Orientador: Neri Alves / Banca: Clarissa de Almeida Olivati / Banca: Mauro Miguel Costa / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Neste trabalho, é apresentada a preparação de filmes finos de Al2O3 por anodização usando a solução eletrolítica contendo etileno glicol e ácido tartárico. Os filmes de Al2O3 foram crescidos por anodização de filmes de alumínio, depositados previamente por evaporação em vácuo em dois tipos de substratos, vidro e ITO, utilizando corrente constante de 0,63 mA/cm2. Filmes de Al2O3 sobre vidro variando a espessura da camada residual de alumínio, e filmes de Al2O3 com 10 nm de camada residual de alumínio sobre ITO foram obtidos visando possíveis aplicações em dispositivos transparentes. Os filmes foram caracterizados através de medidas de capacitância e perda dielétrica em função da frequencia, microscopia de força atômica (AFM) e transmitância óptica. Os resultados mostram que as constantes dielétricas obtidas para os óxidos estão entre 5,4 e 7,8 e a tan está entre 5,0x10-3 e 1,4x10-2. Os valores de constante dielétrica dependem da rugosidade de superfície do óxido e imagens de AFM mostram que esta depende da rugosidade do alumínio evaporado. A partir dos espectros de transmitância ótica, verificou-se que os óxidos obtidos com uma camada residual de alumínio de 20nm apresentam uma transmitância de 80% / Abstract: In this work, it is presented the preparation of thin films of Al2O3 by anodization using the electrolyte solution containing ethylene glycol and tartaric acid. The Al2O3 films were grown by anodization of aluminum films previously deposited by vacuum evaporation on two types of substrates, glass and ITO using constant current of 0,63 mA/cm2. Al2O3 films on glass with thickness variation of the residual aluminum layer, and Al2O3 films with 10 nm residual layer of aluminum on ITO were obtained in order to have possible applications in transparent devices. The films were characterized by capacitance measurements and dielectric loss versus frequency, atomic force microscopy (AFM) and optical transmittance. The results show that the dielectric constant obtained for the oxides are between 5.4 and 7-8 and is from 5,10x10-3 and 1,4x10-2. The dielectric constant values depend on the oxide surface roughness and AFM images show that this depends on the roughness of evaporated aluminum. From the optical transmittance spectra, it was found that the oxides obtained with a residual layer of 20 nm of aluminum have a transmittance of 80% / Mestre

Orientador: José Alberto Giacometti / Coorientador: Neri Alves / Banca: Clarissa de Almeida Olivati / Banca: José Leonil Duarte / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Neste trabalho é apresentada a preparação de filmes finos de Al2O3 usando a técnica eletroquímica de anodização em solução aquosa de etileno glicol e ácido tartárico. Os filmes de Al2O3 foram crescidos sobre camadas de alumínio as quais foram depositadas por evaporação em vácuo sobre lâminas de vidro. No processo de anodização se utilizou a densidade de corrente constante de 0,48 mA/cm2, seguido da aplicação de diferença de potencial constante durante 2 minutos. Filmes com espessuras entre 10 e 60 nm foram crescidos sendo a espessura determinada pela tensão final aplicada na célula. Os filmes de Al2O3 foram caracterizados através de medidas de capacitância e perda dielétrica em função da frequência e das curvas características da corrente elétrica versus a tensão elétrica. Os resultados mostraram que a perda dielétrica é da ordem de 10-3 indicando que os filmes de Al2O3 possuem muito boa qualidade como isolante elétrico. As medidas de corrente versus tensão mostraram que a resistividade elétrica dos filmes é da ordem de 10(13)m. Na parte final do trabalho foi mostrado que os filmes de Al2O3 podem ser usados para a construção do capacitador metal-isolante-semicondutor (MIS) para operar entre no intervalo de tensão de +3V. Além disso, o capacitador MIS apresentou o fenômeno do chaveamento da condução elétrica quando foram aplicadas tensões elétricas elevadas, e, portanto, são candidatos para a fabricação de memórias / Abstract: This work presents the preparation of Al2O3 films using the electrochemical anodisation tehcnique in aqueous solution of ethylene glycol and tartaric acid. The Al2O3 films were grown from aluminum layers deposited by evaporation in vacuum onto glass slides. The anodisation process was performed using a constant current density of 0.48 mA/cm2 followed by application of a constant voltage during 2 minutes. Films with thicknesses ranging from 10 to 60 nm were grown and the thickness was determined by the final voltage applied to the cell. Films were characterized through measurements of capacitance and dielectric loss versus frequency curves and characteristics of electric current versus voltage. The results showed that the dielectric loss is of the order of 10-3 showing that Al2O3 film is a very good electrical insulator. Current versus voltage measurments showed that the electrical resistivity of the Al2O3 films is of the order of 10(13)m. Finally, it is shown that Al2O3 films can be used to fabricate metal-insulator-semiconductor (MIS) capacitor that can be operated in the voltage range of +3V. The MIS capacitor also presented the electrical conduction switching when the applied voltage was increased, therefore, it can be a candidate to be used as memory / Mestre

Orientador: Maria Lúcia Pereira Antunes / Banca: Nilson Cristino da Cruz / Banca: Rosana Fernandes Antonio / Resumo: O caulim é um mineral largamente explorado no mercado nacional e internacional para diversos fins industriais em especial para clareamento e carga de papel. O processo de beneficiamento do caulim gera 500 mil toneladas de resíduos anuais. O resíduo normalmente é disposto em pilhas à céu aberto podendo acarretar danos ambientais como a contaminação da água e do solo, além de mudança da paisagem natural. Sendo esse resíduo rico em silício e visando sua valorização, este trabalho propõe seu uso na produção de camada protetora em liga de alumínio pela técnica de oxidação eletrolítica assistida por plasma (do inglês: PEO - Plasma Electrolytic Oxidation) e avaliação das características dos revestimentos obtidos. Neste trabalho foram produzidos e caracterizados revestimentos obtidos em substratos de liga de alumínio 5052 pela técnica de PEO usando solução eletrolítica nas concentrações de 5 e 10 g/L de resíduo de caulim. Uma fonte forneceu a tensão de 650V e as deposições foram feitas em 3 diferentes tempos: 300, 600 e 900s para cada concentração. Foram feitas análises de caracterização do resíduo de caulim, do substrato de liga de alumínio e dos revestimentos produzidos utilizando: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectrometria de Energia Dispersiva (EDS), Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia de Infravermelho (FTIR), Perfilometria e Molhabilidade. Também foi feita uma avaliação do desgaste mecânico dos revestimentos através do teste de pino sobre disco. O tratamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Kaolin is a mineral widely exploited in the national and international market for various industrial purposes especially for bleaching and paper loading. The kaolin processing process generates 500 thousand tons of annual waste. Waste is usually disposed of in open piles and can cause environmental damage such as water and soil contamination, as well as changes in the natural landscape. This work proposes its use in the production of protective layer in aluminum alloy by the technique of electrolytic oxidation assisted by plasma (known as PEO of Plasma Electrolytic Oxidation) and evaluation of the characteristics of the coatings obtained. In this work, coatings obtained on 5052 aluminum alloy substrates were produced and characterized by PEO using electrolytic solution at concentrations of 5 and 10 g / L of kaolin residue. One source provided the voltage of 650V and the depositions were made in 3 different times: 300, 600 and 900s for each concentration. The analysis of the kaolin residue, the aluminum alloy substrate and the coatings produced using: Scanning Electron Microscopy (SEM), Dispersive Energy Spectrometry (EDS), X-ray Diffraction (XRD), Infrared Spectroscopy FTIR), Profilometry and Wettability. An evaluation of the mechanical wear of the coatings was also made through the Pin to Disk Test. The treatment in aluminum substrate by PEO using electrolytic kaolin solution produces a rough, hydrophobic coating at the concentration of 5 g / L and hydrophilic at the concent... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Co-orientador: Santiago del Rio Oliveira / Banca: Sandro Donnini Mancini / Banca: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Banca: Alessandro Roger Rodrigues / Banca: Leonardo Roberto da Silva / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: As técnicas de lubri-refrigeração, Convencional e Mínima Quantidade de Lubrificante - MQL, foram analisadas e o particionamento de energia na região de contato foram determinadas para o processo de retificação plana de uma peça de aço ABNT 1020 com um rebolo convencional de Óxido de Alumínio (Al2O3), para diferentes profundidades de retificação. Para isso foi desenvolvido um modelo térmico obtido pela equação da difusão de calor bidimensional transiente com as suas condições de contorno, a equação resultante foi dicretizada pelo método dos Volumes Finitos, com formulação, implícita no tempo devido ao fato desta técnica não apresentar limitação quanto à escolha do intervalo de tempo. O sistema de equação resultante foi resolvido pelo método das Relaxações Sucessivas (Sucessives Over Relaxation). A técnica de transferência de calor reversa da Seção Àurea foi aplicada para estimar o fluxo de calor que entra na peça pela interface peça/rebolo. As temperaturas geradas pelo modelo térmico foram comparadas com as temperaturas experimentais medidas por um termoar tipo K localizado a uma determinada distância da superfície de retificação. As técnicas de lubri-refrigeração foram comparadas mostrando que para o método de lubri-refrigeração MQL em relação ao Convencional , o fluxo de calor que entra na peça foi 43% maior para a profundidade de retificação de 30um, 137% para 45um e 184% para 60um, enquanto que o calor removido pelo fluido de corte na lubri-refrigeração MQL representa 2,62% para 30um, 4,35 para 45um e 5,21% para 60um em relação ao Convencional / Abstract: Techniques for lubrification and cooling. Conventional and Minimum Quantify Lubrificant - MQL, were determined for the process of grinding a plane workpiece of steel SAE 1020 with a conventional grinding Aluminum Oxide (Al2O3), for different depths of rectification. For that obtained by a thermal model of transient two-dimensional heat diffusion with its boundary conditions, the equation resulting equation was discretized by the Finite Volume Method with implicit formulation in time was developed due to the fact that this techique does not introduce restriction on the choise time interval. The resulting system of equations was solved by the method of SOR (Successives Over Relaxation). The technique of reverse transfer of heat from the Golden Section was applied to estimate the flow of theat that enters the part number for the workpiece/wheel interface. The temperature generated by the thermal model were compared with measurements by a K-type thermocouple located at a given distance from the surface grinding experimental temperatures. The lubrification and cooling techniques were compared showing that for the method of lubrification and cooling compared to conventional MQL, the heat flux entering the number was 43% higher for the grinding depth of30um, 137% to 45um and to 184% for 60um, while the heat removed by the cutting fluid in the lubrification and cooling MQL is 2.62% to 30um, 45um 4.35% to 5.21% for 60 um of the Conventional / Doutor

Nesta dissertação, foram investigadas as propriedades físico-químicas de filmes finos de óxido de alumínio (Al2O3). O Al2O3 foi depositado sobre substratos germânio (Ge) e silício (Si) por magnetron sputtering reativo, utilizando uma fonte DC pulsada, visando a produzir camadas com baixas quantidades de OH e H2O, em comparação àquelas produzidas pelo processo de deposição por camadas atômicas (ALD). Dados obtidos por espectroscopia de fotoelétrons (XPS) e perfis de concentração obtidos por reações nucleares ressonantes (NRP) evidenciaram a formação de uma camada de GeO2 sobre os substratos de Ge, durante o processo de deposição. Quando as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em atmosferas de Ar e forming gas, foi verificada a redução desse óxido. Foi observado que a camada de transição remanescente na interface é constituída essencialmente de germanatos de alumínio. O efeito dos principais contaminantes introduzidos pela técnica de ALD (água e/ou grupos hidroxila) foi investigado por meio de tratamentos térmicos em atmosferas de oxigênio (O2) e vapor d’água. Dados de NRP mostraram que a incorporação de O aumenta com a temperatura de tratamento e depende do gás empregado. Também observou-se que o O proveniente da fase gasosa interage fortemente com o substrato semicondutor de Ge, efeito não observado nas amostras de Si. Análises com técnicas por espalhamento de íons evidenciaram um aumento na concentração de Ge dentro da camada de Al2O3 e na superfície das amostras, efeito associado à oxidação do substrato de Ge. Essas observações podem ser explicadas pela dessorção de GeO resultante de reações químicas que ocorrem na interface dielétrico/substrato. / In this dissertation, physico-chemical properties of aluminum oxide (Al2O3) thin films were investigated. Al2O3 was deposited by pulsed DC reactive magnetron sputter on Germanium (Ge) and Silicon (Si) substrates aiming at producing layers with reduced OH and H2O content, in comparison with those produced by the atomic layer deposition (ALD) process. Photoelectron spectroscopy (XPS) and nuclear reaction profiling (NRP) evidenced the formation of a GeO2 layer during deposition of thin film. Thermal annealing in Ar and forming gas atmospheres reduced the amount of this oxide layer. The remaining transition layer consisted essentially of aluminum germanates. The effects of the main contaminants introduced by ALD techniques (water and/or hydroxyl groups) could be probed by exposing as-deposited samples to water vapor or oxygen (O2) atmospheres. NRP revealed that O incorporation increases with the thermal annealing temperature and also depends on the employed atmosphere. We also found that O from the gas phase strongly interacts with the Ge semiconductor substrate, effect not observed in Si samples. Ion scattering analyses evidenced an increase of Ge concentration throughout the Al2O3 dielectric layer and on the sample surface, associated with the oxidation of the Ge substrate. These findings are explained by GeO desorption resulting from chemical reactions occurring at the dielectric/Ge interface.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-10T03:08:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335885.pdf: 2610962 bytes, checksum: f704cb592baae927de064d99fbfdf01c (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho foram desenvolvidos dois métodos para a obtenção de cerâmicas porosas pela emulsificação de uma suspensão de alumina. O primeiro usou parafina fundida; e o segundo, óleo de girassol, como agentes formadores de poros. Em ambos os casos, foi usado colágeno como agente estabilizador, que permite a consolidação do sistema emulsionado antes da etapa de sinterização, e também como surfactante para as amostras com o óleo de girassol. Além disso, a adição de colágeno causa uma diminuição do tamanho médio de poros, devido ao aumento da viscosidade da fase contínua combinada com uma diminuição da energia interfacial. As cerâmicas porosas produzidas com parafina e com óleo de girassol apresentaram uma porosidade entre 53-75%. As amostras com parafina apresentaram um tamanho médio de poros entre 9-25 µm. As amostras com parafina sem colágeno apresentaram um tamanho médio de poros de até 57 µm. Já para as amostras com óleo de girassol, o tamanho médio de poros apresentou valores entre 6-13 µm. Um planejamento experimental com base no método de Taguchi foi utilizado para determinar as influências de diferentes parâmetros nos processos realizados. Para as emulsões com parafina foram estudados fatores como o teor de sólidos na suspensão de alumina, o tempo de ultrassom na emulsão final antes da etapa de secagem, o teor de parafina com relação à suspensão de alumina e a taxa de aquecimento no estágio inicial do tratamento térmico. A influência destes parâmetros foi observada nos resultados como tamanho médio de poros, porosidade e interconectividade dos poros. Os fatores que mais se evidenciaram foram o teor de sólidos na suspensão de alumina e a proporção de parafina com relação à suspensão. A resistência mecânica à compressão para duas amostras feitas com parafina apresentou valores de 24 e 46 MPa, que se diferenciaram apenas nas taxas de aquecimento iniciais utilizadas, sugerindo que os estágios iniciais do tratamento térmico têm fundamental importância nas características microestruturais finais das cerâmicas porosas. Para as emulsões com óleo de girassol, os fatores e suas influências estudadas foram o teor de óleo de girassol com relação à suspensão de alumina, o teor de colágeno na emulsão e diferentes velocidades de agitação. A influência destes parâmetros foi observada nos resultados como a viscosidade, o tamanho médio de poros e porosidade. As emulsões apresentaram um comportamento pseudoplástico descrito pela equação de Herschel-Bulkley, e os parâmetros reológicos relevantes estão relacionados com oviiteor de óleo de girassol, com a velocidade de agitação e o teor de colágeno. A combinação das análises térmicas DTG/DTA/FTIR para uma amostra a verde feita com óleo de girassol, mostrou que a queima dos orgânicos ocorre com maiores perdas de massa na faixa de temperatura entre 450-460 °C. Pequenas frações de monóxido de carbono e traços de hidrocarbonetos e de outros gases também foram detectados.<br> / Abstract : In this work two methods were developed to produce highly porous ceramics from emulsification of alumina-collagen slurries. The procedures difference lies on the emulsifier and its interaction with the slurry. Sunflower oil and melted paraffin were used as pore-forming agent. Collagen acts as a suspension stabilizer and promotes the system consolidation before sintering. Moreover, collagen also behaves as surfactant in the sunflower oil slurries. Furthermore, collagen addition diminishes the average pore size, what is attributed to viscosity increase caused by collagen in the continuous phase associated to a lowering of the interfacial energy. Porous ceramics produced with oil and paraffin present porosity values between 53 and 75%. Paraffin-based samples present average pore size between 9 and 23 µm. Samples with paraffin but without collagen present a comparatively higher average pore size (57 µm). On the other hand, the sunflower oil-based samples exhibit lower average pore size between 9-23 µm. Taguchi design was used to determine the effect of different factors on the methods. For emulsions with paraffin the factors were: volume fraction of solids in the alumina suspensions, ultrasound time in the final emulsion before drying, paraffin quantity and heating rate of the initial heat treatment. The influence of these parameters was observed on the average cell size, porosity and cell interconnectivity. The most remarkable factors were the solids loading in the suspension and paraffin:suspension ratio in the emulsified system. The paramount factors were the initial heating rates for paraffin-based porous ceramics. Differences in the mechanical properties values for compression (~22 MPa) suggest a relationship between this factor and the final ceramic microstructure. For sunflower oil case, factors were sunflower oil amount, collagen amount and stirring rate. The influence of these parameters was observed in results as viscosity, the average cell size and porosity. The emulsions exhibited pseudoplastic behavior described by the Herschel-Bulkley model, and the relevant rheological parameters are related to the sunflower oil content, the stirring rate and collagen content. Thermal analysis (DTG/DTA/FTIR) of green samples of oil-based ceramics portrays the organics burnout as critical in the temperatures range of 450-460 °C. Small fractions of carbon monoxide, traces of hydrocarbons and other gases were detected.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-26T16:45:45Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10591056 bytes, checksum: 2fdf989c8c30ecf7cc07670697108251 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T16:45:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10591056 bytes, checksum: 2fdf989c8c30ecf7cc07670697108251 (MD5) Previous issue date: 1995-02-06 / O sensor foi desenvolvido no Laboratório de Instrumentação do Departamento de Física da Universidade Federal de Viçosa. Basicamente, consiste de um capacitor plano em forma de disco, contendo uma placa de alumínio e outra de delgado filme de ouro, obtido por deposição de evaporação a vácuo. O dielétrico é o óxido de alumínio formado por eletrodeposição sobre a própria placa de alumínio e por anodização, cujo eletrólito foi uma solução de H2SO4 a 10%, com densidade de corrente elétrica controlada. Para a realização dos testes utilizou-se uma câmara de controle de umidade, efetuando-se sucessivas medidas da umidade relativa do ar no interior da câmara do valor correspondente à capacitância do sensor. Os testes mostraram que a capacitância do sensor varia, exponencialmente, com a umidade relativa do ar. Embora a maioria dos sensores tenha apresentado resistência elétrica muito elevada, não tendo sido possível medi-los, verificou-se, por meio de um dos sensores, que a resistência elétrica é outra grandeza do sensor que também varia com a umidade relativa do ar, sendo a relação entre resistência do sensor e umidade relativa do ar uma função logarítmica. Verificou-se também que, apesar de a capacitância variar exponencialmente com a umidade e de a resistência variar loogaritmicamente com a umidade, pode-se obter uma grandeza derivada da frequência, que, por meio de um circuito oscilador adequado, varie linearmente com a umidade relativa do ar. Isto vem facilitar a utilização desse sensor na construção de um higrômetro. Mediante resultados obtidos, concluiu-se que o sensor que apresentou melhor desempenho foi aquele obtido com anodização, cuja densidade de corrente foi de 0,10 mA/cm² e tempo de anodização de 30 minutos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-31T14:14:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345556.pdf: 2835210 bytes, checksum: 6d016e8d8d73ae27ff11f49ea1b35634 (MD5) Previous issue date: 2016 / Sendo o resultado da combinação de dois ou mais materiais, os materiais compósitos possuem características únicas e são usados em sistemas de engenharia que necessitam alto desempenho e propriedades altamente específicas, como, por exemplo em aeronaves e equipamentos esportivos. Materiais compósitos podem ser produzidos pela "tecnologia do pó", na qual basicamente o pó metálico e/ou cerâmico é compactado e, por fim, sinterizado. A sinterização é um processo de densificação, onde ocorre a consolidação do material e é a etapa responsável por conferir força e resistência à peça. Assim, nota-se que o controle dessa etapa é determinante para se atingir as propriedades desejadas à peça final. Em paralelo, simulações numéricas do processo de sinterização são uma alternativa em relação a custosos e longos experimentos físicos. Uma metodologia de simulação numérica muito promissora é chamada de Método dos Elementos Discretos (DEM ? Discrete Element Method). Diferentemente dos métodos contínuos de simulação, o DEM considera cada partícula do sistema como um elemento distinto e é ideal para a simulação de meios granulares, como é o caso da sinterização. Assim, esse projeto tem por objetivo simular e analisar o processo de sinterização em estado sólido de materiais compósitos utilizando o Método dos Elementos Discretos. O software utilizado foi o MUSEN, desenvolvido na Universidade Tecnológica de Hamburgo (TUHH - Alemanha). Os materiais do compósito utilizado nas simulação são níquel (metal) e alumina (cerâmico). Especificamente, esse trabalho visa investigar a influência de diferentes proporções de metal/cerâmico em amostras monomodais (apenas um tamanho de partícula) durante a sinterização. Além disso, a influência de partículas maiores de metal em amostras bimodais também foi analisada. Entre as análises conduzidas, foi avaliado o crescimento do raio de contato das partículas entre os diferentes tipos de contatos: metal-metal, cerâmico-cerâmico e metal-cerâmico. O número de coordenação das partículas com esses 3 tipos de contato também foi investigado. Finalmente, a influência de diferentes parâmetros no comportamento de densificação foi analisada e correlacionada com o crescimento de raio de contato e número de coordenação entre as partículas. A partir dos resultados, foi possível confirmar que a modelagem modificada foi capaz de simular a sinterização de compósitos, mesmo para estruturas interpenetrantes. Os resultados das amostras monomodais foram divididos em três diferentes comportamentos de sinterização: controladas pelo metal, controladas pelo cerâmico e estruturas interpenetrantes. As amostras controladas pelo metal apresentaram as maiores taxas de densificação e atingiram as maiores densidades relativas ao final da simulação. As partículas de metal (neste caso níquel) possuem um potencial maior para sinterizar mais rápido que a alumina devido ao seus parâmetros cinéticos e energia superficial. Também foi observado que a adição de uma segunda fase com uma menor atividade de sinterização (alumina) reduz a densificação global em comparação com o puro metal e leva mais tempo para atingir a mesma densidade relativa. As estruturas interpenetrantes apresentaram as menores densificações globais dentre todas amostras devido à densificação independente da fase metálica e cerâmica. Esse comportamento conduziu à formação de muitas fissuras e rachaduras ao longo da amostra e a estrutura inicial foi perdida, formando na verdade uma estrutura porosa. Os resultados das amostras bimodais mostraram um crescimento mais lento do raio de contato para partículas maiores de níquel, como é esperado. Entretanto, a densificação global foi maior para amostras com maiores partículas de níquel. Esse comportamento não era esperado, porém pode ser explicado pela configuração das partículas em estruturas interpenetrantes. Nessas estruturas, não existe uma fase ?matriz?, a fase metálica e cerâmica formam redes contínuas de partículas, chamados de caminhos de percolação. Quando partículas menores estão presentes nessas estruturas, elas apresentam maior força de sinterização, rapidamente se atraem, formam longos aglomerados de partículas e a densificação global praticamente não ocorre. Por outro lado, partículas maiores induzem menores forças de sinterização. Assim, as forças viscosas entre contatos alumina-níquel são suficientes para manter esses contatos unidos e, consequentemente, a densificação global pode ser observada.<br> / Abstract : Composite is a class of material made by the combination of two or more materials, which produces a third one with unique characteristics. For this reason, composites have a wide range of engineering applications, such as spacecrafts and sports? equipment. Composite materials can be suitably produced by Powder Metallurgy. In this manufacturing process, the blend of different powders is shaped and later sintered at high temperatures for consolidation of the part. Thereby, sintering is considered a densification process, which is responsible for providing strength and stiffness to the material or composite. Moreover, its control is essential to reach the desired properties of the final part. In addition, numerical simulations of the sintering process represent an alternative procedure in relation to the lengthy and costly physical experiments. A well-known simulation technique is the Discrete Element Method (DEM). In contrast to continuum methods, DEM considers every particle of the system as a single element and it is recommended to simulate granular media, such as sintering. Thus, the general purpose of this project is to simulate and analyze the solid-state sintering process of composite materials when both materials are sintering using DEM. The software used is the MUSEN system, developed at TUHH ? Germany. The materials chosen for the composite are nickel (metal) and alumina (ceramic). Specifically, the present work aims to investigate the influence of varying contents of metal/ceramic in monosized samples during sintering. These contents range from metal volume fraction of 0.9 to 0.1, and include pure metal and ceramic bodies. Furthermore, the effect of larger metallic particles in the sample is also investigated for a constant metal volume fraction of 0.6. Among the analyses carried out, the contact size growth was evaluated considering the interfaces metal-metal, ceramic-ceramic and metal-ceramic. The coordination number of the particles within these three contacts is also analyzed. Finally, the influence of the varied parameters on the densification behavior is investigated and correlated with the contact size growth and coordination number evolution. The results have shown that the special modeling was capable to simulate sintering of composites even in case of interpenetrating structures. The simulation results of the monosized packing can be divided in three different sintering behaviors: metal-controlled, ceramic-controlled and interpenetrating structures. The metal-controlled samples have shown the highest densification rates and relative density evolution, as one might expect. The nickel particles have higher potential to sinter faster than alumina due to their kinetic parameters and surface energy. Hence, metal particles induce high forces to shrink the system and indirectly transfer forces to the sintering of ceramic phase. Interpenetrating structures have shown the lowest overall densification due to independent densification of metal and ceramic phase. It has led to large cracks through the samples and the initial structure has been lost. The results of bimodal packings have shown a slower growing of the contact radius for larger nickel particles, as expected. However, the global densification has been higher for samples with larger nickel particles. This unexpected behavior can be explained due to the particle configuration and distribution of forces in the interpenetrating structures. Smaller particles induce higher forces, quickly agglomerate themselves and are not capable to drive a global densification. On the other hand, larger particles induce weaker sintering forces. Thereby, the resistance force between nickel-alumina contacts is high enough to keep these contacts attached and, consequently, a global densification can be observed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:12:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347269.pdf: 1641693 bytes, checksum: 62d0d85a1008250a66166c9a80167fe1 (MD5) Previous issue date: 2017 / A ozonização associada ao uso de catalisadores é proposta como uma tecnologia promissora aplicada ao tratamento de águas e efluentes, na qual há a formação de espécies radicalares altamente reativas e não seletivas, que conduzem a um aumento da razão de mineralização dos poluentes orgânicos. Vários óxidos metálicos têm sido propostos como catalisadores, mas ainda existem diversos aspectos relativos a este processo que precisam ser estudados para que se torne uma alternativa tecnológica para aplicação em larga escala. O objetivo deste trabalho é investigar a eficiência dos óxidos de manganês e de alumínio na ozonização catalítica dos ácidos húmicos, avaliando os efeitos das condições operacionais na taxa relativa de mineralização e oxidação parcial. Os catalisadores foram caracterizados através de análise do ponto de carga zero, área superficial específica (BET), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva (EDS), difração de raios X (DRX) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS). A cinética de adsorção dos ácidos húmicos revelou que somente o óxido de alumínio é capaz de adsorver os ácidos húmicos, enquanto que a adsorção em óxido de manganês é muito pequena. Na ozonização não catalítica foi avaliada a influência do pH na reação de mineralização dos ácidos húmicos visando a redução de UV254 e VIS400. A taxa da ozonização não catalítica aumenta com o aumento do pH e, em pH 5,5, atingiu-se, respectivamente, 81,4% e 89,3% de remoção da matéria orgânica em 1 h em UV254 e VIS400. Os catalisadores foram avaliados quanto à atividade catalítica e o emprego do catalisador de óxido de alumínio resultou na maior mineralização dos ácidos húmicos com 98,8% e 97,1% de mineralização em UV254 e VIS400, respectivamente. A taxa da ozonização catalítica dos ácidos húmicos aumenta com o aumento da dosagem dos catalisadores na seguinte ordem: 0,5 g/L Al2O3 > 0,1 g/L Al2O3 > 0,5 g/L Mn2O3 0,1 g/L Mn2O3. Foi observado que o processo de ozonização catalítica utilizando óxido de alumínio apresentou uma taxa de degradação dos ácidos húmicos 2,3 vezes maior do que a da ozonização não catalítica. / Abstract: The ozonation associated with the use of catalysts is proposed as a promising technology applied to the treatment of water and effluents, in which there is a formation of species radically highly reactive and non- selective, which has an increase in the mineralization ratio of organic pollutants. Several metal oxides have been proposed as catalysts, but there are still several aspects related to this process that need to be studied to become a technological alternative for large scale application. The goal of this work is to investigate the efficiency of manganese and aluminum oxides in the catalytic ozonation of humic acids, evaluating the effects of operational conditions on relative rate and mineralization and partial oxidation. The catalysts were characterized by point of zero charge analysis, BET surface area, infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), X- ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The adsorption kinetics of humic acids revealed that only aluminum oxide is capable of adsorbing humic acids, whereas the adsorption on manganese oxide is very small. In non-catalytic ozonation the influence of pH on the humic acid mineralization reaction was evaluated aiming at the reduction of UV254 and VIS400. The rate of non-catalytic ozonation increases with increasing pH and, at pH 5.5, 81.4% and 89.3% removal of the organic matter were achieved in 1 h in UV254 and VIS400, respectively. The catalysts were evaluated for catalytic activity and the use of the aluminum oxide catalyst resulted in the higher mineralization of humic acids with 98.8% and 97.1% of mineralization in UV254 and VIS400, respectively. The rate of catalytic ozonation of humic acids increases by increasing catalyst dosage in the following order: 0,5 g/L Al2O3 > 0,1 g/L Al2O3 > 0,5 g/L Mn2O3 0,1 g/L Mn2O3. It was observed that the catalytic ozonation process using aluminum oxide achieved a mineralization rate of humic acids 2.3 times greater than non-catalytic ozonation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-31T03:18:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348411.pdf: 4802564 bytes, checksum: 9cc094244049a235efb2cb367ac0e889 (MD5) Previous issue date: 2017 / Laminados cerâmicos começaram a ser produzidos de forma que interfaces, camadas ou tensões residuais térmicas fossem utilizadas com intuito de se oporem ao início do crescimento de trinca e/ou poderem desenvolver uma resistência limite que deveria ser ultrapassada para que houvesse tal crescimento. O presente estudo teve como objetivo produzir compósitos particulados de alumina tenacificada com zircônia (ZTA, zirconia-toughened alumina), nos quais a zircônia empregada é parcialmente estabilizada com ítria (Y-PSZ, yttria-partially stabilized zirconia), dotados ou não de camadas intermediárias de Y-PSZ como fase de reforço. O trabalho foi dividido em duas partes. A primeira parte visou desenvolver ZTAs sinterizados com 5 vol% e 30 vol% de Y-PSZ processados via colagem de fitas (tape casting) e caracterizá-los microestrutural e mecanicamente. A segunda parte do trabalho teve como objetivo produzir compósitos laminados sinterizados com camadas de ZTA (os mesmos da primeira parte) alternadas com camadas de Y-PSZ produzidas por tape casting e centrifugação (spin coating), caracterizando sua microestrutura e comportamento mecânico. Os resultados mostraram que a adição de Y-PSZ em 5 vol% na matriz de alumina refinou os grãos de Al2O3, trazendo um consequente aumento da resistência média à flexão de 284,7 MPa para 340,0 MPa. Entretanto, a tenacidade à fratura não variou. A adição de Y-PSZ em 30 vol% resultou numa microestrutura com tamanho médio de grão de alumina ainda menor, com formação de núcleos de zircônia que permitiram a ela ativar seus mecanismos de tenacificação e, dessa forma, aumentar a resistência média à flexão em ~20% e a tenacidade à fratura de 3,0 MPa·m½ para 4,2 MPa·m½ comparados ao ZTA com 5 vol% de Y-PSZ. As fases de reforço produzidas via tape casting e spin coating aumentaram a resistência média à flexão em ~21% e ~43% respectivamente. Compósitos laminados com camada espessa de ZTA com 30 vol% de Y-PSZ e com camada fina processada por spin coating apresentaram maiores valores resistência mecânica média (361,7 MPa) e confiabilidade (m = 9,8). O comportamento mecânico dos compósitos se mostrou dependente da microestrutura, dos mecanismos de tenacificação e das tensões residuais térmicas impostas durante o resfriamento após a sinterização.<br> / Abstract : Ceramic laminates began to be produced in such a way that interfaces, layers or thermal residual stresses were used in order to oppose the beginning of crack growth and/or to develop a threshold strength that should be exceeded in order to achieve such growth. The aim of the present study was to produce particulate composites of zirconia-toughened alumina (ZTA), in which zirconia was partially stabilized with yttria (Y-PSZ) with or without intermediate Y-PSZ layers as reinforcement phase. The work was divided into two parts. The first part aimed to develop sintered ZTAs with 5 and 30 vol% Y-PSZ processed through tape casting and to characterize them microstructurally and mechanically. The second part of the work had as objective to produce sintered laminated composites with layers of ZTA (the same of the first part) alternated with layers of Y-PSZ produced by tape casting and spin coating, characterizing its microstructure and mechanical behaviour. The results showed that the addition of 5 vol% Y-PSZ in the alumina matrix refined the Al2O3 grains, bringing a consequent increase in mean flexural strength from 284.7 MPa to 340.0 MPa. However, fracture toughness did not change. The addition of Y-PSZ in 30 vol% resulted in a microstructure with an even smaller alumina grain size, with formation of zirconia clusters that enabled it to activate its toughening mechanisms and, thus, increase the mean flexural strength in ~20% and fracture toughness from 3.0 MPa·m½ to 4.2 MPa·m½ compared to ZTA with 5 vol% Y-PSZ. The reinforcement phases produced by tape casting and spin coating increased the mean flexural strength in ~21% and ~43% respectively, compared to ZTA without reinforcement layer. Laminated composites with thick ZTA layer with 30 vol% of Y-PSZ and thin layer processed by spin coating presented the highest value of mean flexural strength (361.7 MPa) and reliability (m = 9,8). The mechanical behaviour of the composites was shown to be dependent on the microstructure, the toughening mechanisms and thermal residual stress imposed during the cooling.