Devido a crescente preocupação com relação ao efeito estufa e com o objetivo de obter produtos de maior valor agregado a partir dos gases CH4 e CO2, este trabalho estudou catalisadores de níquel suportados em diferentes óxidos (Al2O3, CeO2, MgO e ZrO2) promovidos com ZnO aplicados na reação de reforma seca de metano para obter gás de síntese (H2 + CO). Primeiramente foram estudados catalisadores de níquel suportados em ZrO2 dopados com diferentes teores de zinco: 0%, 5%, 12,5% e 25% a fim de selecionar o catalisador mais promissor para estudos posteriores. Também foram utilizados dois métodos de preparo: impregnação e co-precipitação. Os resultados de DRX mostraram que a adição de zinco estabilizou a fase tetragonal da zircônia em todos os teores de zinco e em ambos os métodos de preparo. As análises de RTP mostraram que os catalisadores impregnados sofreram maior redução do que os co-precipitados e para maiores teores de zinco foram necessárias maiores temperaturas de redução. Os testes catalíticos mostraram que o aditivo zinco não exerceu efeito sobre os catalisadores impregnados, porém para as amostras co-precipitadas notou-se um teor ótimo com relação à conversão de reagentes na reação e o catalisador 5Ni12ZZc apresentou os melhores resultados. A deposição de carbono também foi menor nos catalisadores co-precipitados. No estudo dos diferentes suportes, as análises de DRX sugerem a dopagem de todos os óxidos com zinco, pois houve mudanças no parâmetro de rede em todas as amostras. As análises de RTP mostraram que a adição de zinco diminui a temperatura de redução do catalisador suportado em alumina e, no suporte CeO2 o efeito é o contrário. Nos testes catalíticos observaram-se efeitos distintos: nos catalisadores Ni-ZnO-CeO2 e Ni-ZnO-MgO o efeito da adição de zinco causou diminuição na conversão dos reagentes, por outro lado, causou diminuição na deposição de carbono e inibição da formação do carbono grafite; nos catalisadores Ni-ZnO-Al2O3 a conversão de reagentes não se alterou com a adição de zinco porém houve uma diminuição na deposição de carbono. Os melhores resultados, portanto, foram apresentados pelo catalisador 5NiZnAl que converteu acima de 80% dos reagentes e não sofreu desativação pela deposição de carbono. / Due to the increasing concern related to the greenhouse effect and aiming to obtain products with higher added-value from CH4 and CO2 gases, nickel catalysts supported on different oxides (Al2O3, CeO2, MgO and ZrO2) promoted with ZnO were studied and applied to the dry reforming of methane reaction to obtain syngas (H2+CO). Firstly, ZrO2 supported Nickel catalysts doped with different zinc content: 0, 5, 12,5 and 25% molar ratio were used to identify and select the best amount of zinc to further studies. Two preparation methods were investigated: impregnation and co-precipitation. The XRD results showed that the zinc addition stabilized the zircon tetrahedral phase of all catalysts from both preparation methods. The TPR analyses showed that the impregnated catalysts reduced more than the co-precipitated ones and higher reduction temperature was needed for the catalysts with higher zinc content. The catalytic tests indicated that the zinc content did not have any effect over the impregnated catalysts, whilst for the co-precipitated samples, a great content was noted and the 5Ni12ZZc catalyst showed the best results. The co-precipitated catalysts also had lower carbon deposition. In the study of different supports, the XRD analyses showed that the zinc interacts with all the used oxides, because there were changes of the cell parameter of all samples. The TPR analyses indicated that the zinc addition lowers the reduction temperature of the alumina supported catalyst and the effect is opposite for the CeO2 support. Different effects were observed during the catalytic tests: for the CeO2 and MgO supported catalysts the effect of zinc addition caused a decrease in the conversion of reactants, but it lowered the deposition of carbon and inhibited the formation of graffiti carbon; for the Al2O3 supported catalysts, the reactant conversion was the same with the addition of zinc, however there was a reduction on the carbon deposition. Therefore, the best results were obtained for the 5NiZnAl catalyst, which converted over 80% of the reactants and wasn\'t deactivated by carbon deposition.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4315.pdf: 4002019 bytes, checksum: a7b7282115bf939f257fd8a5748b615e (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / Universidade Federal de Sao Carlos / There are many industries which use powders somewhere in their production process, such as: food, pharmaceuticals, ceramics, cement and fertilizer industries. The knowledge of properties associated with the flowability of these materials is important, since the characteristics of the powders can go through amendments in processing. Thus, the evaluation of indexes of flowability and the identification of main factors which influence the powders flowability play an important role in the operation and design of industrial devices. The objective of this study was to evaluate the flowability properties of organic and inorganic powders, as well as analyze which factors interfered in these properties. The organic materials were represented by whole and skim milk powders, while alumina and ceramic powder were selected for the assessment of inorganic materials. The physical characterizations carried out were: display materials morphology at SEM (Scanning Electron Microscopy), size distribution, particle density, initial moisture content, aerated bulk density and tapped bulk density. The measured materials flowability properties were: angle of internal friction, effective angle of internal friction, angle of wall (galvanized steel) friction and flow index, all of them determined by Jenike's direct shear cell, Hausner ratio obtained from the values of tapped and aerated bulk densities; angle of repose, determined through the dropping of powder in an acrylic surface. In general, the results obtained, considering all methodologies employed for the determination of materials flowability, demonstrated that alumina, ceramic powder and whole milk powder, if compared to skim milk powder, presented lower indexes of flowability. If these materials were stored in silos made of galvanized steel, alumina and ceramic powder flowability would be more difficult than that of skim and whole milk powders. Thus, the results showed that the material physical properties interfere in powders flowability. The skim milk powder flowed more easily than whole milk powder, because higher fat content and smaller average particle size of whole milk powder decreased the flowability of this material in comparison to the skim milk powder. Likewise, despite they have similar composition, alumina presented lower flowability that ceramic powder, because this powder had larger average particle size and the powder presented fewer agglomerated particles. / Existem muitas indústrias que trabalham com pós em alguma parte de seu processo de produção, como: as alimentícias, as farmacêuticas, as cerâmicas, as de cimentos e as de fertilizantes. O conhecimento das propriedades associadas à escoabilidade destes materiais é importante, já que as características dos pós podem sofrer alterações no processamento. Desta forma, a avaliação de índices de escoabilidade e a identificação dos principais fatores que influenciam na escoabilidade de pós são informações que auxiliam as operações industriais e no projeto de equipamentos. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a escoabilidade de pós orgânicos e inorgânicos, analisando quais fatores interferiram nesta propriedade. Os materiais escolhidos para representarem os materiais orgânicos foram os leites em pó integral e desnatado, enquanto que a alumina e o pó cerâmico foram selecionados para a avaliação dos materiais inorgânicos. As caracterizações físicas realizadas foram: visualização da morfologia dos materiais no MEV, distribuição granulométrica, massa específica da partícula, teor de umidade inicial, densidade bulk aerada e densidade bulk compactada. A escoabilidade dos materiais foi determinada pelas medidas de: ângulo de atrito interno, ângulo de atrito interno efetivo, ângulo de atrito com a parede de aço galvanizado e índice de escoamento, todos eles determinados pelo cisalhamento direto nas células de Jenike; índice de Hausner obtidos a partir dos valores das densidades bulk compactada e aerada; ângulo de repouso, determinado através do escoamento do pó em uma superfície de acrílico. De maneira geral, os resultados obtidos, considerando-se todas as metodologias empregadas para a determinação da escoabilidade dos materiais, demonstraram que a alumina, o pó cerâmico e o leite em pó integral, se comparados ao leite em pó desnatado, apresentaram menores índices de escoabilidade. Se esses materiais fossem armazenados em silos feitos de aço galvanizado, o escoamento da alumina e do pó cerâmico seria mais difícil do que os leites em pó desnatado e integral. Assim, os resultados mostraram que as propriedades físicas do material interferem na escoabilidade dos pós. O leite em pó desnatado escoou mais facilmente que o leite em pó integral, pois o maior teor de gordura juntamente com o menor tamanho médio das partículas do leite em pó integral diminuíram a escoabilidade deste material em relação ao leite em pó desnatado. Da mesma forma, apesar das composições similares, a alumina apresentou menor escoabilidade que o pó cerâmico, pois este tinha partículas de maior tamanho médio e menos aglomeradas.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAPA-INTRODUCAO.pdf: 471295 bytes, checksum: 99f6fa2d53c1ccb1e2f39b487739efd6 (MD5) Previous issue date: 2011-11-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Recent studies demonstrated that small quantities of nanoparticles, added to a material, are able to modify significantly its properties. In this work was studied the properties of a nanocomposite of epoxy and nanoparticles of alfa alumina or titanium oxide (2,5% wt/wt and 5 wt/wt).The aim here is to determine how much these metallic oxides are able to modify the nanocomposite s properties when compared with the neat resin. For the characterization were applied the following techniques: Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ray diffraction, Nanoindentation, Microhardness, Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermogravimetry (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dielectric Strength. The results showed that the dielectric strength, the hardness and the Young´s modulus are significantly modified by the nanoparticles adding. / Recentes pesquisas têm demonstrado que a adição de pequenas quantidades de nanopartículas a uma matriz pode afetar significativamente suas propriedades. Neste trabalho foram estudadas as propriedades de nanocompósitos de matriz epóxi aditivadas com duas concentrações nanopartículas de alumina alfa ou óxido de titânio (2,5% m/m e 5,0%m/m). O objetivo da investigação é determinar o quanto estes óxidos metálicos podem influenciar nas propriedades do nanocompósito quando comparadas com a matriz pura. Para a caracterização foram utilizadas as seguintes técnicas: Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Difratometria de Raio-X, Nanoindentação, Microdureza, Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Termogravimetria (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Rigidez Dielétrica. Os resultados indicam que a rigidez dielétrica, a dureza e o módulo de elasticidade sofrem alterações significativas com a adição de nanopartículas.

Neste trabalho foi estudado o processo de moldagem por injeção em baixa pressão (LPIM do inglês: low-pressure injection molding) de pós cerâmicos submicrométricos para a produção de molas cerâmicas. O trabalho compreende a confecção de moldes e pequenas injetoras de laboratório, extração dos ligantes orgânicos utilizados durante a moldagem, a sinterização das peças e alguns ensaios preliminares para avaliar as propriedades mecânicas de molas cerâmicas. A LPIM apresenta muitas vantagens na produção de peças cerâmicas complexas, quando comparada à moldagem por injeção tradicional. Entretanto LPIM apresenta alguns problemas na remoção da mistura de ligantes que são maiores quando se confecciona peças cerâmicas preparadas com pós submicrométricos. Mas, por outro lado, a utilização destes pós permite a obtenção de corpos sinterizados com alta densidade e excelentes propriedades mecânicas. Os pós cerâmicos utilizados foram a alumina (Al2O3) e a zircônia (ZrO2), e o ligante principal utilizado foi a parafina. Moldes tubulares e moldes usinados multipartidos foram desenvolvidos para moldagem por injeção de molas de alumina e uma pequena injetora foi construída para injetar peças de zircônia. Os moldes tubulares mostraram-se pouco adequados. Por outro lado, a utilização do molde de latão multipartido, revestido com PTFE (politetrafluoretileno), melhorou o processo de fabricação de molas cerâmicas, possibilitando a confecção de quantidades maiores e com boa reprodutibilidade. No processo de sinterização das molas cerâmicas as distorções foram evitadas utilizando cilindros cerâmicos como suporte das molas. As molas de alumina e zircônia tiveram suas densidades e durezas medidas e estão de acordo com a literatura. Finalmente, foram feitos alguns ensaios preliminares de compressão com molas cerâmicas de alumina e zircônia para avaliar sua constante de mola e a carga máxima suportada antes da quebra. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-15T16:08:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raquel Andreola.pdf: 15781483 bytes, checksum: 33fd01d3cfc733b522788fea2e290b5a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-15T16:08:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raquel Andreola.pdf: 15781483 bytes, checksum: 33fd01d3cfc733b522788fea2e290b5a (MD5) / In this work the low-pressure injection molding (LPIM) of submicrometer-sized ceramic powders was studied aiming to produce ceramic springs. The work comprised the production of molds and laboratory equipment for injection molding, the debinding of the organic vehicle used in the molding, the sintering of ceramic parts, and some preliminary experiments to evaluate the mechanical properties of the ceramics springs. The LPIM presents many advantages for complex ceramic parts production, in comparison with traditional high-pressure injection molding. However, LPIM has some difficulties associated to the debinding step, that are even greater for ceramic parts made with submicrometer-sized powders. But, on the other hand, the use of submicrometer-sized powders allows the production of sintered bodies with high density and better mechanical properties. The submicrometer-sized ceramic powders used in this work were alumina (Al2O3) and zirconia (ZrO2), and the main binder was the paraffin. Tubular molds and a multipart machined mold were developed for injection molding of alumina springs, and a little injection machine was build for injection molding of zirconia parts. The tubular molds had a limited performance. On the other hand, the multipart brass mold, coated with PTFE (polytetrafluorethylene), improved the ceramics spring molding process, making it possible to produce ceramic springs in greater quantities with good reproducibility. In the sintering process of the ceramic springs, major distortions of the parts were avoided using ceramic beams to support the springs. The alumina and zirconia ceramic springs had their measured density and hardness in good agreement with literature. Finally, some preliminary compression tests were performed with alumina and zirconia ceramic springs in order to evaluate their spring constant and maximum load before failure.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-08-09T22:34:12Z No. of bitstreams: 1 AldemiroJoseRochaPalma_TESE.pdf: 1984561 bytes, checksum: b3a56954198f95830b50a6c91ccef3bc (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-08-10T20:49:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AldemiroJoseRochaPalma_TESE.pdf: 1984561 bytes, checksum: b3a56954198f95830b50a6c91ccef3bc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-10T20:49:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AldemiroJoseRochaPalma_TESE.pdf: 1984561 bytes, checksum: b3a56954198f95830b50a6c91ccef3bc (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / A produ??o de materiais cer?micos de alumina encontra grandes aplica??es industriais. S?o requeridos para esses produtos, n?veis elevados de desempenhos tecnol?gicos obtidos pelos altos padr?es no processo de fabrica??o. Contudo, ap?s vida ?til, esses s?o geralmente descartados de forma elementar, nem sempre reaproveitados por um processo adequado de gerenciamento de res?duos. No contexto ceramista s?o crescentes as pesquisas direcionadas para a utiliza??o de res?duos na formula??o de massas cer?micas com a finalidade de reduzir quantidades de mat?rias primas convencionais. Objetivando gerar contribui??es cient?fica, tecnol?gica e ambiental, o presente trabalho consistiu na s?ntese da cer?mica beta alumina s?dica (Na-b-Alumina), tendo como materiais de partida o chamote do isolador cer?mico de velas de igni??o inserv?veis, fonte de alfa alumina (a-Al2O3) e o bicarbonato de s?dio (NaHCO3), fonte de ?xido de s?dio (Na2O), obtido do res?duo gerado pelo processo de manuten??o de extintores de inc?ndio do tipo p? qu?mico. A beta alumina s?dica foi obtida a partir de mistura convencional dos ?xidos de alum?nio e s?dio em propor??es molares adequadas. Foi realizada a coleta das velas inserv?veis e tratamentos f?sicos atrav?s de choques mec?nicos, moagem, purifica??o magn?tica, lavagem, secagem e nova moagem a alta energia para a produ??o do p? de chamote, o qual, por evid?ncia, apresentou alto teor de a-alumina (84,34%) constatado por an?lise qu?mica FRX e das fases presentes por DRX. De forma semelhante, an?lises de FRX e DRX constataram elevados teores de ?xido de s?dio (86,62%) no res?duo de p? qu?mico utilizado nos extintores. As etapas do procedimento experimental se seguiram com a defini??o e formula??o qu?mica em base molar dos materiais de partida (1:9; 1:10 e 1:11 Na2O/Al2O3), inclus?o de aditivos, par?metros de moagem, an?lise granulom?trica, dilatometria, conforma??o dos corpos de prova, sinteriza??o e caracteriza??o do produto final atrav?s de an?lises f?sica de absor??o de ?gua, porosidade aparente, retra??o linear, DRX e MEV. Os produtos cer?micos obtidos na temperatura de queima a 1.200 oC e base molar de 1:10 (Na2O/Al2O3), evidenciaram maior presen?a da fase beta alumina s?dica, em presen?a de uma segunda fase (a-alumina), com propriedades dentro dos par?metros t?cnicos exigidos. A partir dos resultados obtidos, foram propostos novos estudos e aplica??es na confec??o cer?micas utilizadas em equipamentos laborat?rios, sensores de gases e componentes el?tricos, dentro outros. / Ceramic materials the alumina base are large industrial applications. They are required for these products, specific characteristics obtained by following strict criteria during the manufacturing process. However, after life, not always these products are reused by a suitable waste management process. In ceramist context, advance research aimed at the reuse of waste aimed at obtaining ceramics and composite materials, with marked reduction of conventional raw materials. Aiming to generate scientific, technological and environmental contribution, this work studied to obtain a composite of alumina ceramic (Al2O3) and sodium beta alumina (NaAl11O17 ), and as starting materials the residue of the ceramic insulator of spark plugs, as a source alumina (Al2O3) powder and unusable sodium bicarbonate (NaHCO3) of fire extinguishers, as a source of sodium oxide (Na2O). The final ceramic product was obtained from a conventional mixture of sodium aluminum oxide in appropriate molar proportions. Sample spark plugs were obtained, discarded by lifetime, specific to a manufacturer, which, after passing through mechanical stress (grinding, magnetic purification, washing, drying and grinding the high energy), which resulted in residue powder with ceramic content of 84.34 % alumina (Al2O3), found by FRX chemical analysis, the phases present and identified by DRX. The dry chemical fire extinguisher, baking soda-based (NaHCO3) with expired, was obtained through direct collection of the waste generated during maintenance. Subjected to heat treatment at 120 ?C , the NaHCO3 powder was decomposed in sodium oxide ( Na2O), which, subjected to chemical analysis (FRX) and mineralogical (DRX) revealed a content of 86.62 % sodium oxide (Na2O) . In the following steps the experimental procedure, chemical formulations were made on a molar basis of the starting material (1:9, 1:10 and 1:11 de Na2O/ Al2O3) inclusion of additives, milling parameters, sieve analysis, dilatometry, conformation of specimens, sintering in firing steps at 800 ?C , 1000 ?C and 1.200 ?C with varying stays 30 , 60 and 120 minutes in each of the levels. The characterization of the final product was made by the following physical tests: water absorption, porosity, linear shrinkage, mineralogical analysis by DRX and microstructural analysis by MEV. A higher formation of sodium beta alumina (NaAl11O17), in sintered specimens in levels of 1.200 ?C and 120 minutes, despite the prevailing coexistence of alpha phase alumina (Al2O3). From the results obtained opens up prospects for the reuse of waste studied in this work, the potter context and in other technological areas.

Pastilhas de dióxido de urânio (UO2) são empregadas como combustível nos reatores nucleares de potência, onde as condições operacionais introduzem elevados gradientes térmicos nas pastilhas. Potências elevadas propiciam a fusão da parte central das pastilhas. O inchamento das pastilhas de dióxido de urânio (UO2), decorrente dos produtos de fissão, pode causar o trincamento do material, em função disso, o estudo do seu comportamento mecânico é importante. Esse trabalho avaliou a aplicação de método ultrassônico na obtenção de constantes elásticas. Em função das dificuldades no manuseio do material nuclear, optou-se por um estudo comparativo em pastilhas de alumina (Al2O3). Foram fabricados e usados dois conjuntos de 10 pastilhas de Al2O3 com densidades de 92% e 96%. Foi desenvolvida técnica ultrassônica por transmissão obtendo medidas do tempo de percurso de ondas ultrassônicas, longitudinais e transversais, usadas para a determinação das constantes elásticas do material. Equações relacionando a velocidade da onda ultrassônica ao módulo de elasticidade, módulo de cisalhamento e coeficiente de Poisson, permitiram obter essas constantes elásticas, que apresentaram excelente concordância com a literatura disponível para o Al2O3.

Neste trabalho estudamos vários fatores que tem uma forte influência sobre o comportamento da alumina- &#946 &#34, um condutor iônico para íons de sódio com composição 8,85%Na2O+0,75%Li2O+90,40%Al2O3 (% em peso). O papel das impurezas freqüentemente encontradas na alumina-&#945 obtida pelo processo Bayer, tais como cálcio, silício e ferro, é estudado na alumina -&#946 &#34. Dopagem destas impurezas, separadas e em conjunto, na alumina-&#946 &#34 mostram a forte influência que exercem sobre a conversão de fase alumina - &#946 &#8594 &#946 &#34, condutividade iônica, resistência mecânica e microestrutura da alumina-&#946. Os resultados obtidos indicam claramente que a presença simultânea de cálcio e silício tem forte efeito negativo sobre as propriedades da alumina-&#946 &#34, devido à presença de uma nova fase intergranular. A presença simultânea de ferro, cálcio e silício deprimem a formação dessa fase causando um efeito positivo sobre as propriedades da alumina-&#946 &#34. O uso da técnica de redução carbotérmica do hidróxido de alumínio produz uma alumina-&945 com excelentes características para a preparação de alumina-&#946 &#34, que quando comparada à alumina-&#946 &#34 preparada com a alumina Baikowski, mostrou ser superior. A redução carbotérmica reduz consideravelmente os teores de impurificação da alumina pelo sódio, silício, cálcio e ferro, além de produzir uma alumina livre de aglomerados que conduz a uma melhor conversão de fase alumina -&#946 &#8594 &#946 &#34. A alumina obtida através da redução carbotérmica, além de possuir características desejáveis para a preparação da alumina-&#946 &#34, também é própria para outras aplicações especiais / The ionic conductor for sodium ions known as &#946 &#34 alumina with composition 8,85%Na2O+0,75%Li2O+90,40%Al2O3 (% wt), was studied considering the influence of several variables on its ceramic processing. The effect of impurities frequently found on the raw material used for the preparation of this ionic conductor such as silicon, calcium and iron were studied isolated and mixed together on such properties as phase conversion &#946 &#8594 &#946 &#34 - alumina, ionic conductivity, mechanical properties and microstructure. The results of the experiments clearly indicates that calcium and silicon generates a new phase when present simultaneously in the &#946 &#34 - alumina. This new phase, located at the grain boundary, has a strong negative effect on the ionic conductivity addition of iron destroys this new phase improving the properties of the impure material. The carbothermal reduction of the aluminum hydroxide gives a &#945- alumina that is excelent for &#946 &#34 - alumina preparation when compared with Baikowski alumina. The carbothermal reduction decreases the impurification of &#945-alumina as calcium, iron, silicon and sodium and a fine particle size distribution, without aggregates, that makes the phase conversion &#946 &#8594 &#946 &#34 -alumina very efficient due to a better distribution of the Li+ ion. The &#945 - alumina obtained by carbothermal reduction of the aluminum hydroxide is also adequate for others special applications of &#945 - alumina alone

Neste trabalho, foi investigado o comportamento tribológico dos pares cerâmicos aluminanitreto de silício no deslizamento em água e em uma suspensão de sílica coloidal em água (hidrosol). O objetivo foi verificar a possibilidade de atingir um coeficiente de atrito da ordem de unidades de milésimos, aqui chamado de ultra-baixo coeficiente de atrito (UBCA), verificar se a mudança do meio, de água para hidrosol, diminui o running-in do coeficiente de atrito, e verificar o efeito da variação da rugosidade inicial da alumina no comportamento do atrito. Os ensaios foram realizados na configuração de teste esferasobre- disco, no qual a esfera foi de nitreto de silício e o disco de alumina, sob carga normal de 54 N e velocidade de 1 m/s. A água utilizada nos ensaios foi destilada e deionizada, e a sílica coloidal amorfa, hidrofílica, sem porosidade e de tamanho médio de partícula de 12 nm foi a Aerosil® 200, e o hidrosol foi preparado com pH 8,5 num eletrólito de NaCl de 1 mM. A esfera de nitreto de silício, adquirida comercialmente, e a alumina, sinterizada em laboratório, foram caracterizadas quanto a densidade, as fases foram determinadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varedura (MEV) observada em amostras ceramográficas atacadas. Algumas propriedades mecânicas como dureza, módulo de elasticidade e tenacidade à fratura foram determinadas. Duas condições de rugosidade dos discos de alumina foram utilizadas nos ensaios tribológicos, 350 nm e 10 nm RMS. Em todos os ensaios, em água, em hidrosol e independentemente da rugosidade inicial do disco o coeficiente de atrito no regime permanente apresentou pequena dispersão de valores de 0,002 a 0,006, e não foi possível estabelecer diferença entre elas. A menor rugosidade do disco de alumina acarretou menor desgaste e menor período de running-in de coeficiente de atrito, tanto em água quanto em hidrosol. Os ensaios em meio de hidrosol acarretaram menor desgaste das cerâmicas e apresentaram menor running-in de coeficiente de atrito, comparados aos ensaios com água. O disco de alumina apresentou menor desgaste do que a esfera de nitreto de silício, em todas as condições estudadas. Com a análise das perdas volumétricas, da rugosidade final das superfícies desgastadas, das curvas de coeficiente de atrito e das espessuras mínimas de filme lubrificante, calculadas com uso de modelo da literatura, foi possível relacionar a diminuição do desgaste e do running-in de coeficiente de atrito em meio de hidrosol, com a presença da sílica na superfície ou próxima dela. / In this work, the tribological behavior of the alumina-silicon nitride couple was investigated under water and hydrosol (colloidal silica suspensions in water) lubricated sliding. The purposes were to study how an ultra-low friction coefficient can be achieved and to analyze the effects of the environment, lubricant and alumina roughness changes on the friction behavior. Ball-on-disk tests with a normal load of 54 N and a sliding speed of 1 m/s were carried out, using a silicon nitride ball and an alumina disk. The water used as lubricant was distilled and deionized. The silica was amorphous colloidal and hydrophilic, without porous and with a 12 nm medium particle diameter, commercially named Aerosil ® 200. The hydrosol was obtained with a pH value of 8,5 and a 1mM NaCl electrolyte. To estimate the minimum film thickness, formed during the lubricated sliding tests, a theory model was used. The commercial silicon nitride balls and the alumina disks, which were conformed and sintered in laboratory, were characterized by density, X-ray diffraction and scanning electron microscopy measurements. The mechanical properties such as hardness, Young modulus and fracture toughness were determined. The friction coefficient values obtained in the steady state regime showed low standard deviations (0,002 to 0,006) under all conditions. A shorter period of running-in was observed with the lower disk roughness, both in water and hydrosol lubrication. The hydrosol lubricated sliding produced a lower wear and friction running-in comparing with the tests under water lubrication. The alumina disk always showed lower wear than the silicon nitride ball. The volume loss, friction coefficients, worn surfaces roughness and minimum film thickness results suggest that the wear and friction coefficient running-in decrease was caused by the presence of silica on the sliding surfaces or on the near surface regions.

Cerâmicas porosas encontram um vasto campo de aplicações tecnológicas, tais como isolantes térmicos em equipamentos siderúrgicos, filtros de fluidos em altas temperaturas e biomateriais. A obtenção dessas estruturas por meio de moldagem direta de suspensões aquosas é uma interessante técnica de conformação, pois, peças com geometrias complexas e de grandes volumes podem ser produzidas. Neste caso, a consolidação ocorre, geralmente, pela ação de um ligante hidráulico, cuja função é garantir níveis mínimos de resistência mecânica à verde. Em sistemas refratários, os ligantes mais utilizados são o cimento de aluminato de cálcio (CAC) e alumina hidratável (AH), devido à alta refratariedade e custos competitivos destes materiais. Nas estruturas porosas à base de alumina, particularmente, eles podem proporcionar valores distintos de porosidade e diferentes tipos de microestruturas. Este trabalho teve como objetivo entender como o CAC e a AH interagem com a alumina. Foram avaliados a evolução microestrutural e os efeitos do teor (10 até 40% em volume de ligante hidráulico) e do tamanho das partículas da matriz (alumina fina e grossa) nas amostras à verde e durante o aquecimento inicial até 1500°C. De modo geral, maiores volumes de ligantes permitiram a obtenção de estruturas à verde mais rígidas e resistentes, porém menos porosas. Além da porosidade total (PT), as microestruturas decorrentes das transformações de fases cristalinas ou amorfas também influenciaram os resultados mecânicos. No caso do CAC, as fases formadas durante as reações in situ ajudaram a melhorar as propriedades mecânicas das amostras, mesmo que acompanhado por um acréscimo em porosidade. Em proporções estequiométricas, os cristais de hexaluminato de cálcio (CA6) formados após tratamento a 1500°C inibiram a densificação, ajudando na manutenção da PT (36,7-46,5%), ainda com boa resistência (acima de 20 MPa em compressão diametral). Nos sistemas ligados com AH, observou-se grandes perdas em propriedades mecânicas antes da sinterização, as quais foram relacionadas ao aumento de densidade real dos precipitados do ligante e à perda de conexão entre as partículas da matriz. Em altas temperaturas, os precipitados de AH auxiliaram a sinterização e garantiram a obtenção de peças porosas quando se utilizou alumina grossa (PT: 44,3-47,7%). / Porous ceramics have a wide range of technological applications, such as thermal insulation in steelmaking furnaces, filter for high temperature fluids and as biomaterials. Obtaining these structures through the direct casting of aqueous suspensions is an interesting conformation method since pieces with complex geometries and large volumes can be produced. In this case, the consolidation usually occurs by the action of a hydraulic binder, which provides the minimum levels of mechanical strength in green samples. In refractory systems, the most used binders are calcium aluminate cement (CAC) and hydratable alumina (HA), due to the high refractoriness and competitive costs of these materials. Particularly, in porous alumina-based structures, they can provide distinct values of porosity and different types of microstructures. The purpose of the present work is to understand how CAC and HA interact with alumina. The effects of the binder content (from 10 up to 40% in volume) and the particle size of the matrix (fine and coarse) during initial heating up to 1500°C were studied. In general, larger volumes of binders provided green samples with less porosity but higher mechanical strength. Besides total porosity (TP), the microstructures generated from the transformations of crystalline or amorphous phases also influenced the mechanical results. In the case of CAC, the phases formed by in situ reactions improved the mechanical properties of the samples, despite the increase in porosity. In stoichiometric proportions, the crystals of calcium hexaluminate (CA6) formed after treatment at 1500°C inhibited the densification, favoring to maintain total porosity (36.7-46.5%), even with acceptable mechanical properties (above 20 MPa under diametric compression). In HA-bonded systems, before the sintering begins, a decrease in mechanical properties was noted and related to the increase in density of the precipitates and loss of connection between the matrix particles. At high temperature, the precipitates from HA aided the sintering and guaranteed porous samples in coarse alumina composition (TP: 44.3- 47.7%).

Neste trabalho foi estudado o processo de moldagem por injeção em baixa pressão (LPIM do inglês: low-pressure injection molding) de pós cerâmicos submicrométricos para a produção de molas cerâmicas. O trabalho compreende a confecção de moldes e pequenas injetoras de laboratório, extração dos ligantes orgânicos utilizados durante a moldagem, a sinterização das peças e alguns ensaios preliminares para avaliar as propriedades mecânicas de molas cerâmicas. A LPIM apresenta muitas vantagens na produção de peças cerâmicas complexas, quando comparada à moldagem por injeção tradicional. Entretanto LPIM apresenta alguns problemas na remoção da mistura de ligantes que são maiores quando se confecciona peças cerâmicas preparadas com pós submicrométricos. Mas, por outro lado, a utilização destes pós permite a obtenção de corpos sinterizados com alta densidade e excelentes propriedades mecânicas. Os pós cerâmicos utilizados foram a alumina (Al2O3) e a zircônia (ZrO2), e o ligante principal utilizado foi a parafina. Moldes tubulares e moldes usinados multipartidos foram desenvolvidos para moldagem por injeção de molas de alumina e uma pequena injetora foi construída para injetar peças de zircônia. Os moldes tubulares mostraram-se pouco adequados. Por outro lado, a utilização do molde de latão multipartido, revestido com PTFE (politetrafluoretileno), melhorou o processo de fabricação de molas cerâmicas, possibilitando a confecção de quantidades maiores e com boa reprodutibilidade. No processo de sinterização das molas cerâmicas as distorções foram evitadas utilizando cilindros cerâmicos como suporte das molas. As molas de alumina e zircônia tiveram suas densidades e durezas medidas e estão de acordo com a literatura. Finalmente, foram feitos alguns ensaios preliminares de compressão com molas cerâmicas de alumina e zircônia para avaliar sua constante de mola e a carga máxima suportada antes da quebra. / In this work the low-pressure injection molding (LPIM) of submicrometer-sized ceramic powders was studied aiming to produce ceramic springs. The work comprised the production of molds and laboratory equipment for injection molding, the debinding of the organic vehicle used in the molding, the sintering of ceramic parts, and some preliminary experiments to evaluate the mechanical properties of the ceramics springs. The LPIM presents many advantages for complex ceramic parts production, in comparison with traditional high-pressure injection molding. However, LPIM has some difficulties associated to the debinding step, that are even greater for ceramic parts made with submicrometer-sized powders. But, on the other hand, the use of submicrometer-sized powders allows the production of sintered bodies with high density and better mechanical properties. The submicrometer-sized ceramic powders used in this work were alumina (Al2O3) and zirconia (ZrO2), and the main binder was the paraffin. Tubular molds and a multipart machined mold were developed for injection molding of alumina springs, and a little injection machine was build for injection molding of zirconia parts. The tubular molds had a limited performance. On the other hand, the multipart brass mold, coated with PTFE (polytetrafluorethylene), improved the ceramics spring molding process, making it possible to produce ceramic springs in greater quantities with good reproducibility. In the sintering process of the ceramic springs, major distortions of the parts were avoided using ceramic beams to support the springs. The alumina and zirconia ceramic springs had their measured density and hardness in good agreement with literature. Finally, some preliminary compression tests were performed with alumina and zirconia ceramic springs in order to evaluate their spring constant and maximum load before failure.