Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo Guido Follador.pdf: 1528881 bytes, checksum: adbda70d6ef97e7fbde4922c51920b9f (MD5) Previous issue date: 2007-05-22 / The aim of this paper is to analyse the doping influence by Nb2O5 on the varistor system behaviour (99,50-x)%TiO2.(0,05)%Cr2O3.(x)%Nb2O5, when x={0,10%; 0,15%; 0,20%; 0,25%} mol. Powder processing techniques were used to prepare the varistors. Ball milling process were used to mix the reagents in a alcoholic media. Then they were isostatically pressed at 210MPa and then sintered in air at 1400C for two hours at 5C cooling rate, which produced pellets with high densification. Electric data, which was obtained by continued currents at different temperatures, showed for lower concentration x=0,10% the values ER=4,41V/cm and 4,6, and for the higher concentration x=0,25% ER=9,71V/cm and 15,3. Furthermore, it was possible to see changes on the barrier potential, from which its height became higher and its width became slimmer as the doping element concentration was increased. As opposed to the experiment described above, for x=0,25%, significant reduction on potential barrier height and on barrier breakdown voltage was observed. More over, the tendency of unit cell volume, which growth with higher doping element concentration, was broken for x=0,25% composition. These facts left us to think that could be happening little Nb2O5 segregations to grain boundaries, or the reduction in the average grains sizes for this composition could be reducing the concentrations of Nb2O5 at grain boundaries. The Rietveld method was used to refine the X-ray data, which supplied lattice parameters with great accuracy. This method did not enable us to find other phases apart from rutile titanium dioxide. The M.E.V. micrographs were used to measure the average grains sizes, and it was found average grains sizes between 7 and 16 Moreover, it was possible to notice that larger grains occurred with bigger doping element concentrations chaperoned by greater varistorporosity and lower grains form uniformity. / Neste trabalho investigou-se a influência do dopante Nb2O5 no comportamento varistor do sistema ternário (99,50-x)%TiO2.(0,05)%Cr2O3. (x)%Nb2O5, onde as concentrações dopantes utilizadas foram x={0,10%; 0,15%; 0,20%; 0,25%} em mol. O processamento empregado foi o método convencional de misturas de óxidos. Os reagentes foram submetidos ao moinho de bolas em meio alcoólico para mistura por três horas, prensados isostaticamente em 210MPa e sinterizados a 1400C por duas horas em atmosfera ambiente com taxa de resfriamento de 5C/min, resultando em elevada densificação das pastilhas. As medidas elétricas, realizadas em corrente contínua a diferentes temperaturas, mostraram para a menor concentração de dopante os valores ER=4,41V/cm e 4,6, e para a maior ER=9,71V/cm e 15,3. Pode-se observar também alterações da barreira de potencial, cuja altura aumentou e largura diminuiu à medida que a concentração de dopante foi aumentada. Contudo, para x=0,25% obteve-se uma redução significativa na altura da barreira de potencial e na tensão de ruptura por barreira. A tendência de aumento de volume da cela unitária com o aumento de dopante, que foi interrompida pela amostra com 0,25% Nb2O5, foi outro indício que levou à idéia de que possivelmente estaria havendo uma segregação de Nb2O5 nos contornos de grão, ou ainda que a diminuição do tamanho médio de grão estaria possivelmente diluindo a concentração de Nb2O5 nos contornos de grão. O cálculo preciso dos volumes de cela unitária se realizou pelo refinamento dos difratogramas de raios-X pelo método de Rietveld, que apesar de não ter revelado outras fases senão a do dióxido de titânio com estrutura do tipo rutilo, forneceu os parâmetros de rede com bastante precisão. Através de micrografias geradas por M.E.V. mediu-se os tamanhos médios de grão que ficaram dentro da faixa de 7 a 16, tendo os tamanhos maiores ocorrido para as menores concentrações de dopantes e sendo acompanhados de maior porosidade e menor uniformidade nas formas de grãos.

In this thesis, the powder formation and thermal treament parameters for low temperature firing of zinc oxide(ZnO) based multi-layered varistors are studied. Vanadium oxide(V2O5) was used as electrical former, and manganese oxide(MnOx), coblt oxide(CoOx) and other additives were used as electrical modifiers. The object of this thesis is to investigate the effects of additives on the electrical characteristics of ZnO varistors. Meanwhile, the parameters of thermal treament process of raw materials on the effects of low temperature cofiring of ZnO varistors are also studied. As a result, we found that V2O5 can lower the sintering temperature of ZnO-based varistor as low as 900¢J. Forthuremore, prolonged sintering duration and reduced ZnO particle size might lower the sintering temperature futher to a given temperature which makes it possible to co-fire the ceramic body, inner electrodes and outer electrodes. The formulation of powder with added 0.3mol%Mn3O4, 0.5mol%CoO and 0.1mol%Bi2O3 can obtain a high £\value of 24 and leakage current of 2£gA. Besides, we also found that the thermal treament of powder can affect the shrinkage or diffusion of inner electrodes in multi-layered ZnO varistor shape dramastically. Without thermal treament or inproper thermal treament conditions will cause the inner electrode over-shrinkaged or even disppeared. According to the results of experiment, 350~400¢Jand a longger period (4 hours and above) will improve the phenomenon of over -shrinkaged.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-08-21Bitstream added on 2014-06-13T20:23:09Z : No. of bitstreams: 1 dibb_a_dr_araiq.pdf: 3448979 bytes, checksum: 9ce1a42e31fcc6476d47f2f2c83f24b5 (MD5) / O dióxido de estanho é um semicondutor do tipo n que, quando adequadamente dopado com outros óxidos metálicos, exibe um comportamento varistor. Estes possuem alta capacidade de absorção de energia, cuja função é restringir sobrevoltagens transitórias sem serem destruídos podendo ser usados em campos de corrente alternada ou corrente contínua, tanto em grande intervalo de voltagens como em grande intervalo de correntes. As propriedades elétricas do varistor dependem dos defeitos que ocorrem nos contornos de grão. O objetivo deste trabalho foi inicialmente estudar a substituição parcial do CoO pelo MnO2 nos sistemas SnO2+x%CoO+(1-x)%MnO2+0,05%Ta2O5 (mol), onde x=0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1, sinterizados a 1300 oC por 1 hora. Medidas de tensão-corrente para determinação do coeficiente não–linear foram realizadas. Microscopia Eletrônica de Varredura foi aplicada avaliar as características microestruturais dos sistemas. Os resultados obtidos para as propriedades varistoras mostraram que o coeficiente de nãolinearidade e o campo elétrico de ruptura aumentam com o aumento da concentração de MnO2, tendo a composição SnO2+0,25%CoO+0,75%MnO2+0,05%Ta2O5 apresentado o melhor comportamento varistor. Esse sistema foi dopado com La2O3, Nd2O3 e Gd2O3 para analisar o efeito da adição destes óxidos no comportamento varistor. A introdução desses óxidos influenciou as características física e elétrica do sistema, prejudicando seu comportamento varistor e causando reduções na densidade e tamanho de grão do sistema. Uma segregação nos contornos de grão, rica em cobalto e manganês, pode ter sido a responsável pela formação das barreiras que originaram as características varistoras do sistema SnO2.CoO.MnO2.Ta2O5. A introdução dos óxidos de terras-raras aparentemente destrói parte dessas barreiras e, conseqüentemente, suprime o comportamento varistor. / Tin dioxide is an n-type semiconductor that when doped with other metallic oxides, exhibits non-linear electric behavior with high non-linear coefficient values typical of a varistor. The electric properties of the varistor depend on the defects that occurring in the grain boundaries. The objective of this work was to study to partial substitution of CoO for MnO2 in the systems SnO2+x%CoO+(1-x)%MnO2+0.05%Ta2O5 (mol), where x=0; 0.25; 0.50; 0.75 and 1. Current-voltage measurements were accomplished for determination of the non-linear coefficient and the breakdown voltage. Microstructure analysis was considered by using scanning electron microscope to evaluate the microstructural characteristics of the systems as well as to determine the voltage per barrier of these systems the results indicate that the nonlinear coefficient and the breakdown electric field increased as the concentration of MnO2 concentration increased. The composition SnO2+0.25%CoO+0,75%MnO2+0.05%Ta2O5 presented the optimum behavior varistor and had been doped with the rare earths oxides La2O3, Nd2O3 and Gd2O3. The rare earths oxides introduction influenced the physical and electric characteristics of the system, decreasing its varistor behavior and promoting variations on the density and mean grain size of the system. Segregation rich in cobalt and manganese at the grain boundaries can be responsible for the formation of the electrical barriers that originate the varistor behavior. The introduction of rare earth oxides promoted a destruction of part of these barriers and, consequently, reduced the varistor behavior.

Ceramic varistors based on ZnO, Bi2O3, Sb2O3, MnO and Co3O4 were prepared by the mixed oxide route. After milling the powders, disc shaped samples were pressed and sintered for 2 hours at temperatures in the range 950°C to 1250°C. Products were characterised in terms of phase development and microstructure by X-ray diffraction and scanning electron microscopy; electrical characterisation included current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V) and degradation behaviour. Most varistors contained a three phase microstructure comprising ZnO grains (3–54 μm in size), a Bi-rich grain boundary phase and a spinel phase. Product densities were approximately 5.45 g cm-3, and nonlinear coefficients were typically in the range 5 to 53. By selective removal of either Sb2O3, or MnO or Co3O4, the role of individual components was investigated. The absence of Sb2O3 encouraged grain growth (to 40 μm) but reduced nonlinearity (to 5) and degraded the stability. The absence of Co3O4 improved the stability whilst the absence of MnO reduced the nonlinear coefficient and leakage current. The use of attrition milling yielded powders of small particle size (0.3 μm). The resulting sintered varistors exhibited a slightly smaller grain size (~ 5 μm) lower nonlinear coefficients (~ 30) but higher breakdown fields and leakage currents. Samples sintered at high temperatures (1050°C to 1250°C) degraded under electrical stress more slowly than the samples sintered at low temperature (950°C). Al-doping enhanced the nonlinearity but reduced the stability. In contrast Ag-doping reduced the nonlinearity but improved the ageing behaviour. An appropriate combination of Al and Ag doping led to varistor improvements in both nonlinearity and stability. The optimum aluminium nitrate and silver oxide levels for the varistor composition studied were found to be 500 ppm and 250 ppm, respectively. C-V measurements on this material gave barrier heights of ~ 1.7 V, and donor densities of 1.3x10^18 cm-3. One batch of samples was prepared Ga2O3 additions of 750 – 4000 ppm. Doping with Ga caused a significantly decrease in grain size to ~ 6 μm), and reduced the nonlinear coefficients (to ~25) but increased the stability in terms of breakdown fields and leakage currents.

Resumo: A descoberta da alta constante dielétrica () no CaCu3Ti4O12 (CCTO) despertou grande interesse nesse material com estrutura tipo perovskita, principalmente por não apresentar uma transição de fase ferroelétrica ou comportamento relaxor comparado aos demais titanatos. O CCTO, sem adição de dopantes, apresenta também forte característica não-linear de corrente-tensão com possibilidade de aplicações em varistores. O comportamento elétrico do CCTO tem sido intensivamente discutido na literatura e tem sido atribuído a defeitos intrínsicos ou extrínsicos. Entretanto, não existe concordância na literatura em relação aos mecanismos que permitem explicar a origem dessas propriedades. O objetivo principal deste trabalho foi sinterizar cerâmicas de CCTO a 1100 ºC por tempo variável e avaliar por Espectroscopia Fotoelétrica de Raios X (XPS), Difração de Raios X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia de Força Elétrica (EFM), e Microscopia de Varredura por Potencial de Superfície (SSPM) os defeitos cristalinos de grão e contorno de grão. Mecanismos de defeitos puntiformes do tipo substitucional e defeitos planares com falhas de empilhamento (stacking faults) foram discutidos para concordar com os resultados experimentais. Foi introduzindo o conceito de polarons na construção de um modelo para explicar a alta constante dielétrica do CCTO. Medidas elétricas em campo alternado, utilizando espectroscopia de impedância, enfatizaram os mecanismos de relaxação dos polarons no modelo proposto. No estudo de fenômenos de transporte em campo elétrico contínuo, para avaliar o comportamento não-ôhmico do CCTO, foram realizadas medidas da densidade de corrente (J) em função do campo elétrico aplicado (E). Essas medidas macroscópicas relacionam-se com medidas elétricas locais usando técnicas de EFM e SSPM. Com os resultados dessas técnicas, utilizadas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The discovery of high dielectric constant () in the CaCu3Ti4O12 (CCTO) generates a great scientific interest in this perovskite type of material mainly because it does not show ferroelectric phase transition or relaxor behavior compared with other titanates. The CCTO, with no dopants, displays also strong current-tension nonlinear behavior with possibility to be used as varistor. The CCTO electrical behavior has been intensively discussed in the literature and has been attributed to intrinsic and extrinsic defects. However, there is no agreement in the literature about the mechanisms which allow explaining the origin of these properties. The main objective of this work was sintering CCTO ceramics at 1100 ºC for different times and to evaluate by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Electrostatic Force Microscopy (EFM), and Scanning Surface Potential Microscopy (SSPM) the grain and grain boundary crystalline defects. Substitution point defects and planar stacking faults defects were discussed to agree with experimental results. The polaron concept was introduced in building a physical model to explain the high dielectric constant of CCTO. AC electrical measurements using impedance spectroscopy reinforced the polaron relaxation mechanisms of the proposed model. In the transport phenomena study in continuous electric field, to evaluate the CCTO non-ohmic behavior, measurements of current density (J) as function of electric field were carried out. These macroscopic measurements are related to the electric local measurements using EFM and SSPM. The obtained results based on these techniques, for mapping space charges and local surface potential, allowed to propose a model for potential barrier in the CCTO grain boundaries due to the presence of crystalline defects and polarons. Other objective of this work... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: José Arana Varela / Coorientador: Paulo Roberto Bueno / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Paulo Sérgio Pizani / Banca: Reginaldo Murccillo / Banca: Sidnei Antonio Pianaro / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-13Bitstream added on 2014-06-13T19:02:31Z : No. of bitstreams: 1 tararam_r_dr_araiq.pdf: 2927006 bytes, checksum: 6411c923e4edf6de7ef7f1b04b6cb6ed (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A descoberta da alta constante dielétrica () no CaCu3Ti4O12 (CCTO) despertou grande interesse nesse material com estrutura tipo perovskita, principalmente por não apresentar uma transição de fase ferroelétrica ou comportamento relaxor comparado aos demais titanatos. O CCTO, sem adição de dopantes, apresenta também forte característica não-linear de corrente-tensão com possibilidade de aplicações em varistores. O comportamento elétrico do CCTO tem sido intensivamente discutido na literatura e tem sido atribuído a defeitos intrínsicos ou extrínsicos. Entretanto, não existe concordância na literatura em relação aos mecanismos que permitem explicar a origem dessas propriedades. O objetivo principal deste trabalho foi sinterizar cerâmicas de CCTO a 1100 ºC por tempo variável e avaliar por Espectroscopia Fotoelétrica de Raios X (XPS), Difração de Raios X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia de Força Elétrica (EFM), e Microscopia de Varredura por Potencial de Superfície (SSPM) os defeitos cristalinos de grão e contorno de grão. Mecanismos de defeitos puntiformes do tipo substitucional e defeitos planares com falhas de empilhamento (stacking faults) foram discutidos para concordar com os resultados experimentais. Foi introduzindo o conceito de polarons na construção de um modelo para explicar a alta constante dielétrica do CCTO. Medidas elétricas em campo alternado, utilizando espectroscopia de impedância, enfatizaram os mecanismos de relaxação dos polarons no modelo proposto. No estudo de fenômenos de transporte em campo elétrico contínuo, para avaliar o comportamento não-ôhmico do CCTO, foram realizadas medidas da densidade de corrente (J) em função do campo elétrico aplicado (E). Essas medidas macroscópicas relacionam-se com medidas elétricas locais usando técnicas de EFM e SSPM. Com os resultados dessas técnicas, utilizadas... / The discovery of high dielectric constant () in the CaCu3Ti4O12 (CCTO) generates a great scientific interest in this perovskite type of material mainly because it does not show ferroelectric phase transition or relaxor behavior compared with other titanates. The CCTO, with no dopants, displays also strong current-tension nonlinear behavior with possibility to be used as varistor. The CCTO electrical behavior has been intensively discussed in the literature and has been attributed to intrinsic and extrinsic defects. However, there is no agreement in the literature about the mechanisms which allow explaining the origin of these properties. The main objective of this work was sintering CCTO ceramics at 1100 ºC for different times and to evaluate by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Electrostatic Force Microscopy (EFM), and Scanning Surface Potential Microscopy (SSPM) the grain and grain boundary crystalline defects. Substitution point defects and planar stacking faults defects were discussed to agree with experimental results. The polaron concept was introduced in building a physical model to explain the high dielectric constant of CCTO. AC electrical measurements using impedance spectroscopy reinforced the polaron relaxation mechanisms of the proposed model. In the transport phenomena study in continuous electric field, to evaluate the CCTO non-ohmic behavior, measurements of current density (J) as function of electric field were carried out. These macroscopic measurements are related to the electric local measurements using EFM and SSPM. The obtained results based on these techniques, for mapping space charges and local surface potential, allowed to propose a model for potential barrier in the CCTO grain boundaries due to the presence of crystalline defects and polarons. Other objective of this work... (Complete abstract click electronic access below)

Neste trabalho foi desenvolvido um dispositivo, denominado forno de indução eletromagnética (FIE), que permite trabalhar em altas temperaturas ~ 1900oC e com vácuo dinâmico equivalente a uma pressão parcial de oxigênio PO2 ~ 10-10 atm. Durante os experimentos de calibração do FIE, foram estudadas amostras de um composto binário de Y2O3 com 3% em mol de ZrO2, cujo pó foi obtido por mistura de óxidos. As amostras foram conformadas por prensagem uniaxial de 50 MPa, seguida de prensagem isostática a 350 MPa por 10 minutos e submetidas à sinterização em temperaturas superiores a 1800oC, resultando em transparência superior a 60% para comprimentos de onda em torno de 800 nm. Posteriormente, um composto quaternário de BaTi0.85Zr0.15O3 foi produzido por mistura de óxidos e calcinação a 1200oC. As amostras foram então conformadas seguindo a mesma metodologia da Y2O3, posteriormente sinterizadas entre 1250oC a 1400oC, com patamares de 1 h e 3 h. As amostras preparadas no FIE foram submetidas a uma pressão parcial de oxigênio de ~ 10-7 atm, enquanto outro conjunto de amostras foi sinterizado em um forno elétrico convencional (FEC) com atmosfera aberta para comparação. Foram realizadas caracterizações microestruturais aplicando-se as técnicas de difração de raios X, BET, EDX, microscopia eletrônica de varredura, além de caracterização elétrica por espectroscopia de impedância. Destas caracterizações verificou-se a obtenção de partículas do pó de BaTi0.85Zr0.15O3 com tamanho médio de 110 nm. O tamanho médio dos grãos nas microestruturas variou entre 4 e 30 &microm nas amostras fabricadas em FEC, enquanto nas amostras fabricadas em FIE o tamanho foi em torno de 250 nm. Para as amostras feitas no FEC, a resposta dielétrica dos grãos evidenciou o cumprimento da lei de Curie-Weiss conforme o modelamento bricklayer feito no programa Zview, porém foi observada anomalia dielétrica para medidas de permissividade em temperaturas maiores do que 96oC. O material feito no FIE não apresentou comportamento ferroelétrico no intervalo de temperatura estudado de -243 - 137oC, mas foi evidenciado um comportamento típico de material varistor. Considerando a relação entre as propriedades macro e microscópicas no modelo bricklayer, a ferroeletricidade e a variação da anomalia dielétrica são discutidas em função do tamanho de grãos para as amostras feitas no FEC. Com base no modelo de Pike para varistores, o comportamento varistor do material feito no FIE é discutido em função dos defeitos causados pela baixa pressão parcial de oxigênio ~ 10-7 atm. / In this work it has been developed a device, called electromagnetic induction furnace (EIF), which allow us to work at high temperatures ~ 1900oC and under dynamic vacuum equivalent to partial pressure of oxygen PO2 ~ 10-10 atm. During the calibration experiments of the EIF, it was studied a binary compound of Y2O3 with 3 mol% of ZrO2 which was obtained by mixing oxides. The samples were processed by uniaxial pressing 50 MPa followed by isostatic pressing at 350 MPa for 10 minutes and submitted to sintering at temperatures above 1800 oC, resulting in transparency greater than 60% for wavelengths around 800 nm. After, a quaternary compound of BaTi0.85Zr0.15O was produced by mixing oxides and calcination at 1200 oC. Then the samples were shaped according to the same methodology of the Y2O3 subsequently sintered between 1250oC to 1400 oC, with 1 h and 3 h baseline. The samples prepared in the EIF were submitted to oxygen partial pressure of ~ 10-7 atm, while another samples set was sintered in a conventional electric furnace (CEF) with open atmosphere for comparison. Microstructural characterizations were performed by applying the techniques of X-ray diffraction, BET, EDS, SEM, and electrical characterization by impedance spectroscopy. In these characterizations were obtained powder particles of BaTi0.85Zr0.15O3 with an average size of 110 nm. The average grain size in the microstructures ranged between 4 and 30 &microm in the samples fabricated in CEF, but in the samples manufactured in EIF the size has been around 250 nm. For samples made in the CEF, the dielectric response of the grains showed the fulfillment of the Curie-Weiss law according to the bricklayer model made in the Zview program, but was observed dielectric anomaly on measurements of permittivity at temperatures higher than 96 oC. The material made in EIF does not showed ferroelectric behavior in the studied temperature range -243 - 137 oC, but was shown a typical behavior of varistor material. Considering the relationship between macroscopic and microscopic properties in the bricklayer model, the ferroelectricity and the dielectric anomaly variation are discussed at function of the grain size for samples made in CEF. Based on the model of Pike for varistors, the varistor behavior of the material made in EIF is discussed in terms of defects caused by low oxygen partial pressure ~ 10-7 atm.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-05-17T23:29:24Z No. of bitstreams: 1 PABLO BEZERRA VILAR – TESE (PPGEE) 2017.pdf: 2044145 bytes, checksum: 067e43ad1834e474f34f9ad7e7d6f16f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-17T23:29:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PABLO BEZERRA VILAR – TESE (PPGEE) 2017.pdf: 2044145 bytes, checksum: 067e43ad1834e474f34f9ad7e7d6f16f (MD5) Previous issue date: 2017-04-17 / Neste trabalho, foram desenvolvidos dois modelos matemáticos capazes de representar o comportamento dinâmico de um varistor de óxido de zinco. Para isso, empregaram-se técnicas de identificação de sistemas que permitiram a criação de modelos que determinem a relação entre corrente e tensão no varistor, sem explicar a física do processo. Para desenvolver e validar o modelo matemático proposto, uma base de dados foi construída com amostras de varistores com diferentes características físicas. Os varistores foram submetidos a sinais de impulsos de corrente com diferentes amplitudes e formas de onda, com tempos de frente variando de 1,5 a 30 μs. A determinação dos parâmetros dos modelos desenvolvidos é realizada a partir do método dos mínimos quadrados, que deve ser aplicado a resposta ao impulso de corrente padrão 8/20 μs. Assim, os modelos desenvolvidos são capazes de representar a resposta dos diferentes varistores utilizando apenas informações que são tipicamente fornecidas pelos fabricantes. Foi também proposto um procedimento de simulação que permite que os modelos desenvolvidos neste trabalho possam ser utilizados no software ATP, que é utilizado para realização de simulação de transitórios em sistemas elétricos. O desempenho dos modelos desenvolvidos foi comparado com o desempenho de modelos tradicionais, observou-se que os desenvolvidos foram capazes de representar a resposta dos varistores superando as limitações dos modelos existentes. O desenvolvimento deste trabalho trouxe como principais contribuições um modelo de varistores completamente funcional e com características únicas em comparação com os já existentes e um procedimento de simulação que permite a interação de modelos matemáticos e sistemas elétricos no ambiente do ATP. / In this work, two mathematical models were developed capable of representing the dynamic behavior of a zinc oxide varistor. For this, systems identification techniques were used, that allowed the creation of models that determine relationship between current and voltage in a zinc oxide varistor, without explaining the physics of the process. To develop and validate the proposed mathematical model, a database was constructed with samples of varistors with different physical characteristics. The varistors were subjected to current pulse signals with different amplitudes and waveforms, with front times ranging from 1.5 to 30 μs. The determination of the parameters of the developed models is carried out using the least squares method, which must be applied the response to the standard current impulse 8/20 μs. Thus, the developed models are able to represent the response of the different varistors using only information that is typically provided by the manufacturers. It was also proposed a simulation procedure that allows the models developed in this work to be used on the ATP software, which is used to performer simulations of transients on power systems. The performance of the developed models was compared with the performance of traditional models, it was observed that the proposed models were able to represent the response of the varistors overcoming the limitations of the existing models. The development of this work brought as main contributions, a broad database that characterizes the dynamic behavior of the varistors, a model of varistors fully functional and with unique characteristics in comparison with the existing ones and a simulation procedure allows the interaction of mathematical models and Electrical systems in the ATP environment.

Neste trabalho foi desenvolvido um dispositivo, denominado forno de indução eletromagnética (FIE), que permite trabalhar em altas temperaturas ~ 1900oC e com vácuo dinâmico equivalente a uma pressão parcial de oxigênio PO2 ~ 10-10 atm. Durante os experimentos de calibração do FIE, foram estudadas amostras de um composto binário de Y2O3 com 3% em mol de ZrO2, cujo pó foi obtido por mistura de óxidos. As amostras foram conformadas por prensagem uniaxial de 50 MPa, seguida de prensagem isostática a 350 MPa por 10 minutos e submetidas à sinterização em temperaturas superiores a 1800oC, resultando em transparência superior a 60% para comprimentos de onda em torno de 800 nm. Posteriormente, um composto quaternário de BaTi0.85Zr0.15O3 foi produzido por mistura de óxidos e calcinação a 1200oC. As amostras foram então conformadas seguindo a mesma metodologia da Y2O3, posteriormente sinterizadas entre 1250oC a 1400oC, com patamares de 1 h e 3 h. As amostras preparadas no FIE foram submetidas a uma pressão parcial de oxigênio de ~ 10-7 atm, enquanto outro conjunto de amostras foi sinterizado em um forno elétrico convencional (FEC) com atmosfera aberta para comparação. Foram realizadas caracterizações microestruturais aplicando-se as técnicas de difração de raios X, BET, EDX, microscopia eletrônica de varredura, além de caracterização elétrica por espectroscopia de impedância. Destas caracterizações verificou-se a obtenção de partículas do pó de BaTi0.85Zr0.15O3 com tamanho médio de 110 nm. O tamanho médio dos grãos nas microestruturas variou entre 4 e 30 &microm nas amostras fabricadas em FEC, enquanto nas amostras fabricadas em FIE o tamanho foi em torno de 250 nm. Para as amostras feitas no FEC, a resposta dielétrica dos grãos evidenciou o cumprimento da lei de Curie-Weiss conforme o modelamento bricklayer feito no programa Zview, porém foi observada anomalia dielétrica para medidas de permissividade em temperaturas maiores do que 96oC. O material feito no FIE não apresentou comportamento ferroelétrico no intervalo de temperatura estudado de -243 - 137oC, mas foi evidenciado um comportamento típico de material varistor. Considerando a relação entre as propriedades macro e microscópicas no modelo bricklayer, a ferroeletricidade e a variação da anomalia dielétrica são discutidas em função do tamanho de grãos para as amostras feitas no FEC. Com base no modelo de Pike para varistores, o comportamento varistor do material feito no FIE é discutido em função dos defeitos causados pela baixa pressão parcial de oxigênio ~ 10-7 atm. / In this work it has been developed a device, called electromagnetic induction furnace (EIF), which allow us to work at high temperatures ~ 1900oC and under dynamic vacuum equivalent to partial pressure of oxygen PO2 ~ 10-10 atm. During the calibration experiments of the EIF, it was studied a binary compound of Y2O3 with 3 mol% of ZrO2 which was obtained by mixing oxides. The samples were processed by uniaxial pressing 50 MPa followed by isostatic pressing at 350 MPa for 10 minutes and submitted to sintering at temperatures above 1800 oC, resulting in transparency greater than 60% for wavelengths around 800 nm. After, a quaternary compound of BaTi0.85Zr0.15O was produced by mixing oxides and calcination at 1200 oC. Then the samples were shaped according to the same methodology of the Y2O3 subsequently sintered between 1250oC to 1400 oC, with 1 h and 3 h baseline. The samples prepared in the EIF were submitted to oxygen partial pressure of ~ 10-7 atm, while another samples set was sintered in a conventional electric furnace (CEF) with open atmosphere for comparison. Microstructural characterizations were performed by applying the techniques of X-ray diffraction, BET, EDS, SEM, and electrical characterization by impedance spectroscopy. In these characterizations were obtained powder particles of BaTi0.85Zr0.15O3 with an average size of 110 nm. The average grain size in the microstructures ranged between 4 and 30 &microm in the samples fabricated in CEF, but in the samples manufactured in EIF the size has been around 250 nm. For samples made in the CEF, the dielectric response of the grains showed the fulfillment of the Curie-Weiss law according to the bricklayer model made in the Zview program, but was observed dielectric anomaly on measurements of permittivity at temperatures higher than 96 oC. The material made in EIF does not showed ferroelectric behavior in the studied temperature range -243 - 137 oC, but was shown a typical behavior of varistor material. Considering the relationship between macroscopic and microscopic properties in the bricklayer model, the ferroelectricity and the dielectric anomaly variation are discussed at function of the grain size for samples made in CEF. Based on the model of Pike for varistors, the varistor behavior of the material made in EIF is discussed in terms of defects caused by low oxygen partial pressure ~ 10-7 atm.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T08:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289520.pdf: 3449009 bytes, checksum: 05af5d1a72839db710e778daa5ceada8 (MD5) / Este trabalho apresenta como proposta principal verificar as influências externas, como a temperatura e harmônicos na rede sobre a corrente de fuga de para-raios para a avaliação de seu estado de operação, bem como a distribuição e o comportamento campos elétricos e magnéticos existentes em uma subestação no local da medição. Através de simulações, verificam-se possíveis influências sobre os valores medidos e os instrumentos de medição de corrente de fuga total, a corrente de fuga resistiva e a componente de terceira harmônica da corrente de fuga total, possibilitando maior segurança na avaliação do para-raios. Desenvolveu-se também um instrumento virtual para a obtenção da forma de onda da corrente resistiva, seu valor eficaz, de pico e suas harmônicas, baseado em uma metodologia para a separação das correntes resistiva e capacitiva a partir das formas de onda da corrente total e da tensão. Com base nos estudos e ensaios práticos realizados em subestação, se propôs uma metodologia para a padronização da realização de ensaios, visando uma maior confiabilidade na obtenção dos resultados da avaliação.