectroscopies to
understand the formation of point defects into Al2W3O12 crystal structure. Different
concentrations of oxygen vacancies were formed while altering the calcination
temperature from 500 – 620 degrees C. It was observed that the oxygen vacancy
concentration increases with the decrease of the calcination temperature.
Interestingly, the highest oxygen vacancy content occurs while the powder is still
amorphous at 500 degrees C. Therefore, the crystallization process of orthorhombic
Al2W3O12 is highly affected by the formation of oxygen vacancies. The best
Al2W3O12 powder, calcined at 570 degrees C, was selected and used to consolidate the
pellets for sintering. It was determined that due to the presence of agglomerates,
further milling was necessary to break the agglomerates and increase the specific
surface area of the powder. After ball-milling the specific surface area went from
26.4 m(2)g(-1) to 31.4 m(2)g(-1). The milled and non-milled calcined powders were used to
produce sintered bodies and is densification, microstructure, and mechanical
properties compared. The sintering routes consisted of Rapid Pressure-Less
Sintering (RPLS) technique and Spark Plasma Sintering method (SPS). RPLS
technique produced dense cylinders of 96 percent density at its best setting, while SPS
produced pellets as dense as 98.8 percent TD. The process of milling the calcined powder
did not show much improvement in either densification or microstructure, forming
samples slightly denser than those without milling.
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