A zircônia tetragonal estabilizada por ítria (Y-TZP) têm sido utilizada na área odontológica para próteses livres de metais devido à estética associada ao alto desempenho mecânico. Porém, a presença de ambiente úmido pode causar a transformação acelerada da fase tetragonal para monoclínica e consequente falha catastrófica deste material, processo este conhecido como degradação a baixa temperatura ou envelhecimento. A cinética desta transformação é função da composição química da cerâmica e sua microestrutura. Tendo em vista que métodos químicos permitem a síntese de pós cerâmicos à base de zircônia de dimensões nanométricas, cuja microestrutura da cerâmica sinterizada é constituída por grãos submicrométricos quimicamente homogêneos, e que a presença de alumina é indicada para evitar a degradação de fases da zircônia, o objetivo deste estudo foi verificar a degradação a baixa temperatura e ambiente úmido de cerâmicas de zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria (Y-TZP) e do compósito Y-TZP/Al2O3, proveniente de pós sintetizados pela rota de coprecipitação. A concentração de alumina na Y-TZP foi estudada na faixa de 0,05 a 20% em massa. A eficiência do processo desenvolvido foi verificada pela avaliação das características físicas dos pós obtidos (granulometria, área de superfície específica, estado de aglomeração e estrutura cristalina). As amostras cerâmicas foram prensadas, sinterizadas e avaliadas quanto à densidade aparente e microestrutura. Após a caracterização inicial das cerâmicas a degradação das amostras foi estudada in vitro em reator hidrotérmico pressurizado a 150°C. As amostras (n=4) foram submetidas à análise de difração de raios X de acordo com o tempo de envelhecimento, acompanhando a curva cinética de transformação de fase. A porcentagem de cada fase cristalina foi determinada pelo Método de Rietveld. A relação entre o tempo de envelhecimento e a concentração de fase monoclínica foi determinada pela equação de Avrami modificada por Kolmogorow (Johnson-Mehl- Avrami-Kolmogorow JMAK). Após envelhecimento a 150°C por 70 horas, todas as amostras contendo alumina apresentaram menor concentração de fase monoclínica, comparativamente à cerâmica Y-TZP, que apresentou 66,5% dessa fase. Menores porcentagens de fase monoclínica após o envelhecimento hidrotérmico foram obtidas com a adição de 10 e 20% em massa de alumina na matriz de zircônia, sendo esses valores 59,1 e 52,9%, respectivamente. Deve-se considerar, no entanto, que a diminuição da degradação total é consequência da menor porcentagem de zircônia na matriz em função da adição de alumina. Neste contexto, o efeito benéfico da adição de alumina ocorre apenas no início do envelhecimento. / The yttria tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) is used in dentistry for metal free prosthesis due to esthetics associated with a high mechanical performance. However, the presence of humid environment can cause an accelerated tetragonal to monoclinic (t-m) phase transformation and consequent catastrophic failure of this material. This process is known as low temperature degradation (LTD) or aging. The kinetics of phase transformation is a function of the chemical composition of the ceramic and its microstructure. Considering that chemical methods allow the synthesis of nanometric zirconium-based ceramic powders, which microstructure of the sintered ceramic consists of submicrometric chemically homogeneous grains, and that the presence of alumina is indicated to delay the tetragonal phase degradation, the aim of this study was to verify the degradation at low temperature in humid environment of 3mol% yttria stabilized zirconia ceramics (Y-TZP) and the Y-TZP/Al2O3 composite prepared from coprecipitated powders. The addition of alumina at Y-TZP was studied in the range of 0.05 to 20wt%. The efficiency of the developed process was verified by the evaluation of the physical characteristics of the obtained powders (granulometry, specific surface area, agglomeration state and crystalline structure). The ceramic samples were pressed, sintered and submitted to apparent density and microstructure evaluation. After the initial characterization of the ceramics, the in vitro degradation of the samples was studied in a hydrothermal pressurized reactor at 150°C. The samples (n = 4) were submitted to X-ray diffraction analysis according to the aging time, followed by the determination of the kinetic curve of phase transformation. The Rietveld Method was employed to determine the percentage of each crystalline phase. The relationship between the aging time and the percentage of monoclinic phase was determined by the Johnson- Mehl-Avrami-Kolmogorow equation (JMAK). After 70 hours aging at 150°C, all the alumina-containing samples presented a lower concentration of monoclinic phase, compared to the Y-TZP ceramics, which monoclinic phase concentration was 66.5%. The lower percentages of monoclinic phase after hydrothermal aging were obtained with the addition of 10%wt and 20 wt% alumina in the zirconia matrix (59.1% and 52.9%, respectively). This behavior is due to the lower concentration of zirconia in the composite containing alumina. In this point of view beneficial effect due to alumina addition occurs in the early stage of aging.

Catalisadores de Ir/Al2O3, Ir-Ru/ Al2O3 e Ru/ Al2O3 com teores metálicos próximos a 30% em peso, foram preparados em vinte etapas de impregnação utilizando-se uma alumina sintetizada no LCP/INPE como suporte. Os catalisadores de Ir e Ir-Ru foram preparados a partir de soluções contendo precursores metálicos clorados pelo método de impregnação incipiente. Os catalisadores de Ru foram preparados a partir de dois precursores metálicos: um clorado e um precursor orgânico. Neste caso, o catalisador originado do precursor clorado foi preparado por impregnação incipiente, enquanto que o catalisador originado do precursor orgânico foi preparado pelo método de impregnação por excesso de volume. Todos os catalisadores foram caracterizados antes e depois dos testes em micropropulsor pelas técnicas: absorção atômica, para a determinação do teor metálico; fisissorção de nitrogênio, para determinações de área específica e distribuição do volume de mesoporos; quimissorção de hidrogênio e MET, para determinações da dispersão e do diâmetro médio das partículas metálicas (dQH e dMET). Os catalisadores foram testados na reação de decomposição de hidrazina em micropropulsor e comparados com o catalisador comercial Shell 405. Os resultados mostraram que os catalisadores contendo Ir apresentaram desempenho similar ao catalisador comercial e que os catalisadores de Ru não devem ser usados em partidas frias. / Ir/Al2O3, Ir-Ru/ Al2O3 and Ru/ Al2O3 catalysts with metallic loading of c. a. 30 %wt., were prepared in twenty impregnation steps using an alumina synthesized at LCP/INPE as support. The Ir and Ir-Ru catalysts were prepared from metallic chloride precursors solutions by incipient impregnation method. The Ru catalysts were prepared from two metallic different precursors: a chloride precursor and an organic precursor. In this case, the catalyst originated from the chloride precursor was prepared by the incipient impregnation method, while the catalyst originated from the organic precursor was prepared by volume excess impregnation method. All the catalysts were characterized before and after the microthruster tests by the following techniques: atomic absorption, for metallic content determination; nitrogen physiosorption, for specific area and mesoporous volume distribution; hydrogen chemisorption and TEM, for dispersion and metallic particles average diameter (dQH and dMET ). The catalysts were tested by the hydrazine decomposition reaction in microthruster and compared with commercial catalyst Shell 405. The results showed that the performance of Ir catalysts are similar to the commercial ones and the Ru catalysts should not be used in cold startups.

Tendo em vista a natureza finita dos minerais naturais, torna-se evidente a necessidade de utilizarmos este recurso de maneira estratégica. Desta forma, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas principalmente nas áreas químicas, metalúrgicas e mineralógicas desde as etapas de extração, beneficiamento, aplicação e reutilização dos resíduos de minérios. Portanto, é extremamente importante a intensificação dos estudos para aumentar o conhecimento quanto às características e propriedades físico-químicas destes minerais, visando melhorar o seu aproveitamento e longevidade das jazidas naturais, como as fontes de bauxita, que é a principal matéria-prima para a produção de óxido de alumínio fundido. Na sua forma cristalina mais comum, denominada coríndon, ou óxido de alumínio ?, sua baixa condutividade elétrica, baixo calor específico, alta condutividade térmica, alto ponto de fusão, elevada dureza e resistência mecânica, o torna adequado para uso em produtos refratários, cerâmicos e abrasivos tais como, lixas, rebolos, ferramentas de corte e de polimento. Na síntese deste produto as principais impurezas que afetam a qualidade dos grãos são Fe, Si, Ca, K, Na e Zr, oriundas da matéria prima bauxita e da carta de mistura, composta por ilmenita, limalha de ferro, carvão vegetal e coque de petróleo. Desta forma, o presente trabalho assumiu o objetivo de estudar a dispersão das propriedades físico-químicas em blocos de alumina fundida marrom obtida em fornos Higgins a arco por eletrofusão, produzidos na Saint-Gobain Abrasivos, unidade de Lorena, SP. Por fim, foram utilizadas técnicas de caracterização físico-químicas de difratometria de raios X (DRX), análises químicas de fluorescência de raios X (FRX), ensaio de dureza Knoop e caracterização microestrutural via (MEV/EDS). Desta forma, foi definido o mapeamento composicional nos blocos de alumina eletrofundida marrom, que servirão como referência técnico-científica para subsidiar ações de melhoria deste produto, em decorrência do avanço do estado da arte deste referido assunto. / The mineral ores are not renewable sources and we need to use it in the best way possible. In this way, a large number of researches are being developed around the world aiming the improvement of current methods of production mainly in chemical, metallurgy, mineralogical from the steps of extraction, processing, application and reuse of waste ore. Therefore, it is extremely important to intensify the studies to increase the knowledge about the characteristics and physicochemical properties of these minerals, in order to improve their utilization and longevity of natural deposits, such as sources of bauxite, which is the main raw material to product aluminum oxide fused. In its most common crystalline form, called corundum or ?-aluminum oxide, its low electrical conductivity, low specific heat, high thermal conductivity, high melting point, high hardness and mechanical strength, making it suitable for use as refractories, ceramics and fine or coarse abrasives. The synthesis of this product major impurities that affect quality of grain is Fe, Si, Ca, K, Na and Zr, derived from the raw material bauxite and the mixture chart consisting of ilmenite, iron filings, charcoal and coke oil. Thus, this shows the dispersion of physicochemical properties of brown fused alumina blocks produced by eletrocfusion at Higgins furnace process in the company Saint Gobain Abrasivos, Lorena- SP. Finally, the samples were physicochemical analyzed by X ray diffraction (XRD), chemical analyses by X ray fluorescence (XRF), hardnes using Knoop method, microstructural characterization by (SEM). The results of this work show a compositional gradient map of the fused alumina block; that shows the main physicochemical differences into the block, to support changes in the alumina production process; and it is also important to improve the actual state of art of this particular theme.

Nanoestructuras de alumina anódica porosa (AAP) têm sido tradicionalmente fabricadas por duas etapas de anodização a temperaturas relativamente baixas (de 0 até 5°C), e usadas como máscaras ideais para formação de vários materiais nanoestruturados. Neste sentido, o objetivo do trabalho foi estudar sistematicamente a formação e a fabricação de nanoestruturas de AAP autoorganizadas por uma só etapa de anodização e posterior aplicação na síntese de nanopartículas e nanofios metálicos. As nanoestruturas auto-organizadas de AAP foram obtidas por apenas uma etapa de anodização em ácido oxálico (H2C2O4) a temperatura ambiente; diferentemente dos processos convencionais onde são utilizados duas ou mais etapas de anodização. As características estruturais dos filmes de AAP foram moduladas através do controle dos parâmetros da concentração da solução, temperatura e potencial de polarização. O procedimento principal, para a obtenção de AAP auto-organizadas apenas por uma etapa de anodização, foi o pós-processamento de abertura dos poros através de um processo de corrosão química. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o diâmetro médio dos poros apresentou uma dependência linear com a temperatura, potencial e tempo de corrosão química e foi constante em relação à concentração da solução eletrolítica. No entanto, a análise estrutural via microscopia eletrônica de varredura (MEV), mostrou que a circularidade e a ordem dos nanoporos sobre a superfície anodizada melhoraram com o aumento da concentração do eletrólito. A estrutura de AAP com um arranjo hexagonal de poros regularmente distribuídos foi obtida quando a anodização foi realizada em 0,3M de H2C2O4, a 45V e 20°C de temperatura seguido de uma corrosão química a temperatura de 17°C por 102 minutos. Adicionalmente foram obtidos nanopartículas e nanofios metálicos utilizando-se as nanoestruturas de AAP como moldes. Como os filmes de AAP são isolantes a obtenção das nanopartículas e nanofios foi realizado através de um processo de eletrodeposição de corrente alternada (CA). Os resultados deste trabalho mostraram que nanoestruturas de AAP autoorganizadas podem ser fabricadas por uma etapa de anodização controlando o tempo de corrosão química. Os resultados apresentados neste trabalho mostram-se vantajosos em relação aos reportados na literatura, já que normalmente as nanoestruturas de AAP são obtidas mediante processos de anodização em duas etapas e tempos longos de anodização. / Nanostructures of porous anodic alumina (PAA) have been traditionally manufactured by two steps anodization at relatively low temperatures (0 to 5°C) and used as templates suitable for the formation of various nanostructured materials. In this sense, the goal of this work was the fabrication of self-organized porous Anodic alumina nanostructures (AAP) by a one anodization step and subsequent application in the synthesis of metal nanowires and nanoparticles. The self-organized nanostructures of PAA were obtained by just one anodization step in oxalic acid (H2C2O4) at ambient temperature unlike to conventional processes where they are used two or more anodization steps. The structural characteristics of PAA films were modulated through control of the solution concentration, temperature and potential of polarization. The key procedure to obtain the periodic organized PAA by only one step anodization was the post-processing of pore opening through a process of corrosion chemistry. The results of this work showed that the average diameter of pores presented a linear dependence with temperature, time of chemical corrosion, polarization potential and it was constant relative to the concentration of the electrolyte solution. However, the structural analysis via scanning electron microscopy (SEM) showed that the roundness and the order of nanoporos over the anodized surface improved with the electrolyte concentration increasing. The PAA structure with a hexagonal arrangement of pores was obtained when the anodization was held in 0.3 M of H2C2O4, 45V, and 20°C of temperature followed by a chemical corrosion at 17°C of temperature for 102 minutes. Additionally it was obtained nano particles and nano metal wires using the PAA structures as molds. Since the PAA films are insulating, the nanoparticles and nanowire were obtained through an electrodeposition process using alternating current. The results of this work have shown that self-organized PAA nanostructures can be fabricated by one anodization step controlling the time of chemical etching process. The results presented in this work are advantageous in relation to reported in the literature, since normally the structures of PAA are obtained by two step anodization and for long anodization time.

A beta-alumina de sódio é uma cerâmica condutora de íons Na+ utilizada como eletrólito sólido em baterias de sódio para armazenamento de energias intermitentes como energia solar e eólica. Devido ao alto teor de sódio, esse material é instável a altas temperaturas, podendo sofrer variações de composição durante a etapa de sinterização convencional que utiliza altas temperaturas por longos períodos de tempo. A sinterização flash é uma técnica de sinterização ativada por corrente elétrica que proporciona a densificação de compactos cerâmicos em poucos segundos, a temperaturas notavelmente mais baixas que as convencionais. Uma vez obrigatória a passagem de corrente elétrica através da amostra, a sinterização flash de qualquer material condutor parece bastante razoável. Não obstante, até o presente momento a maioria dos trabalhos publicados sobre o assunto aborda apenas condutores de vacância de oxigênio ou semicondutores, materiais compatíveis com eletrodos de platina (Pt). Nesse trabalho a sinterização flash de um condutor catiônico foi estudada utilizando-se a beta-alumina como material modelo. A beta-alumina foi sintetizada pelo método dos precursores poliméricos, caracterizada e então submetida à sinterização flash. O material de eletrodo padrão (platina) provou ser um eletrodo bloqueador em contato com a beta-alumina. O sucesso da sinterização flash foi determinado pela troca do material de eletrodo por prata (Ag), o que possibilitou uma reação eletroquímica reversível nas interfaces eletrodo-cerâmica e possibilitou a obtenção de um material densificado com morfologia e composição química homogêneas. Devido à metaestabilidade da beta-alumina, a atmosfera dos experimentos precisou ser alterada para manter a integridade desse material rico em um metal alcalino (Na+). A sinterização flash de um condutor catiônico é apresentada pela primeira vez na literatura e ressalta a importância da reação de eletrodo, que é um fator limitante para o sucesso da sinterização flash e precisa ser estudada e adaptada para cada tipo de material. / Sodium beta-alumina is a Na+ ions conductor ceramic used as solid electrolyte in sodium batteries for energy storage in solar and eolic plants. Due to its high content of sodium, this material is instable at high temperatures and can suffer decomposition during conventional sintering (high temperatures for long periods of time). Flash sintering is an electric current activated sintering technique which promotes the densification of ceramic powder compacts in a few seconds at significantly lower temperatures than conventional sintering. Since in flash sintering the electric current flows through the sample, the flash sintering of any conductor material seems to be reasonable. Nevertheless, up to this date all published papers concern flash sintering of oxygen vacancies conductors or semi-conductors, materials which are compatible with platinum (Pt) electrodes. In this work the flash sintering of the cationic conductor betaalumina was studied. Beta-alumina was synthetized by the polymeric precursors method, characterized and then it was submitted to flash sintering. Platinum electrode was shown to be a blocking electrode for beta-alumina. Flash sintering success was determined by the change in electrode\'s material to silver (Ag), which made possible the reversible electrochemical reaction at the electrode-electrolyte interfaces and preserved chemical composition and morphology after flash. Due to this electrolyte metastability, atmosphere had to be changed in order to preserve the chemical composition of an alkali-rich (Na+) material such as beta-alumina. The flash sintering of a cationic conductor is shown for the first time in the literature and highlights the relevance of electrode reaction, which is a limiting point to the success of a flash sintering and needs to be well studied and adapted to each type of material.

As cerâmicas de carbeto de silício, SiC, possuem excelentes propriedades físicas, químicas e mecânicas, fazendo com que as mesmas tenham um vasto campo de aplicações. Devido à natureza altamente covalente do SiC, este possui baixo coeficiente de autodifusão, dificultando sua sinterização via fase sólida. Por esse motivo as cerâmicas de SiC devem ser sinterizadas via fase líquida, usando aditivos. A dificuldade para a expansão das aplicações das cerâmicas de SiC é a baixa tenacidade à fratura, 3-4 MPa√m . Neste trabalho foi estudada a sinterização de cerâmicas de SiC aditivadas com o sistema La2O3 - Al2O3, obtido por mistura mecânica e mistura química. Foram preparadas misturas de SiC com 10% em volume de aditivos. As amostras foram prensadas e sinterizadas; e as que apresentaram melhores resultados de densificação foram tratadas termicamente com o objetivo de reforçar in situ essas cerâmicas. Tanto as amostras somente sinterizadas quanto as sinterizadas e tratadas termicamente foram submetidas as análises de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, tenacidade à fratura e energia de fratura. Foram correlacionados os resultados de microestrutura e resistência à propagação de trincas. Além do aprofundamento científico na sinterização e caracterização das cerâmicas de SiC, foram também obtidas resultados de tenacidade à fratura da ordem de 6 MPa√m. / Silicon carbide, SiC, ceramics have excellent physical, chemical and mechanical properties, allowing them to be used in a vast range of applications. However, due to the highly covalent nature of SiC, its self-diffusion coefficient is low, making its solid phase difficult to sinter without additives. SiC ceramics should therefore be sintered via liquid phase using densifying additives. The expansion of SiC ceramic applications, however, is hampered by its low fracture toughness of 3-4 MPa √m . The purpose of this work was to study SiC ceramics sintered with La2O3 - Al2O3 as additive system produced by mechanical and chemical mixing. To this end, SiC mixtures were prepared containing 10% in volume of additives. The samples were pressed and sintered. The samples displaying the highest densification were heat-treated to improve their properties. All the samples, both sintered and sintered followed by heat-treatment, were subjected to analyses by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, fracture toughness and fracture energy. The result of microstructure, fracture energy and fracture toughness among them selves were then correlated. In addition to contributing to the body of scientific knowledge on the sintering and characterization of SiC ceramics, the goal of reaching fracture toughness in the order of 6 MPa √m was also achieved.

O interesse pelo emprego de materiais cerâmicos na odontologia surgiu, inicialmente, devido ao excelente resultado estético proporcionado pela similaridade aos dentes naturais. Entretanto, a fragilidade, inerente das cerâmicas tradicionais, era uma limitação que impossibilitava a utilização em condições em que o material fosse submetido à solicitação mecânica. Com o desenvolvimento de materiais à base de alumina e zircônia, os quais conciliam aspecto estético, biocompatibilidade e bom desempenho mecânico, o emprego de cerâmicas na fabricação de restaurações dentais começou a ser considerado. A incorporação de fase vítrea de reforço nestas cerâmicas tem como finalidade minimizar as taxas de retração e melhorar a adesão ao agente cimentante resinoso, necessário para união da infraestrutura cerâmica à estrutura dental remanescente. Comercialmente, esses materiais são conhecidos como sistemas In-Ceram®. Considerando-se que o aprimoramento dos métodos de síntese e de técnicas de processamento de pós cerâmicos é um dos fatores fundamentais para o bom desempenho desses materiais, o presente trabalho teve como objetivo o estudo de obtenção de cerâmicas à base de alumina e/ou zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria com infiltração de fase vítrea de aluminoborossilicato de lantânio, partindo-se de insumos obtidos pela rota de coprecipitação de hidróxidos. Os pós sintetizados foram conformados por prensagem uniaxial e pré-sinterizados na faixa de temperatura entre 950 e 1650 ºC, visando a obtenção de corpos cerâmicos porosos. A incorporação da fase vítrea foi realizada pela impregnação do pó de aluminoborossilicato de lantânio, também preparado neste trabalho, e posterior tratamento térmico entre 1200 e 1400oC. As técnicas empregadas para caracterização dos pós incluíram: termogravimetria, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, adsorção gasosa (BET) e espalhamento a laser. A sinterabilidade das amostras compactadas de alumina e/ou zircônia foi avaliada por dilatometria. As cerâmicas pré-sinterizadas foram avaliadas por medidas de densidade aparente pelo princípio de Archimedes, difração de raios X e observação da microestrutura por microscopia eletrônica de varredura. Testes de impressão Vickers e de citotoxicidade foram realizados após incorporação da fase vítrea. Tendo em vista a integridade estrutural, homogeneidade da microestrutura, elevados valores de tenacidade à fratura (3,6 4,9 MPa.m1/2) e a não citotoxicidade dos materiais preparados, constatou-se, neste trabalho, que as cerâmicas à base de alumina preparadas a partir de pós coprecipitados, são adequadas para obtenção de infraestruturas dentais com infiltração com fase vítrea. / The interest for the use of ceramic materials for dental applications started due to the good aesthetic appearance promoted by the similarity to natural teeth. However, the fragility of traditional ceramics was a limitation for their use in stress conditions. The development of alumina and zirconia based materials, that associate aesthetic results, biocompatibility and good mechanical behaviour, makes possible the employment of ceramics for fabrication of dental restorations. The incorporation of vitreous phase in these ceramics is an alternative to minimize the ceramic retraction and to improve the adhesion to resinbased cements, necessary for the union of ceramic frameworks to the remaining dental structure. In the dentistry field, alumina and zirconia ceramic infiltrated with glassy phase are represented commercially by the In-Ceram® systems. Considering that the improvement of powders synthesis routes and of techniques of ceramic processing contributes for good performance of these materials, the goal of the present work is the study of processing conditions of alumina and/or 3 mol% yttria-stabilized zirconia ceramics infiltrated with aluminum borosilicate lanthanum glass. The powders, synthesized by hydroxide coprecipitation route, were pressed by uniaxial compaction and pre-sintered at temperature range between 950 and 1650oC in order to obtain porous ceramics bodies. Vitreous phase incorporation was performed by impregnation of aluminum borosilicate lanthanum powder, also prepared in this work, followed by heat treatment between 1200 and 1400oC .Ceramic powders were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, gaseous adsorption (BET) and laser diffraction. Sinterability of alumina and /or stabilized zirconia green pellets was evaluated by dilatometry. Pre-sintered ceramics were characterized by apparent density measurements (Archimedes method), X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Vickers impression tests and citotoxicity essays were performed after glass phase incorporation. Considering the structural integrity of samples, homogeneity of microstrutures, high fracture toughness values (3.6 4.9 MPa.m1/2) and no citotoxity effects, it was verified that alumina based ceramics, prepared from coprecipitated powders, are adequate for production of dental frameworks infiltrated by vitreous phase.

<p>Alumina-Zirconia thin films were grown on a range of substrates using dual magnetron sputtering. Film growth was achieved at a relatively low temperature of 450 °C and at higher temperatures up to 810 °C. The films were grown on well-defined surfaces such as silicon (100) but also on industrially relevant substrates such as hardmetal (WC-Co). Radio frequency power supplies were used in combination with magnetron sputtering to avoid problems with target arcing. A range of film compositions were possible by varying the power on each target. The influence of sputtering target were investigated, both ceramic oxide targets and metallic targets being used.</p><p>The phase composition of the as-deposited films was investigated by x-ray diffraction. The pure zirconia films contained the monoclinic zirconia phase, while the pure alumina films appeared either amorphous or contained the gamma-alumina phase. The composite films contained a mixture of amorphous alumina, gamma-alumina and the cubic zirconia phase. In-depth high-resolution electron microscopy studies revealed that the microstructures consisted of phase-separated alumina and zirconia nanocrystals in the case of the nanocomposites. In-situ spectroscopy was also performed to characterise the nature of the bonding within the as-deposited films.</p><p>The oxygen stoichiometry in the films was investigated as a possible reason for the stabilisation of the cubic zirconia phase in the nanocomposite. Ion beam techniques such as Rutherford backscattering scattering and electron recoil detection analysis were used in these studies. The growth of films with ceramic targets led to films that may be slightly understoichiometric in oxygen, causing the phase stabilisation. The growth of films from metallic targets necessitates oxygen rich plasmas and it is not expected that such films will be oxygen deficient.</p><p>Initial attempts were also made to characterise the mechanical properties of the new material with nanoindentation. The nanocomposite appeared to have greater resistance to wear than the pure zirconia film. In doing so, some surface interactions and some material interactions have been studied.</p> / Report code: LIU-TEK-LIC-2006:41

Alumina-Zirconia thin films were grown on a range of substrates using dual magnetron sputtering. Film growth was achieved at a relatively low temperature of 450 °C and at higher temperatures up to 810 °C. The films were grown on well-defined surfaces such as silicon (100) but also on industrially relevant substrates such as hardmetal (WC-Co). Radio frequency power supplies were used in combination with magnetron sputtering to avoid problems with target arcing. A range of film compositions were possible by varying the power on each target. The influence of sputtering target were investigated, both ceramic oxide targets and metallic targets being used. The phase composition of the as-deposited films was investigated by x-ray diffraction. The pure zirconia films contained the monoclinic zirconia phase, while the pure alumina films appeared either amorphous or contained the gamma-alumina phase. The composite films contained a mixture of amorphous alumina, gamma-alumina and the cubic zirconia phase. In-depth high-resolution electron microscopy studies revealed that the microstructures consisted of phase-separated alumina and zirconia nanocrystals in the case of the nanocomposites. In-situ spectroscopy was also performed to characterise the nature of the bonding within the as-deposited films. The oxygen stoichiometry in the films was investigated as a possible reason for the stabilisation of the cubic zirconia phase in the nanocomposite. Ion beam techniques such as Rutherford backscattering scattering and electron recoil detection analysis were used in these studies. The growth of films with ceramic targets led to films that may be slightly understoichiometric in oxygen, causing the phase stabilisation. The growth of films from metallic targets necessitates oxygen rich plasmas and it is not expected that such films will be oxygen deficient. Initial attempts were also made to characterise the mechanical properties of the new material with nanoindentation. The nanocomposite appeared to have greater resistance to wear than the pure zirconia film. In doing so, some surface interactions and some material interactions have been studied. / Report code: LIU-TEK-LIC-2006:41

The presence of micropollutants, particularly pesticides, in surface waters across Canada has been of concern not only for their environmental impact, but also for their potential effects on human health and recalcitrant nature to conventional water treatment methods. Although ozone has been mainly applied for disinfection of drinking water, oxidation of trace organics by ozonation has been considered potentially effective. In an effort to meet increasingly stringent drinking water regulations, different solid catalysts have been used to enhance the removal of water contaminants by ozonation. In spite of the increasing number of data demonstrating the effectiveness of heterogeneous catalytic ozonation, the influence of different factors on the efficiency of micropollutants oxidation is still unclear.<p> In the present work, application of three solid catalysts in ozonation of two model micropollutants in pure water was examined using a laboratory-scale reaction system over a range of operating conditions. The three catalysts investigated were activated carbon, alumina, and perfluorooctyl alumina, and the two model micropollutants were the pesticides atrazine and 2,4-dichlorophenoxyactic acid. The effects of solution pH, presence of a radical scavenger, pesticide adsorption on catalyst, and catalyst dose on micropollutant removal were investigated. Solution pH was found to significantly influence the catalyst ability to decompose ozone into free hydroxyl radicals. The effect of these free radicals was markedly inhibited by the radical scavenger resulting in a negative impact on pesticides degradation. In general, the removal rate of pesticides was found to increase with increasing doses of catalyst.<p> In the ozonation process in the presence of activated carbon, atrazine removal rates increased four and two times when using a catalyst dose of 0.5 g L-1 at pH 3 and 7, respectively, whereas observed reaction rates for 2,4-D increased over 5 times in the presence of 1 × 10-4 M tert-butyl alcohol at pH 3. In the ozonation system catalyzed by 8 g L-1 alumina, the observed reaction rate constant of atrazine removal notably improved at neutral pH by doubling the micropollutant removal rate. For the pesticide 2,4-D in the presence of 1 × 10-4 M tert-butyl alcohol at pH 5, the observed removal rate was over ten times higher than that for the non-catalytic ozonation process using also using a catalyst dose of 8 g L-1. Modification of alumina to produce perfluorooctyl alumina resulted in a material able to significantly adsorb atrazine, while not exhibiting affinity for adsorption of 2,4-D. In spite of its adsorptive properties, perfluorooctyl alumina was found to enhance neither molecular ozone reactions nor ozone decomposition into hydroxyl radicals. Thus, the observed removal rates for atrazine and 2,4-D by ozonation in the presence of perfluorooctyl alumina did not increase significantly.