El proceso de fabricación de aleaciones por molienda reactiva de polvos elementales es de interés debido a su capacidad de crear aleaciones tanto con tamaño de grano y de dispersoides cerámicos nanométricos, obteniéndose un material que posee propiedades mecánicas mejores que una aleación similar fabricada bajo métodos convencionales, además de mantener dichas propiedades a altas temperaturas. El presente trabajo es parte del proyecto FONDECYT Nº 1070294, el cuál tiene como finalidad estudiar aleaciones de Cu fabricadas por éste método. Los objetivos de este trabajo son: I) Estudiar y comprender la evolución de la microestructura de las aleaciones Cu-5 %vAl2O3(binaria) y Cu-2.5 %vAl2O3-2.5 %vTiC(ternaria) fabricadas por molienda reactiva de polvos elementales y posterior extrusión en caliente. II) Estudiar la influencia del tiempo de molienda y la composición nominal de los polvos elementales de las aleaciones en su microestructura, tanto después de la extrusión a 750[°C] como después de un posterior recocido a 600[°C], para evaluar su estabilidad a altas temperaturas. Las aleaciones binarias presentaron un tamaño de cristalita de entre 20 a 200[nm] (en forma de polvos), que se observaron por Difracción de Rayos-X (DRX) y Microscopía de Transmisión (TEM). También, se observó la presencia de dispersoides de Al2O3-α y CuO de entre 1 a 5[nm], mediante Difracción de Electrones (DE) y TEM de Alta Resolución. Una vez extruídas, el tamaño de grano se observado por TEM fue de entre 1 y 5 [µm], con subgranos internos de 100[nm], los dispersoides crecieron a aproximadamente 20[nm] y la dureza de la aleación fue medida entre 190 a 220[HV], con una baja de un 5 % aprox. después del recocido. La dureza está dentro de los valores esperados, ya que es bastante superior a la del Cu puro y concuerda con los resultados obtenidos en investigaciones anteriores. También se observó una interfaz Cu/Al2O3-α semi-coherente mediante TEM de alta resolución. Las aleaciones ternarias presentaron un tamaño de cristalita de entre 20 a 100[nm] (en forma de polvos), que se observaron por DRX y TEM. También, se observó la presencia de dispersoides de Al2O3-α, TiO y CuO de entre 1 a 10[nm], mediante DE y TEM de Alta Resolución. Una vez extruídas, el tamaño de grano se observado por TEM fue de entre 1 y 3 [µm], con subgranos internos de 100[nm]. Los dispersoides crecieron a aproximadamente 20[nm] y la dureza promedio medida fue entre 180 a 200[HV], con una baja de un 5 % aprox. después del recocido, para las aleaciones ternarias de 10 y 30 horas. Por otro lado, la aleación molida por 20 horas presentó una dureza de 290 y 260[HV] antes y después del recocido respectivamente. La dureza de las aleaciones de 10 y 30 horas es mucho más baja de lo obtenido en estudios anteriores debido a una formación excesiva de TiO, que aparte de impedir la formación de TiC, no ayudan a detener la deformación plástica. La aleación de 20 horas no presentó un exceso de TiO, y una presencia razonable de TiC, por lo que su dureza es mucho más alta que las demás aleaciones ternarias acá fabricadas. También resultó ser más dura que todas las aleaciones binarias, debido a que posee dos tipos de dispersoides, TiC(coherentes) y Al2O3-α(semi-coherentes) que actúan sobre dos mecanismos distintos de deformación plástica, lo que es más efectivo que tener una fracción en volumen igual de dispersoides, pero de un sólo tipo.

Pós fluxantes são escórias sintéticas utilizadas no processamento do aço via lingotamento contínuo com o objetivo de promover maior qualidade superficial ao produto lingotado. Para tanto, os pós fluxantes desempenham as seguintes funções: (i) promoção do isolamento térmico e químico do aço, (ii) absorção das inclusões nãometálicas provenientes do aço, (iii) promoção da lubrificação do molde e (iv) controle da transferência de calor entre o aço e o molde. O bom desempenho de cada função está diretamente relacionado às propriedades físicas e químicas que os pós apresentam, as quais são funções de sua composição química. Durante o processo de lingotamento, os pós fluxantes sofrem alterações em sua composição original proporcionadas por diferentes mecanismos que afetam as propriedades dos pós fluxantes. Um dos principais mecanismos responsáveis pelas alterações da composição das escórias é a interação química que ocorre entre o aço líquido e o pó fluxante fundido. Nesse trabalho foram realizadas simulações via aplicativo termodinâmico FactSage com o intuito de avaliar as interações entre metal líquido e escória. Três sistemas simples para a escória – um ternário (CaO-Al2O3-SiO2), um quaternário (CaO-Al2O3-SiO2-MgO) e um quinário (CaO-Al2O3-SiO2-MgO-Na2O) – e uma liga de Fe saturada em alumínio e oxigênio – 0,1%, 0,01% e 0,001% de Al – foram escolhidos para a realização das simulações, visando avaliar o incremento de Al2O3 da escória através da interação entre o alumínio dissolvido no ferro e a sílica presente na escória. O aumento do teor de alumina na escória foi quantificado para cada um dos três sistemas estudados em função do teor de Al e da razão S/M (kg de pó fluxante/t de metal líquido). Foram realizadas curvas de resfriamento para as escórias – que sofreram alterações em sua composição – para avaliar a influência da variação da composição sobre o comportamento de solidificação destas, baseadas em diagramas pseudobinários. Por fim, foram realizados cálculos de viscosidade para estas escórias através do modelo IRSID, para analisar a influência da composição sobre a viscosidade. Mostrou-se, para as condições escolhidas, que as alterações da composição química das escórias devido às interações entre metal líquido e escória são significativas, afetando as propriedades dos pós fluxantes, tais como seu comportamento de solidificação e sua viscosidade. / Mold powders are synthetic slags used in steel processing via continuous casting in order to promote greater surface quality to casting product. Thus, the mold powders perform the following functions: (i) promotion of the thermal and chemical insulate of steel, (ii) absorption of non-metallic inclusions from the steel, (iii) promotion of the lubrication of the mold and (iv) control of the heat transfer between steel and mold. The good performance of each function is directly related to physical and chemical properties presented by the powders, which are functions of their chemical compositions. During casting process, the mold powders undergo changes in their original composition provided by different mechanisms that affect the properties of mold powders. One of the main mechanisms responsible for changes in the composition of the slag is the chemical interaction that occurs between liquid steel and molten mold powders. In this work, simulations were carried out via thermodynamics software FactSage with the purpose of evaluating the interactions between the liquid metal and slag. Three simple systems – a ternary (CaO-Al2O3-SiO2), a quaternary (CaO-Al2O3- SiO2-MgO) and a quinary (CaO-Al2O3-SiO2-MgO-Na2O) – and a Fe alloy saturated with aluminum and oxygen – 0,1%, 0,01% and 0,001% Al – were chosen to perform the simulations in order to evaluate the increase of Al2O3 in slag through the interaction between the dissolved aluminum in iron and silica present in the slag. The increase of alumina content in the slag was quantified for each of the three systems studied as a function of Al content and the ratio S/M (mold powder kg/t liquid metal). Cooling curves were performed for slags – that suffered changes in their composition – to assess the influence of the composition variation on the behavior of slags, based on the pseudo-binary diagrams. Calculations of viscosity for these slags through the IRSID model to analyze the influence of chemical composition on the viscosity were performed. For the conditions chosen, it was shown that changes in chemical composition of the slag due to interactions between liquid metal and slag are significant, affecting the properties of fluxing powders, such as the solidification behavior and viscosity.

O objetivo deste estudo foi analisar as propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina e alumina-feldspato quando expostas a um meio agressivo (ácido acético 4%). Os corpos cerâmicos de alumina, contendo diferentes quantidades de feldspato (0, 1, 5, 10, 40 ou 100%), foram sinterizados a 1160, 1300, 1600 ou 1700ºC. Os espécimes foram divididos em três grupos de acordo com o tamanho do entalhe infligido (0, 30 ou 50% da largura do corpo-de-prova). Metade dos corpos cerâmicos foi exposta a uma solução de ácido acético a 4%. Os corpos cerâmicos sem e após ataque foram submetidos a ensaios para a determinação da resistência mecânica e do KIC; (por flexão a 4-pontos), área superficial (BET) e porosidade (método de Arquimedes). A microestrutura foi investigada por microscopia óptica e eletrônica de varredura, incluindo mapeamento por EDS, para a determinação da presença e distribuição de elementos químicos de interesse (C, O, Al, Si, K, Na, Mg). A solução lixiviada pelo ataque por ácido acético foi analisa para a determinação da concentração dos íons (Na+, Al+3, Si+4 e K+). Os resultados mostraram que os corpos cerâmicos sinterizados a 1700ºC, quando expostos ao ácido acético, diminuem sua resistência mecânica. Para os corpos cerâmicos sinterizados a 1600ºC a resistência mecânica não foi alterada. Nessas amostras, o KIC até aumentou após a exposição ao ácido acético. O ataque por ácido acético causou aumento na área superficial específica e do volume total de poros, o que foi confirmado pela concentração de íons na solução lixiviada pelo ataque por ácido acético. A fase vítrea, mesmo em pequenas quantidades, auxilia os corpos cerâmicos à base de alumina-feldspato a adquirir as propriedades mecânicas similares, ou até melhores, do que os corpos cerâmicos de alumina, dependendo da temperatura de sinterização. Isso sugere que é possível aperfeiçoar a formulação e a temperatura de queima de cerâmicas baseado na introdução de fase vítrea na microestrutura dos materiais, a fim de enfrentarem o rigor do ambiente oral. / This study investigates the mechanical properties of alumina-feldspar based ceramics when exposed to an aggressive environment (acetic acid 4%). Alumina ceramics containing different concentrations of feldspar (0, 1, 5, 10, 40 or 100%) were sintered at one of the temperatures 1160, 1300, 1600, or 1700oC. The samples were divided according to the inflicted flaws (of height 0, 30, or 50%). Half of these ceramic bodies were exposed to 4% acetic acid. The ceramic bodies whether or not exposed to acetic acid were tested in order to determine mechanical resistance and KIC (4 point bending test), superficial area (BET) and porosity (Archimedes). The microstructure was analyzed by optical and scanning microscopy, including element mapping performed by EDS to determine the presence and distribution of specific chemical elements (C, O, Al, Si, K, Na, Mg). The leachate solution was evaluated to determine the concentration of ions (Na+, Al+3, Si+4 e K+). The results showed that the ceramic bodies sintered at 1700oC decrease their mechanical resistance when exposed to acetic acid. The mechanical resistance for ceramic bodies sintered at 1600ºC was not altered. In these samples, the KIC even increased after acetic acid exposure. The acetic acid attack increased specific superficial area and total pore volume, which was confirmed by the ion concentration on the leachate solution. The glassy phase, even in small amounts, aids the alumina-feldspar based ceramics in acquiring similar or even better mechanical properties than alumina ceramic bodies, depending of sintering temperature. This suggests that is possible to enhance both formulation and sintering temperature of ceramics based on the introduction of glassy phase into the microstructure in order to face the rigors of the oral environment.

Peças cerâmicas são normalmente produzidas através da aplicação de calor sobre argilas transformadas, de matérias-primas naturais ou materiais sintéticos, utilizando água e/ou outros aditivos como agentes de ligação, para formar um produto rígido, seguido por um processo de conformação. Alguns dos métodos mais comuns de conformação incluem extrusão, colagem, prensagem, colagem em fita e moldagem por injeção. No entanto, o uso de tecnologias de prototipagem rápida na fabricação de materiais cerâmicos tem aumentado nos últimos anos devido às suas muitas vantagens, porém poucos estudos foram realizados utilizando como matéria-prima a alumina em impressão 3D. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes ligantes (PVA, PVAc e Goma Arábica) nas propriedades físicas de peças de alumina obtidas por impressão 3D por jato de tinta. Além disto, avaliar também a influência da granulometria do pó na confecção destas peças. Porosidade aparente, densidade aparente, retração após tratamento térmico, resistência mecânica e tamanho de poro foram avaliados. Os resultados obtidos demonstraram que as peças com melhor acabamento e propriedades fisicas foram as com o ligante PVA. Ainda, foi aumentado o teor de ligante de 3 para 5% em massa. Nas amostras com 3%, uma granulometria média favoreceu a obtenção de melhores resultados estruturais e de aparência, sendo, por exemplo, os valores de resistência mecânica de 47MPa, porosidade aparente média de 30% e tamanho médio de poro próximo de 21μm. Para a concentração de 5%, foi a granulometria menor que obteve os melhores resultados, onde os valores de resistência mecânica, porosidade aparente média e tamanho de poro, por exemplo, foram de 63MPa, 22% e 21 μm, respectivamente. Para todos os ligantes e granulometrias a retração volumétrica média foi de ~50%. Conclui-se desta forma, que comparativamente, as peças impressas com os resultados mais satisfatórios foram as peças da composição com 5% de ligante PVA, passante em peneira 325 ABNT. / Ceramics pieces are typically produced by the application of heat upon processed clays, natural raw materials or chemically synthetic materials, accomplished of water and/other additives as binders, to form a rigid product followed by a shape forming process. Some of the most common forming methods for ceramics include extrusion, slip casting, pressing, tape casting and injection molding. However, the use of rapid prototyping technologies in the manufacture of ceramic materials in the biomedical area has increased in recent years due to its many advantages and few studies are conducted on obtaining alumina pieces intended for biomedical applications by 3D printing. Thus, the aim of this work was to evaluate the influence of different binders (PVA, PVAc and gum arabic) on the final properties of alumina parts obtained by inkjet printing. Moreover, was evaluated the influence of particle size in manufacturing parts. Apparent porosity, apparent density, retraction after thermal treatment, mechanical strength and pore size were evaluated. The results showed that the parts with PVA binder achieved a better appearance and better final properties. Further, the binder amount of 3 was increased to 5%wt. Samples with 3%wt and a mean particle size promoted to obtain the major structural results and appearance being, which for example, the mechanical strength was 47MPa, mean apparent porosity was 30% and mean pore size of 21μm. Samples with 5%wt and the minor particle size achieved the major results, where, for example, the values of mechanical strength, mean apparent porosity and mean pore size were 63MPa, 22% and 21μm, respectively. To all binders and particle size the volumetric shrinkage was ~ 50%. It was concluded, comparatively, the printed parts with the most satisfactory results were samples with 5%wt PVA, sieved at 325 mesh.

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. / The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

Herein, we study the contact damage performance of two armour ceramics, alumina and silicon carbide, with varying microstructures and one particle-reinforced ceramic nanocomposite, alumina/silicon carbide, in an attempt to understand the microstructural mechanisms that affect plasticity and cracking under quasi-static and dynamic conditions. Quasi-static contact damage was imitated using Vickers indentation over a varying load regime. Numerical analysis of the indentation size effect, performed using the proportional specimen resistance model, allowed the contributions of plastic deformation and cracking to be separated into two individual values. In all three samples, higher levels of surface energy were found to correlate with increased amounts of cracking per unit area of indentation impression. Analytical modelling of crack initiation during Vickers indentation together with quantitative measurements of surface flaw populations revealed that such an increase in cracking damage was the result of higher densities of larger flaws. The hardness of the monolithic ceramics was found vary based on grain size and porosity levels, a smaller average grain size and lower porosity levels resulting in higher hardness values. In the nanocomposite materials, hardening was found to occur with further additions of silicon carbide nanoparticles. Such an effect has been attributed to the increased dislocation densities, as measured using Cr3+/Al2O3 fluorescence spectroscopy, and the impedance of dislocation movement within the lattice due to the presence of silicon carbide nanoparticles. In order to simulate dynamic contact damage, a low velocity, scaled-down drop-weight test was designed and developed. The dynamic contact damage resistance was determined based on the depth of penetration of a blunt indenter. In the monolithic ceramics, the indenter penetration was found to be shallower in materials of higher hardness. However, the nanocomposite materials displayed an opposing trend, the indenter penetration becoming deeper in the samples of higher hardness. The macro-scale fracture patterns produced during drop-weight impacts were seen to vary based on flaw populations and indenter penetration. In certain microstructures, extensive micro-cracking was also observed.

O presente trabalho tem como objetivo o estudo e aproveitamento de cinzas leves da queima de carvão mineral em termoelétrica, como reforço para o Compósito de Matriz Metálica de cobre. Foram estudados diferentes percentuais de cinzas leves como reforço para o cobre, sendo misturados estes pós através de m , compactando os pós em diferentes pressões e sinterizando os corpos de prova obtidos pela compactação. A amostra sinterizada que apresentou a maior dureza entre todos os corpos de prova sinterizados, atingindo 89 HV, foi utilizada como base para a formulação e obtenção de novos corpos de prova, que foram estudados sob condições de moagem dos pós por moinho de bolas e moagem de alta energia. A fabricação do compósito seguiu os padrões industriais do processo de Metalurgia do Pó, como a mistura e moagem dos pós, compactação dos pós e sinterização em atmosfera controlada. Foi realizado o estudo das propriedades físicas e elétricas do compósito formado por cobre e cinzas leves, que comprovou o aumento da dureza para 122 HV, mantendo a condutividade do cobre puro. Este trabalho proporciona uma nova aplicação para as cinzas leves, utilizando estes resíduos de usinas termoelétricas como matéria prima para reforço mecânico na composição de peças à base de cobre, na indústria metalmecânica. / This paper aims to study and use fly ash from coal-fired thermal power plant, as reinforcement for copper Metal Matrix Composite. Different fly ash percentage were studied as reinforcement for copper. The powders were mixed by "Twin V Mixer'', were compacted at different pressures and the compacted samples were sintered. The sintered sample with the highest hardness among all samples reached 89 HV and was used as basis for the formulation and obtaining of new samples, which were studied under controlled conditions of ball milling and mechanical alloying. The manufacture of the composite was made using Powder Metallurgy processes like mixing and milling of powders, compacting of the powders and sintering at controlled atmosphere. A study on the physical and electrical properties of the composite formed by copper and fly ash was carried out proving the hardness increase to 122 HV and maintaining the conductivity of pure copper. This work provides a new application for fly ash using these power plants waste as raw material for mechanical reinforcement in the composition of copper parts in the metalworking industry.

Revestimentos de máquinas e equipamentos industriais sofrem desgastes consideráveis por abrasão, impacto e ataque químico, o que torna necessária frequente parada de produção para ações de manutenção. Esta situação motiva o desenvolvimento de materiais de maior resistência a estas solicitações. A adição de óxidos de zircônio e cério em compostos à base de alumina tem demonstrado a capacidade de aumentar as propriedades mecânicas deste tipo de cerâmica, tornando estes materiais promissores candidatos ao uso em maquinário industrial. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi o estudo da influência da adição de diferentes teores, 25, 30 e 35% de zircônia parcialmente estabilizada com 14% de céria (ZPEC) em compósitos à base de alumina. Para obtenção destes compostos, óxido de alumínio, óxido de cério e óxido de zircônio foram misturados em moinho de bolas e conformados por prensagem isostática a frio, seguido de secagem e sinterização entre 1300 e 1600°C. As propriedades físicas, químicas e mecânicas dos materiais após a sinterização foram avaliadas por ensaios porosidade aparente, densidade relativa, retração linear de queima, dureza Vickers, resistência à flexão em 4 pontos e ao choque térmico, e tenacidade à fratura (KIc). Os materiais investigados apresentaram densificação na faixa de 94,3% a 95,75% da densidade teórica para a temperatura de sinterização de 1600°C, e estes valores aumentaram com aumento do teor de ZPEC. Estes compósitos apresentaram uma melhora de 23% na resistência à flexão em comparação coma alumina pura. / Machinery and industrial equipment coatings suffer considerable damage from abrasion, impact and chemical attack, which makes it necessary to stop frequent maintenance actions. This situation motivates the development of materials of greater resistance to these requests. The insertion of zirconium oxide and cerium oxide in alumina-based compound has shown the ability to increase the mechanical properties of this type of technical ceramics. In this context, the objective of this work is the study of the influence of zirconium oxide and cerium oxide content (25 to 35%) in alumina-based composite. For these compounds, aluminum oxide, cerium oxide and zirconium oxide were mixed in ball mill and then, conformed by isostatic pressing. After, passed through a drying process and were the 1300, 1500 and 1600°C sintering. The mechanical properties of the materials after sintering were evaluated by mechanical resistance tests, Vickers hardness, KIc, thermal shock, linear shrinkage and porosity. The investigated materials showed densification in the range of 94.3 % to 95.75% of the theoretical density at sintering temperature of 1600 ° C and these values increased with the increase of ZPEC content. These composites can reach 23% of flexural strength greater than that of pure alumina, and with a tendency to increase this improvement with the percentage increase of ZPEC in alumina.

L'alumine, utilisée comme support de catalyseurs pour la réaction de Fischer-Tropsch ou pour la conversion de la biomasse, se transforme partiellement en présence d'eau en phases (oxy)hydroxydes à l'origine de fines qui posent problème dans la mise en ¿uvre de procédés en réacteurs de type slurry. Afin de concevoir des catalyseurs plus stables et plus résistants, ce travail de thèse visait à identifier le mécanisme d'hydratation et de dégradation des alumines de transition en phase aqueuse, et à étudier la façon dont des additifs organiques (alcools, polyols) ou inorganiques (Mg, Zr, Ni et Si) permettent de limiter cette dégradation. La conduite d'une étude systématique sur l'hydratation des alumines à 70°C à pression atmosphérique, ou à 150°C en conditions hydrothermales, a permis de définir un mécanisme général en deux étapes: une dissolution de la surface de l'alumine, suivie d'une précipitation, respectivement, d'hydroxydes d'aluminium Al(OH)3 ou de boehmite AlOOH sur les grains d'alumine. Par ailleurs, la dégradation chimique tend à favoriser la dégradation sous contraintes mécaniques. La présence de polyols en phase aqueuse, principalement des molécules à 5 ou 6 atomes de carbone, ralentit la dissolution de l'alumine et inhibe la précipitation de la boehmite. Les ions métalliques utilisés comme dopants de l'alumine ont tous un effet similaire sur la diminution de l'hydratation. Une inhibition totale de l'hydratation est obtenue par greffage de silicium à partir de TEOS. Une étude DRIFT dans la région des vibrations OH suggère que les additifs inorganiques inhibent la dissolution de l'alumine en bloquant des sites Al-OH localisés sur les faces latérales des particules. / Alumina, used as a catalyst support for the Fischer-Tropsch reaction or for the conversion of biomass, partially transforms in presence of water into (oxy)hydroxides phases. The formation of the latter leads to the production of fine particles that may cause plugging problems in the implementation of processes based on slurry bubble column reactors. In order to design more stable and more resistant catalysts, this PhD work aimed at identifying the mechanism of hydration and degradation of transition aluminas in aqueous phase, and to study how organic (alcohols, polyols) or inorganic (Mg, Zr, Ni and Si) additives can limit this degradation. The conduct of a systematic study on the hydration of alumina at 70°C under atmospheric pressure, or at 150°C in hydrothermal conditions, allowed defining a general two-step mechanism: a dissolution of the surface of alumina, followed by a precipitation of, respectively, aluminum hydroxides (Al(OH)3) or boehmite (AlOOH) on alumina grains. Furthermore, the chemical degradation tends to promote the degradation under mechanical stress. The presence of polyols in aqueous phase, mainly molecules with 5 or 6 carbon atoms, slows down the dissolution of alumina and inhibit the precipitation of boehmite. Metal ions used as dopants of alumina all have a similar effect on the decrease of hydration. A total inhibition of hydration is obtained by grafting silicon using TEOS. A DRIFTS study in the OH vibration region suggests that inorganic additives inhibit the dissolution of alumina by blocking Al-OH sites located on the lateral facets of the particles.

Orientador: Prof. Dr. Humberto Naoyuki Yoshimura / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / As biocerâmicas dentárias disponíveis no mercado apresentam altos índices de sucesso clínico, mas ainda apresentam limitações quanto às propriedades ópticas e mecânicas. O objetivo geral deste trabalho foi estudar e desenvolver biocompósitos de alumina infiltrados com vidro para restauração dentária, com elevadas propriedades mecânicas e tribológicas associadas à elevada transmissão óptica, por meio da compatibilização dos índices de refração do vidro e da alumina (1,76). Os vidros foram preparados segundo a composição base 25% SiO2, 20% B2O3, 25% Al2O3, 15% TiO2 e 15% La2O3 (% em mol) com adições de CaO, CeO2, CaO-CeO2, Nb2O5 e Y2O3. Estas adições causaram aumento do índice de refração nos vidros. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) possibilitou verificar que as variações na composição química dos vidros resultaram em variações de conectividade da rede vítrea de SiO4 e BO3 e nas quantidades de espécies, como AlO4 e AlO6. A espectrometria de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) de alta resolução dos vidros indicaram que a adição de B2O3 aumentou a fração de oxigênios não ponteantes na estrutura vítrea e a coloração marrom avermelhada apresentada por alguns vidros foi consequência das presenças de Ti3+, Ce3+ e Nb5+. Os vidros preparados apresentaram boas propriedades mecânicas, com dureza Vickers variando entre 7,22 e 8,06 GPa e tenacidade à fratura variando entre 0,91 e 1,35 MPa.m½, sendo os resultados correlacionados com as características estruturais dos vidros. A adição de CaO ao vidro melhorou as propriedades ópticas dos compósitos, enquanto que as adições de CeO2, Nb2O5 e Y2O3 foram prejudiciais. Os ensaios de tribologia apresentaram os menores valores para o coeficiente de atrito médio, .med, para cargas menores que 30 mN. O maior valor de .med para cargas maiores foi associado à formação de tribofilmes. / Dental bioceramics developed so far show high survival rates but still have limitations on optical and mechanical properties. The general objective of this work was to study and develop glass-infiltrated alumina biocomposites for dental restorations, with high mechanical and tribological properties associated to high optical transmission, by matching the refractive indexes of the glass with the alumina (1.76). Glasses were prepared according to the base composition 25% SiO2, 20% B2O3, 25% Al2O3, 15% TiO2 and 15% La2O3 (% in mol) with additions of CaO, CeO2, CaO-CeO2, Nb2O5 and Y2O3. These additions caused an increase in the refractive index in the glasses. Infrared spectroscopy (FTIR) allowed verifying that the variations in the chemical composition of the glasses resulted in variations of the connectivity of the SiO4 and BO3 glass networks and in the quantities of species, such as AlO4 and AlO6. High resolution X-ray photoelectron spectrometry (XPS) of the glasses indicated that the addition of B2O3 increased the fraction of non-bridging oxygen in the glass structure and the reddish-brown coloration presented by some glasses was a consequence of the presence of Ti3+, Ce3+ and Nb5+. The prepared glasses presented high mechanical properties, with Vickers hardness varying between 7.22 and 8.06 GPa and fracture toughness varying between 0.91 and 1.35 MPa.m½; the results were correlated with the structural characteristics of the glasses. The addition of CaO to the glass improved the optical properties of the composites, whereas the additions of CeO2, Nb2O5 and Y2O3 jeopardized the transmittance. Tribology tests showed the lowest values for the average friction coefficient .med for loads smaller than 30 mN. The higher .med value for larger loads may be associated with the formation of tribofilms.