O objetivo deste estudo foi avaliar parâmetros para o desenvolvimento de métodos visando à determinação elementar em alumina, cimento e quartzo por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) com amostragem de suspensão. Alguns elementos foram investigados como possíveis candidatos a padrões internos (PIs) Be, Dy, Gd, In, La, Sc, Y, Yb eTl. Amostras de material de referência certificado (CRM) de alumina (Alumina Reduction Grade 699), de cimento Portland (1889a Blended with Limestone e 1886a White Portland cement with low iron) do National Institute of Standard and Technology (NIST), e amostras de quartzo, cedidos pelo Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), denominados T-4FI, T-2FI e T-4GR, foram utilizadas na otimização instrumental, no desenvolvimento e na avaliação da exatidão do método. Nanopartículas de sílica de alta pureza (Wacker HDK® T40), Wacker Chemie AG foram utilizadas no estudo de adsorção dos elementos e padrões internos como proposta de produção de material calibrante para a análise direta de sólidos. Para a escolha dos PIs foram construídos gráficos de correlação usando valores de potenciais de excitação, energias de ionização e temperaturas de fusão dos analitos e dos candidatos a PIs. Análise exploratória por agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise dos componentes principais (PCA), também foram realizadas. A avaliação de desempenho do ICP OES foi feita em meio das suspensões das amostras a partir do estabelecimento de figuras de mérito como sensibilidade, robustez, seletividade e repetibilidade. Na otimização do foram considerados os parâmetros potência, vazão de nebulização e vazão de gás auxiliar. A determinação de Ca, Fe, Ga, Na, Si e Zn em alumina foi feita após dissolução em forno de micro-ondas com posterior precipitação do Al(III) com NH3. O uso de padrão interno foi essencial para a exatidão do método, com recuperações do CRM que variaram de 83 a 117%. Para a matriz cimento foram avaliados o efeito da concentração de ácido nítrico na extração dos analitos ( Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, Ti e Zn) e na adsorção dos elementos candidatos a PIs (Be, Sc, In, Dy). As determinações por suspensão e uso de padrão interno (exceto para Cr, S e Zn), com 0,5% v v-1 de HNO3, nebulizador Burgener e condições robustas do ICP geraram resultados com recuperações entre 68 e 119%. As determinações de Al, Ba, Cr, Fe, K, Li, Mg, Na, Sr e Ti em quartzo foram executadas com introdução de suspensão e ausência de padrão interno, usando condições do ICP similares àquelas adotadas na determinação elementar para matriz de cimento. Nesse caso as recuperações variaram de 90 a 107%. A adsorção dos analitos e padrões internos sobre as nanopartículas de sílica pode ser uma alternativa para a preparação de padrões de calibração quando se deseja realizar a introdução direta do material sólido em suspensão. / The aim of this study was to evaluate parameters for the development of methods for elements determination in alumina, cement and quartz by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) with slurry sampling. Some elements were investigated as candidates for internal standards (ISs) Be, Dy, Gd, In, La, Sc, Y, Yb and Tl. Samples of certified reference material (CRM) of alumina (Alumina Reduction Grade - 699), Portland cement (blended with the 1889a and 1886a Limestone White Portland cement with low iron) from the National Institute of Standards and Technology (NIST), and quartz samples, suplied by the Department of Physics from Federal University of São Carlos (UFSCar), named T-4FI, T-2FI and T4GR were used to optimize instrumental, method development and accuracy evaluation of the method. Nanoparticles of high purity silica (Wacker HDK T40 ®), Wacker Chemie AG were used in the study adsorption of the analytes and internal standards as calibrating material for direct analysis of solids. Correlation graphs using excitation potentials, ionization energies and melting point temperatures were used for chosing the best ISs. Exploratory analysis using hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA) were also performed. Optimization of ICP OES was performed in aqueous and slurry samples to establishment figures of merit, such as sensitivity, robustness, selectivity and repeatability. In the optimization of ICP, power supply, nebulizer flow rate and auxiliary gas flow rate were considered. The determination of Ca, Fe, Ga, In, Si and Zn in alumina was made after decomposition in a microwave oven with subsequent precipitation of Al(III) with NH3 gas. The internal standard was essential to obtain the accuracy of the method, with recoveries of CRM analysis ranging from 83 to 117%. For the cement analysis was evaluated the effect of nitric acid concentration over analytes extraction (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, Ti and Zn) and ISs candidate adsorption (Be, Sc, In and Dy). Determinations of the elements in cement slurry with the internal standard (except for Cr and Zn), with 0.5% v v-1 HNO3, nebulizer Burgener and robust conditions of ICP produced results with recoveries between 68 and 119%. The determinations of Al, Ba, Cr, Fe, K, Li, Mg, Na, Sr and Ti in quartz were performed with the slurry introduction and without of internal standard, using similar conditions of those adopted for cement matrix. In this case the recoveries ranged from 90 to 107% with addition and recovery test. The adsorption of the analytes and internal standards on silica nanoparticles could be an alternative for the preparation of calibration standards when considering performing the direct introduction of solid material.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Flavia Stelle.pdf: 4110346 bytes, checksum: f967a642b43c0d39211553e25779cc5f (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work a study was accomplished about the synthesis of ceramic pigments based on Al2O3 doped with cobalt ions. This oxide system in the form of powder was heat treated pressure-assisted to investigate the possible structural modifications. Cobalt acetate tetrahydrate and aluminum nitrate nonahydrate were used as salt precursors, followed by calcining at temperatures ranging from 700 ° C to 1100 ° C and subsequent heat treatment pressure-assisted of 2 MPa at 120 ° C for 48 hours. The pigments obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinements, analysis of specific surface area (BET), field emission scanning electron microscopy (FEG-SEM), Raman spectroscopy, spectroscopy in the UV-visible, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), colorimetry and Photoluminescence spectroscopy. The obtained results through the techniques used in this work were in agreement with each other, contributed to a complete characterization of crystalline structure, surface morphology and optical properties. It was possible to compare the responses of the material when subjected to heat treatment pressure-assisted and when not subjected to this treatment. The formation of -Al2O3, CoAl2O4 e -Al2O3 phases were confirmed by Rietveld and X-ray. The UV-vis spectra presented three bands attributed to the Co+2 in tetrahedral sites. The samples showed maximum PL emission in the region of 2,7 eV. Optical properties of pigments showed a band gap in the range of 1,8 eV attributed to the CoAl2O4.The system was suitable for using the material as an ceramic pigment. / Neste trabalho foi realizado um estudo sobre a síntese de pigmentos cerâmicos à base de Al2O3 dopados com íons cobalto. Esse sistema na forma de pó foi submetido a tratamento térmico assistido por pressão para investigar as possíveis modificações estruturais. Na síntese foram utilizados como precursores os sais de acetato de cobalto tetrahidratado e nitrato de alumínio nonahidratado, seguidos de calcinação em temperaturas que variaram de 700°C a 1100°C e posterior tratamento térmico assistido por pressão de 2MPa a 120°C por 48 horas. Os pigmentos obtidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), refinamento da estrutura por meio do método de Rietveld, análise de área de superfície específica (BET), microscopia eletrônica de varredura por efeito de campo (MEV-FEG), espectroscopia Raman, espectrofotometria na região do UV-visível, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), colorimetria e espectroscopia de fotoluminescência. Os resultados obtidos por intermédio das técnicas utilizadas no presente trabalho tiveram concordância entre si, contribuíram para uma caracterização completa da estrutura, morfologia e propriedades óticas. Foi possível comparar as respostas do material quando submetido ao tratamento térmico assistido por pressão e quando não submetido a esse tratamento. A formação das fases -Al2O3, CoAl2O4 e -Al2O3 foram confirmadas através das análises de Rietveld e raios X. Os espectros de UV-vis apresentaram um tripleto de bandas atribuídos ao Co+2 em uma configuração tetraédrica. As amostras mostraram uma máxima emissão PL na região de 2,7 eV. Propriedades óticas dos pigmentos mostraram um band gap na faixa de 1,8 eV atribuído ao CoAl2O4. O sistema mostrou-se adequado para a utilização como um pigmento cerâmico.

Submitted by Mariana Dornelles Vargas (marianadv) on 2015-05-15T13:16:30Z No. of bitstreams: 1 concreto_polimero.pdf: 4719718 bytes, checksum: 2d7016e7eb764275fea0249db0eb55eb (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-15T13:16:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 concreto_polimero.pdf: 4719718 bytes, checksum: 2d7016e7eb764275fea0249db0eb55eb (MD5) Previous issue date: 2009 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A reciclagem e a reincorporação de um rejeito em um processo produtivo são as soluções mais indicadas para o manejo da grande maioria dos resíduos, reduzindo assim custos, além de preservar recursos naturais não renováveis. A construção civil tem absorvido parte destes resíduos, transformando-os em subprodutos importantes, os quais podem ser igualmente eficientes, além de ecologicamente corretos. Dentre as aplicações mais comuns, destacam-se a incorporação de rejeitos em matrizes cimentícias e poliméricas. O concreto polímero, o qual tem como aglomerante uma resina polimérica, tornou-se uma boa opção para construção civil em aplicações onde são solicitados alto desempenho mecânico, durabilidade e cura rápida, propriedades importantes para materiais que visam a sustentabilidade das edificações. Apesar dos já comprovados elevados valores mecânicos encontrados nestes compósitos, torna-se necessário estimar e adequar as propriedades de combustibilidade com os tipos de demandas do mercado, pois tal propriedade pode comprometer sua aplicação. Para tanto, esta pesquisa tem como objetivo produzir compósitos de concreto polímero de elevada resistência mecânica, durabilidade e resistentes à ação do fogo. Os compósitos serão produzidos com uma resina poliéster insaturada reciclada a partir do PET, com incorporação de resíduos industriais, comparando-os com componentes comerciais. Para tanto, as propriedades dos compósitos serão estudadas através de ensaios de caracterização mecânica, durabilidade e microestrutura, compreendendo: resistência à compressão, resistência à tração na flexão, porosimetria por intrusão de mercúrio e MEV. Além disso, os corpos-de-prova foram submetidos a ensaios de análise térmica, com a finalidade de avaliar o comportamento das adições frente à ação do fogo e sua contribuição para a redução da flamabilidade destes compósitos. Os resultados obtidos mostraram que, as composições com 60% de adição de retardante de chamas resíduo apresentaram uma redução de 85% em relação ao tempo de propagação da chama dos compósitos sem adição de retardantes, bem como um acréscimo na sua resistência mecânica em comparação aos mesmos. / Recycling and the reincorporation of a waste in a production process are the most indicated for the management of the vast majority of waste, thus reducing costs, and, of course, preserving non-renewable natural resources. The civil construction has absorbed these wastes, turning them into important products, which can also be efficient, and environmentally correct. Among the most common applications, it can emphasize the incorporation of tailings in cementations and polymer matrices. The polymer concrete, which binder is a polymeric resin, has become a good option for construction where are required applications with high mechanical performance, durability and rapid healing, important properties for materials aimed at the sustainability of buildings. Despite the already proven high mechanical values found in these composites, it is necessary to estimate and adjust the properties of combustibility to the kinds of demands of the market, once this property may jeopardize your application. Thus, this research aims to produce polymer concrete composites of high mechanical strength, durability and resistance to the action of fire. The composites were produced with an unsaturated polyester resin from recycled PET, with the addition of industrial waste in comparison to commercial items, making them more attractive economically, and environmentally sustainable. Thus, the properties of the composites were studied by mechanical tests durability, including: compressive strength test, tensile strength, mercury intrusion porosimetry and SEM. Moreover, the samples were tested for thermal analysis in order to know the behavior of the action items with the fire and its contribution to reducing the flammability of these composites. The results obtained in the tests described above showed that, the composites with 60% in addition of waste had a reduction of 85% in the time of spread of flame, and an increase in its mechanical resistance in comparison to composite reference, with no addition of retardants.

No presente trabalho foi desenvolvido um suporte catalítico monolítico para fins aeroespaciais empregando a manufatura aditiva. Para tanto, foi proposta uma geometria que proporcione um escoamento turbulento, permitindo um maior contato entre o reagente e a superfície do catalisador, proporcionando menor perda de carga ao sistema. Esta nova estrutura foi obtida via manufatura aditiva, através da técnica de Sinterização Seletiva a Laser (SLS) indireta. Para utilizar a técnica SLS e material cerâmico, foi necessário desenvolver um revestimento sobre as partículas de alumina para promover a aderência entre as mesmas durante o processo de manufatura aditiva. Em seguida foram definidos, experimentalmente, os parâmetros de aplicação da técnica SLS para o compósito alumina/poliamida. Por fim, foi fabricado, via SLS, o suporte catalítico na forma monolítica. Após a confecção do suporte monolítico, foi desenvolvido um revestimento composto de pseudo-boemita e nitrato de alumínio e aplicado na superfície do monólito, a fim de expandir a área superficial específica do material. Este aumento da área específica favorece a dispersão da fase ativa, composta de óxidos de cobalto e manganês, na superfície do suporte. A caracterização do catalisador monolítico foi realizada a partir das técnicas de Adsorção de Nitrogênio, Análise Termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectrometria de Emissão Ótica com Fonte de Plasma (ICP-OES). O desempenho do catalisador monolítico na decomposição do H2O2 concentrado foi analisado via teste de gota, monitorado por câmera de alta velocidade. Os bons resultados obtidos nesta reação apontam esta técnica de obtenção de suporte catalítico monolítico através da manufatura aditiva como uma metodologia promissora a ser empregada em sistemas catalíticos com elevada difusão de massa e calor, mas principalmente em sistemas propulsivos a monopropelente. / This work was developed by the additive manufacture monolithic catalytic support to apply aerospace applications. A geometry was proposed to implement a turbulent flow allowing a better contact with catalytic surface and reagent with a low pressure drop in the system. This new structure was obtained by additive manufacture through indirect Selective Laser Sintering (SLS) technique. Firstly, in order to use the SLS for the ceramic material was developed a coating on the alumina particles to promote a melting between them during addictive manufacturing process. Secondly, the printer parameters SLS was configurated into the alumina/polyamide particle. Finally, the monolithic catalytic support was built via SLS. After the monolithic support building, the pseudo-boehmite and aluminum nitrate coating was developed and applied on the monolithic surface to increase the specific superficial area of the material. This increasing of the specific surface area helps the spread of the active phase to made up of cobalt and manganese oxide in the support surface. The characterization of the monolithic catalyst was carried out using the nitrogen adsorption technique, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy and inductive coupled plasma with optical emission spectrometry. The monolithic catalytic performance in the H2O2 concentrated decomposition was analyzed via drop test monitored by the high-speed camera. The good results of this reaction and such a technique of monolithic catalytic support obtainment through the additive manufacture show that a promising methodology can be used in the catalytic system with high diffusion of mass and heat but mainly, in monopropellant propulsive system.

A tese proposta teve por objetivo caracterizar óxidos e hidróxidos de alumínio sintéticos comerciais por métodos óptico-eletrônicos ( microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, difração de elétrons, microanálise por espectrometria dispersiva em comprimento de onda e por espectrometria dispersiva em energia), além da difração de raios-X e análise térmica diferencial. Os quatro hidróxidos de alumínio estudados foram gibsitas, de fórmula química Al(OH) IND.3 , três dos quais sintetizados industrialmente pelo processo Bayer ( cujo recursor é o aluminato de sódio) e o outro resultante do processo Weiser, de laboratório (com o aluminato de potássio como precursor ). Os onze óxidos de alumínio, ou aluminas (de fórmula química Al IND.2 0IND. 3 ), estudados foram sintetizados por vários processos: baixa e alta calcinação, redução aluminotérmica, calcinação de alumen de amônio e eletrofusão; variando no teor de sódio presente. No caso desta Tese, a microscopia eletrônica de varredura permitiu uma descrição morfológica dos materiais analisados e, quando acoplada à microanálise de raios-X, permitiu uma análise química elementar. A microscopia eletrônica de transmissão possibilitou uma descrição da morfologia da fração de dimensões coloidais; sendo, também, utilizado como câmara de difração para a identificação cristalográfica das amostras. Os melhores dados de composição quantitativos foram obtidos por microanálise, através de espectrometria dispersiva em energia obtidos em EDS/MEA. A difração de raios-X possibilitou a identificação dos compostos cristalinos presentes nas amostras; enquanto a análise térmica diferencial forneceu dados sobre reações exotérmicas e endotérmicas que as amostras sofrem durante o aquecimento, que transforma a gibsita nas aluminas de transição e alumina-alfa. O microscópio analítico, que permite imagens morfológicas assim como informações sobre a estrutura cristalina e a composição química elementar, firmou-se como a mais poderosa ferramenta de caracterização para uma indústria dedicada à produção de hidróxidos e óxidos de alumínio. / The aim of the present Thesis was the characterization of commercial synthetic aluminum hydroxides and oxides by electron-optical methods (scanning and transmission electron microscopy, electron diffraction, energy dispersive spectrometry and wavelength dispersive spectrometry) besides X-ray diffraction and differential thermal analysis. The four aluminum hydroxides studied were gibbsite (Al(OH)3), three of which were sythetized by the Bayer process ( sodium aluminate as precursor ) and the other resulting from the Weiser process ( potassium aluminate as precursor). The eleven aluminum oxides or aluminas (Al203) were synthetized by several processes: low and high calcination aluminothermic redution, amonium alum calcination and electromelting; all of them with varying sodium content. In this Thesis the scanning electron microscoy allowed a morphological description of the samples, and when associated to X-ray microanalysis allowed an elemental chemical analysis. The transmission electron microscopy allowed a morphological descripition of the coloidal dimensions fraction; it was also used as a diffraction camera for crystallographic identification. The better quantitative analysis results were obtained by X-ray microanalysis using EDS/ AEM. The X-ray diffraction allowed the identification of crystalline compounds; the differential thermal analysis gave data about the exo and endothermical reactions suffered by the gibbsite, by the transition aluminas and by the alpha-alumina. The analytical microscope, wbich allowed morpbological images as well as information about the crystalline structure and the elemental cbemical composition, was established as the most powerful tool for the cbaracterization in an industry dedicated to the production of aluminum hydroxides and oxides.

O processo de lingotamento contínuo de produtos planos de aço tem sido alvo de incessantes estudos devido a sua importância na produção de bobinas laminadas a partir de placas, para um grupo muito diversificado de clientes, dentre os quais, destacam-se as indústrias automobilística e de eletrodomésticos (\"linha branca\"), que têm se mostrado muito exigentes. No entanto, por tratar-se de aços desoxidados ao alumínio, é comum a ocorrência de formação de um depósito de óxido de alumínio (alumina), no interior do tubo submerso do processo de lingotamento contínuo, o que diminui seu diâmetro interno, levando à restrição de passagem do aço líquido pelo seu interior, provocando a perda de produtividade devido à necessidade de se reduzir a velocidade de lingotamento e até mesmo a contaminação do aço com inclusões de alumina, principalmente naqueles seqüenciais com um elevado tempo de lingotamento, próximo de dez horas. Para tanto, desenvolveu-se um tubo com um material interno anti-clogging que na literatura é chamado de C-less, para minimizar e/ou evitar a deposição de alumina e com uma linha de escória reforçada com uma camada de zircônia (ZrO2) mais espessa e mais nobre, para resistir ao ataque da escória. O objetivo desta dissertação foi comparar tubos de diferentes fornecedores, avaliando as principais variáveis que têm influência direta na sua performance: perfil de aquecimento, taxa de erosão na linha de escória, índice de obstrução e parâmetros físico-químicos através da correlação dos materiais antes e após uso (post-mortem). Os resultados encontrados mostraram uma melhor performance dos tubos do fornecedor \"M\", que apresentaram menores taxas de desgaste e, conseqüentemente, maior potencial de vida (maior tempo de lingotamento) após análise da linha de escória, que pode ser atribuída a uma melhor distribuição dos grãos de zircônia na matriz (maior homogeneidade), além de apresentarem grãos mais finos e desta forma, reduzindo os espaços \"vazios\" na matriz, propícios ao ataque da escória por meio de um desequilíbrio químico entre esta escória líquida e o refratário. Além disto, seu material anti-clogging e projeto de distribuição do mesmo na peça, propiciaram um melhor resultado em relação à obstrução pela deposição de alumina ao longo do corpo do tubo submerso. / The continuous casting process of steel plane products has been objective of incessant studies due to its importance in the production of laminated coils starting from slabs, for a very diversified group of customers, among all the automobile industries and of appliances (\"home appliances\"), that have been showing very demanding. However, for being low carbon aluminum killed steels, is common the occurrence of aluminum oxide (alumina) deposit formation, inside of submerged nozzle in continuous casting process, what decreases its internal diameter, taking to the restriction of passage of the liquid steel for its interior, provoking the productivity loss due to the need of being reduced the casting speed and even the contamination of the steel with alumina inclusions, mainly in those sequential with a high casting time, close of ten hours. For so much, a submerged nozzle was developed with a internal anti-clogging material that it is called C-less in the literature, to minimize and/or to avoid the alumina building up and with a slag reinforced line with a zirconium layer (ZrO2) thicker and more noble, slag attack resist to. The dissertation objective was compare submerged nozzles from different suppliers, evaluating the main variables that have direct influence in its performance: heating profile, slag line erosion rate, clogging index and physical-chemical parameters through the materials correlation before and after use (post-mortem). The results showed submerged nozzle\'s better performance from supplier \"M\", that presented smaller waste rates and, consequently, last longer live (larger time of casting) after analysis of the slag line, that can be attributed to a better distribution of the zirconium grains in the head office (larger homogeneity), besides they present finer grains and this way, reducing the empty \" spaces \" in the head office, favorable to slag attack by means of a chemical unbalance between this liquid slag and the refractory. Besides, its anti-clogging material and project distribution in the same piece, they propitiated a better result in relation to the clogging for the alumina building up along the body of the submerged nozzle.

Esta pesquisa tem como finalidade desenvolver implantes de alumina com núcleo denso e superfície gradualmente porosa (FGM) recobertos com materiais bioativos - hidroxiapatita e biovidro. Materiais porosos são estudados como solução para a osseointegração, porém apresenta déficit nas suas propriedades mecânicas. Estruturas bifásicas foram desenvolvidas por pesquisadores com o propósito de promover crescimento tecidual, sem afetar significativamente sua propriedade mecânica, no entanto ocorre delaminação. Neste trabalho é proposta uma estrutura em gradiente funcional que visa aprimorar as propriedades mecânicas conjugadas com a sinalização celular e com integração óssea. O tamanho, a morfologia de poros e também a porosidade são parâmetros fundamentais para boa resposta tecidual e integração do implante, pois afetam a viabilidade e a afinidade celular. Para essa finalidade a busca por uma espessura efetiva de porosidade se faz fundamental para alto desempenho do implante. Peças de alumina porosas infiltradas com materiais bioativos foram fabricadas e estudadas in vivo, em tíbias de ratos da raça Wistar durante 14, 18, 21 e 28 dias, para investigar a qualidade do crescimento de tecido ósseo. O estudo com implantes porosos recobertos foi realizado para avaliar e padronizar a superfície porosa do gradiente funcional. Os animais foram analisados com densidade mineral óssea (DMO), as tíbias foram caracterizadas na interface osso-implante e nos poros com histologia, com EDS-line-scan, com radiografias e com ensaios de cisalhamento. Implantes de alumina com 70% de porosidade foram comparados com recobrimento bioativo e sem recobrimento in vivo e ex-vivo. Nos resultados, os implantes recobertos aceleram o processo de osseointegração. Essa característica foi mais evidente no período de 28 dias de implantação com aumento de 24% na tensão de cisalhamento. Após validar uma superfície porosa e osseointegrável para a superfície do gradiente funcional, foram aplicadas técnicas diferenciadas para manufaturar peças com núcleo denso e superfície com gradiente de porosidade. As peças com FGM foram manufaturadas com a utilização de duas técnicas, dipping e co-prensagem e foram analisadas com microscopia eletrônica de varredura. Com o método de manufatura de co-prensagem foram obtidas peças com superfície gradualmente porosa, com transição de densificação contínua, sem delaminação. Os implantes de alumina em gradiente funcional com 70 % de porosidade na superfície mais externa, recobertos por bioativos apresentam potencial para aplicações em implantes ósseos ou dentários. / The present thesis reports on the development of alumina implants with dense core and gradually porous surface (FGM) covered with bioactive materials, hydroxyapatite (HA) and bioactive glass. Porous materials have been studied to provide tissue ingrowth, however they strongly affect the mechanical properties of the implant. Biphasic structures have been developed by some researchers to promote tissue growth without affecting the mechanical properties, although delamination may occur. This study proposes a functional gradient structure to improve both the mechanical properties of the material and cell signaling. The size and morphology of the pores as well as their porosity are key parameters for good tissue response and implant integration, since they affect the viability and cell affinity, and an effective porosity thickness becomes essential for a high performance of the implant. Porous alumina implants coated with bioactive materials were fabricated and studied in vivo in rat tibia for 14, 18, 21, and 28 days to investigate the quality of bone tissue growth. The study of porous coated implants was performed to evaluate and standardize the porous surface of the functional gradient. The animals were examined with bone mineral density (BMD), the tibiae were characterized in the bone-implant interface and the pores were analyzed with histology, EDS line-scan, X-ray and shear tests. Alumina with 70% porosity was compared with and without bioactive coating in vivo and ex vivo. The results showed that the covered implants accelerated the osseointegration process. This characteristic is more evident within 28 days of deployment with a 24% increase in shear stress. After validating a porous and osteointegrated surface for the surface of the functional gradient, several techniques were applied to manufacture parts with dense core and surface with gradient of porosity. The pieces were manufactured with FGM using two techniques, dipping and co-pressing and were analyzed by scanning electron microscopy. The manufacturing method of co-pressing allowed obtaining pieces with gradually porous surface and continuous transition of densification without delamination. On the outermost surface, alumina implants with functional gradient and 70% porosity and coated with bioactive materials presented potential for application to bone or dental implants.

A tese proposta teve por objetivo caracterizar óxidos e hidróxidos de alumínio sintéticos comerciais por métodos óptico-eletrônicos ( microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, difração de elétrons, microanálise por espectrometria dispersiva em comprimento de onda e por espectrometria dispersiva em energia), além da difração de raios-X e análise térmica diferencial. Os quatro hidróxidos de alumínio estudados foram gibsitas, de fórmula química Al(OH) IND.3 , três dos quais sintetizados industrialmente pelo processo Bayer ( cujo recursor é o aluminato de sódio) e o outro resultante do processo Weiser, de laboratório (com o aluminato de potássio como precursor ). Os onze óxidos de alumínio, ou aluminas (de fórmula química Al IND.2 0IND. 3 ), estudados foram sintetizados por vários processos: baixa e alta calcinação, redução aluminotérmica, calcinação de alumen de amônio e eletrofusão; variando no teor de sódio presente. No caso desta Tese, a microscopia eletrônica de varredura permitiu uma descrição morfológica dos materiais analisados e, quando acoplada à microanálise de raios-X, permitiu uma análise química elementar. A microscopia eletrônica de transmissão possibilitou uma descrição da morfologia da fração de dimensões coloidais; sendo, também, utilizado como câmara de difração para a identificação cristalográfica das amostras. Os melhores dados de composição quantitativos foram obtidos por microanálise, através de espectrometria dispersiva em energia obtidos em EDS/MEA. A difração de raios-X possibilitou a identificação dos compostos cristalinos presentes nas amostras; enquanto a análise térmica diferencial forneceu dados sobre reações exotérmicas e endotérmicas que as amostras sofrem durante o aquecimento, que transforma a gibsita nas aluminas de transição e alumina-alfa. O microscópio analítico, que permite imagens morfológicas assim como informações sobre a estrutura cristalina e a composição química elementar, firmou-se como a mais poderosa ferramenta de caracterização para uma indústria dedicada à produção de hidróxidos e óxidos de alumínio. / The aim of the present Thesis was the characterization of commercial synthetic aluminum hydroxides and oxides by electron-optical methods (scanning and transmission electron microscopy, electron diffraction, energy dispersive spectrometry and wavelength dispersive spectrometry) besides X-ray diffraction and differential thermal analysis. The four aluminum hydroxides studied were gibbsite (Al(OH)3), three of which were sythetized by the Bayer process ( sodium aluminate as precursor ) and the other resulting from the Weiser process ( potassium aluminate as precursor). The eleven aluminum oxides or aluminas (Al203) were synthetized by several processes: low and high calcination aluminothermic redution, amonium alum calcination and electromelting; all of them with varying sodium content. In this Thesis the scanning electron microscoy allowed a morphological description of the samples, and when associated to X-ray microanalysis allowed an elemental chemical analysis. The transmission electron microscopy allowed a morphological descripition of the coloidal dimensions fraction; it was also used as a diffraction camera for crystallographic identification. The better quantitative analysis results were obtained by X-ray microanalysis using EDS/ AEM. The X-ray diffraction allowed the identification of crystalline compounds; the differential thermal analysis gave data about the exo and endothermical reactions suffered by the gibbsite, by the transition aluminas and by the alpha-alumina. The analytical microscope, wbich allowed morpbological images as well as information about the crystalline structure and the elemental cbemical composition, was established as the most powerful tool for the cbaracterization in an industry dedicated to the production of aluminum hydroxides and oxides.

O objetivo deste trabalho, foi investigar o comportamento tribológico do par cerâmico alumina - nitreto de silício no deslizamento em água com pH controlado e em uma suspensão com diferentes concentrações de sílica coloidal em água, e verificar a possibilidade de atingir um coeficiente de atrito da ordem de milésimos (&#956; < 0,01), aqui chamado de ultra baixo coeficiente de atrito (UBCA) e verificar se a mudança do pH do meio, ou a alteração da concentração de sílica na água, diminui o runningin, tempo necessário para o sistema entrar em regime estacionário, do coeficiente de atrito. Os ensaios foram realizados na configuração de ensaio tribológico esfera contra disco, no qual a esfera foi de nitreto de silício e o disco de alumina, sob carga normal de 54 N e velocidade de deslizamento de 1 m/s. A água utilizada nos ensaios foi destilada e deionizada, e a sílica coloidal amorfa, sem porosidade e de tamanho médio de partícula de 12 nanômetros foi a Aerosil® 200. A esfera de nitreto de silício, adquirida comercialmente, e o disco de alumina, foi proveniente de trabalhos anteriores. Todos os materiais foram caracterizados quanto a densidade. Algumas propriedades mecânicas como dureza, módulo de elasticidade e tenacidade à fratura foram determinadas. Nos ensaios lubrificados com água onde o pH foi controlado, o sistema atingiu o regime com valores de coeficiente de atrito da ordem de milésimos, exceto quando o pH da água era muito baixo ou muito alto. Em hidrossol o coeficiente de atrito chegou a unidades de milésimos, mas quando se aumenta a concentração de sílica coloidal, também, aumenta o desgaste nas superfícies. O disco de alumina sempre apresentou menor desgaste do que a esfera de nitreto de silício, em todas as condições estudadas. / The objective of this work was to investigate the tribological behavior of the ceramic pair alumina-silicon nitride, sliding on the water with controlled pH and in a suspension with different concentrations of colloidal silica in water, and verify the possibility of achieving a friction coefficient in the order of thousandths (&#956; < 0.01), here called ultra low friction coefficient (ULFC) and verify if the change of pH or changing the concentration of silica in the water, decreases the running-in, time required for the system reach the steady state of friction coefficient. The tests were conducted in a pin on disc setup in which the ball was made on silicon nitride and the disc of alumina, under normal load of 54 N and a sliding velocity of 1 m/s. The water used in the experiments was distilled and deionized. The amorphous silica, without porosity and average particle size of 12 nanometers was Aerosil ® 200. The ball of silicon nitride, was purchased commercially, and the alumina disk was recycled from previous works, all materials were characterized by density. Some mechanical properties such as hardness, elastic modulus and fracture toughness were determined. In tests with controlled pH water the system has reached the friction coefficient of the order of thousandths, except when the pH of the water was too low or too high. In hydrossol the friction coefficient reached units of thousandths, but when increasing the concentration of colloidal silica also increases the wear in the surfaces. The alumina disc always showed less wear than the ball of silicon nitride, in all conditions studied.

CSZ. Os pós cerâmicos foram caracterizados por picnometria a hélio, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, termogravimetria, calorimetria diferencial exploratória, granulometria por espalhamento de laser e adsorção gasosa (BET). Por sua vez, a avaliação dos compactos sinterizados foi feita por técnicas de medidas de densidade, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica, impressão Vickers e espectroscopia de impedância. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que a adição de alumina em zircônia estabilizada com 9 mol% de ítria na fase cúbica promove, nos pós cerâmicos, elevação da área superficial específica, desaglomeração e redução da cristalinidade dos óxidos, exigindo tratamentos térmicos mais energéticos para atingir elevada densidade. Em relação aos produtos sinterizados, verificou-se que a rota adotada confere homogeneidade microestrutural ao compósito, e que a adição de alumina restringe o crescimento dos grãos, eleva a dureza e tenacidade à fratura e contribui para o aumento da condutividade iônica total, apesar do decréscimo na condutividade dos grãos. Estes resultados mostraram que, para aplicação como eletrólito sólido, a adição de até 5 % de alumina, em massa, na matriz de zircônia estabilizada na fase cúbica eleva consideravelmente a tenacidade à fratura e a condutividade iônica do compósito, se comparada às cerâmicas de zircônia estabilizada com ítria na fase cúbica. / The global warmness and the necessity to obtain clean energy from alternative methods than petroleum raises the importance of developing cleaner and more efficient systems of energy generation, among then, the solid oxide fuel cell (SOFC). Cubic stabilized zirconia (CSZ) has been the most studied material as electrolyte in SOFC, due to its ionic conductivity and great stability at operation conditions. However, its low fracture toughness difficults its application as a thin layer, what could lead to an improvement of cell efficiency. In this sense, the alumina addition in CSZ forms a composite, which can shift its mechanical properties, without compromising its electrical properties. In this work, coprecipitation synthesis route and ceramic processing of zirconia-alumina composites were studied, in order to establish optimum conditions to attain high density, homogeneous microstructure, and better mechanical properties than CSZ, without compromising ionic conductivity. For this purpose, composites containing up to 40 wt % of alumina, in a 9 mol % yttria-stabilized zirconia (9Y-CSZ) matrix were evaluated. In order to optimize the synthesis of the composites, a preliminary study of powder obtaining and processing were carried out, at compositions containing 20 wt % of alumina, in 9Y-CSZ. The ceramic powders were characterized by helium picnometry, X-ray diffraction, scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy, thermogravimetry, differential scanning calorimetry, granulometry by laser diffraction and gas adsorption (BET). The characterization of sinterized compacts were performed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, optical microscopy, density measurements, Vickers indentation and impedance spectroscopy. The obtained results show that the alumina adition, in the 9Y-CSZ matrix powders, raises the specific surface area,promotes deagglomeration of powders and elevates the oxides crystallization temperature, requiring higher energetic thermal treatments to attain high densities. In relation to the sintered products, it was confirmed the excellent homogeneity and crystallinity of microstructure provided by the chosen route, the restriction of grain growth by alumina addition, raise of hardness and fracture toughness, and higher ionic conductivity, even tough a lower bulk conductivity. These results indicate that the addition of 5 wt % alumina in CSZ matrix allows the application of this material as solid oxide fuel cell electrolytes, due to its better fracture toughness and ionic conductivity, compared to yttria-stabilized cubic zirconia ceramics.