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.

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.

This work presents a study of the mechanical and tribological properties of niobium-reinforced alumina composites obtained by the spark plasma sintering (SPS) technique. Alumina and niobium powders were characterized regarding the size distribution and morphology of particles by laser diffraction and scanning electron microscopy, respectively. These particulates materials were mixed and simultaneously pressed and sintered by SPS with a uniaxial pressure of 50 MPa at 1400oC. The microstructure and crystalline phases of sintered materials were determined by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. Mechanical properties of the samples related to the stiffness, hardness and fracture toughness were determined by means of the instrumented indentation test and the Vickers indention test. For the tribological study of the ceramic materials, sliding wear tests were performed using the experimental design statistics technique. A factorial design at two levels was used in order to evaluate the main and the interaction effects of three factors – Nb concentration, normal load and counterbody – on friction and wear responses. Empirical relationships between the responses and the interest factors were obtained by means of the factorial design at three levels. Sliding wear tests were conducted in dry environment at room temperature using a ball-on-disc configuration, three levels of normal load (5 N, 10 N and 15 N), ceramic disks with three compositions (alumina, alumina-15%Nb e alumina-25%Nb), metallic (AISI 52100 steel) and ceramic (Al2O3) balls as well. The tribological behavior of the materials was evaluated with regard to friction coefficient, wear coefficient and wear mechanisms. The results showed that composites exhibited an increase in mechanical resistance because they had higher fracture toughness values than the monolithic alumina. In addition, the brittleness index that correlates the stiffness, hardness and the fracture toughness was lower for the composite with a higher niobium content. Statistical results indicated that the main and interactions effects involving niobium concentration and counterbody were significant. The friction coeficiente for the composites was slightly lower for the steel counterbody. When sliding against the steel counterbody composites exhibited a wear resistance two orders of magnitude higher than that of the monolithic alumina and specific wear coefficient values characteristic of the mild wear regime. The higher wear resistance of composites was related to the tribofilm formation over worn surfaces, due to material transfer from the counterbody. Monolithic alumina showed a higher wear in relation to the composites, due to brittle fracture, mostly when sliding against the Al2O3 counterbody at higher loads. The good strength of matrix/reinforce interface contributed to increase the fracture toughness of composites, as well as to prevent the pull out of niobium particles from alumina matrix and to increase the sliding wear resistance of alumina – niobium composites. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq / Este trabalho apresenta um estudo das propriedades mecânicas e tribológicas de compósitos de alumina reforçados com partículas de nióbio obtidos pela técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering – SPS). Os pós de alumina e nióbio foram caracterizados quanto à distribuição de tamanho e morfologia das partículas por difração laser e microscopia eletrônica de varredura, respectivamente. Esses materiais particulados foram misturados e simultaneamente compactados e sinterizados via SPS com pressão uniaxial de 50 MPa a 1400oC. A microestrutura e as fases cristalinas dos materiais sinterizados foram determinadas por microscopia eletrônica de varredura e por difração de raios X, respectivamente. As propriedades mecânicas das amostras relacionadas com rigidez, dureza e tenacidade à fratura foram determinadas por meio dos ensaios de indentação instrumentada e de indentação Vickers. Para o estudo tribológico dos materiais cerâmicos foram realizados ensaios de desgaste por deslizamento aplicando a técnica estatística de planejamento de experimentos. Foi utilizado o planejamento fatorial de dois níveis para avaliar os efeitos principais e de interação de três fatores – concentração de Nb, carga normal e contracorpo – sobre as respostas atrito e desgaste. As relações empíricas entre as respostas e os fatores de interesse foram obtidas por meio do planejamento fatorial de três níveis. Os ensaios de desgaste por deslizamento foram conduzidos a seco, a temperatura ambiente utilizando a configuração de esfera-sobre-disco, três níveis de carga normal (5 N, 10 N e 15 N), discos cerâmicos com três composições (alumina, alumina-15%Nb e alumina-25%Nb), bem como esferas metálicas (aço AISI 52100) e cerâmicas (Al2O3). O comportamento tribológico dos materiais foi avaliado quanto ao coeficiente de atrito, coeficiente de desgaste e mecanismos de desgaste. Os resultados indicaram que os compósitos apresentaram um aumento de sua resistência mecânica por terem valores de tenacidade à fratura superiores aos da alumina monolítica. Além disso, o índice de fragilidade, que correlaciona a rigidez, dureza e tenacidade à fratura foi menor para o compósito com maior teor de nióbio. Os resultados estatísticos indicaram que os efeitos principais e de interação da concentração de nióbio e do contracorpo foram significativos. O coeficiente de atrito para os compósitos foram ligeiramente menor para o contracorpo de aço. Os compósitos, quando em contato com o contracorpo de aço apresentaram resistência ao desgaste duas ordens de grandeza maior que a da alumina monolítica e valores de coeficiente de desgaste especifico característicos do regime de desgaste moderado. A maior resistência ao desgaste dos compósitos foi relacionada com a formação de um tribofilme nas superfícies desgastadas, devido à transferência de material do contracorpo. A alumina monolítica apresentou maior desgaste em relação aos compósitos, devido à fratura frágil, principalmente quando em contato com o contracorpo de Al2O3 e sob maiores cargas. A boa resistência da interface matriz/reforço contribuiu para aumentar a tenacidade à fratura, bem como para impedir o arrancamento das partículas de nióbio da matriz de alumina e aumentar a resistência ao desgaste por deslizamento dos compósitos alumina – nióbio.

Orientador: Simonides Consani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-07-27T20:39:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Prates_LuizHenriqueMaykot_D.pdf: 5542298 bytes, checksum: 2937ad4a5face46e3b58742cc05f9700 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O propósito do estudo foi avaliar a influência de quatro tratamentos de superfície, efetuados em uma liga de paládio-prata, na resistência da união ao cisalhamento de três agentes cimentantes. Inicialmente, foram confeccionadas fundições em forma de disco (5 mm de diâmetro), com liga de paládio-prata, sendo os espécimes agrupados em pares, após limpeza manual e em ultra-som com água. Em seguida, os pares foram separados em quatro grupos de 30 cada, para realização de um dos seguintes tratamentos nas faces circulares opostas às correspondentes aos condutos de alimentação: 1 - bruto de fundição (controle); 2 aplicação de jato de óxido de alumínio malha 320; 3 - aplicação de jato de óxido de alumínio malha 60; e 4 - aplicação de jato de micro esferas de vidro malha 270. Após nova limpeza em ultra-som com água destilada, durante 5 minutos, os exemplares de cada grupo foram separados em três sub-grupos de 10 cada, sendo feita a fixação, através das faces tratadas, com um dos seguintes agentes cimentantes: A - cimento de fosfato de zinco; B - cimento de ionômero de vidro modificado por resina; e C - cimento resinoso. Dez espécimes de cada tratamento de superfície foram submetidos à análise da rugosidade média, sendo também feito Lo preparo de dois exemplares para observação com microscopia eletrônica de varredura. Após 24 horas de armazenagem em água destilada a 37°C, os pares fixados foram avaliados com ensaios de cisalhamento em máquina Instron (1 mm/min), até a ruptura das amostras. Os resultados foram submetidos à análise de variância e ao teste de Tukey (p < 0,05) e as médias obtidas (MPa) foram: Grupo 1 A: 1,77 (0,51); Grupo 1 B: 3,18 (1,42); Grupo 1 C: 1,63 (0,55); Grupo 2 A: 5,22 (0,88); Grupo 2 B: 11,90 (1,94); Grupo 2 C: 16,29 (3,94); Grupo 3 A: 4,03 (0,78); Grupo 3 B: 11,41 (2,69); Grupo 3 C: 14,15 (2,71); Grupo 4 A: 1,59 (0,44); Grupo 4 B: 2,24 (0,71); Grupo 4 C: 1,74 (0,51). As superfícies metálicas submetidas ao jato de óxido de alumínio (malhas 320 ou 60) proporcionaram maior resistência de união que a condição de bruto de fundição e que as superfícies submetidas ao jato de micro esferas de vidro malha 270. Nas superfícies tratadas com jato de óxido de alumínio, o cimento resinoso e o cimento de ionômero de vidro modificado por resina proporcionaram resistências de união estatisticamente superiores à do cimento de fosfato de zinco. Não houve relação entre a resistência de união dos agentes cimentantes e a rugosidade média das ligas metálicas / Abstract: The purpose of this study was to evaluate the influence of four metal surface treatments on the shear bond strength of three luting agents. Cast samples in a disk shape (5 mm in diameter) were made with palladium-silver alloy and grouped in pairs afier ultrasonic cleaning. The pairs were assigned into four groups of 30 each and submitted to the following treatments on the circular surfaces opposite to that of the sprue former: 1 - as cast (control); 2 - aluminum oxide blasting (320 mash); 3 - aluminum oxide blasting (60 mash); and 4 - glass beads blasting (270 mash). Afier new ultrasonic cleaning in distilled water, during 5 minutes, the samples of each group were assigned into three subgroups of 10 each, being made the cementing, by the treated surfaces, with the following luting agents: A - zinc phosphate cement; B - resin-modified glass ionomer cement; and C ¿ resin cement. Before luting, 10 specimens of each treatment had the surfaces measured for roughness and two samples were prepared to observation in scanning electronic microscope. Afier storing in distilled water at 37°C, during 24 hours, the cemented pairs were submitted to shear bond strength tests in an Instron machine (1 mm/min), until the failure. The results were analyzed by ANOVA and Tukey's test (p < 0,05) and the means (MPa) were: Group 1 A: 1.77 (0.51); Group 1 B: 3.18 (1.42); Group 1 C: 1.63 (0.55); Group 2 A: 5.22 (0.88); Group 2 B: 11.90 (1.94); Group 2 C: 16.29 (3.94); Group 3 A: 4.03 (0.78); Group 3 B: 11.41 (2.69); Group 3 C: 14.15 (2.71); _Group 4 A: 1.59 (0.44); Group 4 B: 2.24 (0.71); Group 4 C: 1.74 (0.51). The metallic surfaces submitted to the aluminum oxide blast treatment (320 or 60 mash) showed bond strengths significantly higher than those of surfaces as cast or submitted to glass beads blast (270 mash). On surfaces treated with aluminum oxide blast, the resin cement and the resin-modified glass ionomer cement showed bond strengths statistical/y superior to those of the zinc phosphate cement. There was not a relationship between the bond strengths of cementing agents and the roughness of metal/ic surfaces / Doutorado / Doutor em Materiais Dentários

As restaurações monolíticas de Y-TZP (Zircônia Tetragonal Policristalina estabilizada por Itria) se apresentam como uma alternativa interessante devido a suas elevadas propriedades mecânicas, porém existe a preocupação quanto a Degradação em Baixa Temperatura (DBT). Os compósitos ZTA (Alumina reforçada por Zircônia) tem o potencial de atender a esta demanda, apesar do desafio estético uma vez que a passagem de luz pode ser limitada pela combinação de duas fases cristalinas. O presente trabalho teve como objetivo inovar na criação de um compósito ZTA sintetizado com Y-TZP translúcida, na procura de um material com alta resistência mecânica em relação à alumina, resistente à DBT quando comparada à YTZP e com propriedades ópticas melhoradas em relação ao ZTA sintetizado com Y-TZP convencional. Sessenta corpos de prova (discos de 12 mm de diâmetro por 1 mm de espessura) foram confeccionados e divididos em quatro grupos: zircônia convencional (3YSB-E), zircônia translucida (Zpex), compósito ZTA (Al2O3-70%v ZrO2-30%) sintetizado com 3YSB-E (ZTA-3YSB-E) e outro com zircônia translucida Zpex (ZTA-Zpex). Os corpos de prova foram obtidos mediante prensagem uniaxial e isostática dos pós cerâmicos. Após sinterização, o polimento das duas faces foi realizado com discos e suspensões diamantadas de até 1 m. A caracterização óptica foi realizada mediante testes de refletância sobre fundo branco e preto para determinar a razão de contraste (RC) e o parâmetro de translucidez (PT) mediante a diferença de cor (E). Difração de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram realizadas para estudo da microestrutura do material. Análise de variância ANOVA e teste de Tukey com nível global de significância de 5% foram utilizados na análises dos dados de propriedades ópticas. A RC mostrou opacidade significativamente menor para o grupo Zpex (0.77; p=0.0001), o grupo 3YSB-E mostrou valores intermediários (0.84; p=0.0001), sendo que os dois compósitos ZTA apresentaram valores maiores de opacidade (ZTA-3YSB-E = 0.99 e ZTA-Zpex = 1) sem diferença significante entre eles (p=0.7433). Para o PT os compósitos ZTA mostraram um E baixo (ZTA-Zpex = 0.22 e ZTA-3YSB-E = 0.43), sem diferença significante entre os grupos (p=0.5). O grupo 3YSB-E apresentou valores intermediários e significativamente diferentes em relação aos outros grupos (E = 7.11 p<0.0001). Já o grupo Zpex apresentou a menor capacidade de mascaramento com E =10.19 (p<0.0001). A DRX mostrou similaridade das fases cristalinas dos grupos 3YSB-E e ZPEX evidenciando que as mesmas foram preservadas na mistura nos compósitos, sem mostrar alterações da estrutura cristalina. A analise no MEV em até 1.500x de aumento evidenciou pouca alteração morfológica entre as zircônias e entre os ZTAs. As propriedades ópticas do ZTA Zpex não foram estatisticamente diferentes do compósito sintetizado com 3YSB-E, sendo que as Y-TZPs apresentaram menor opacidade. As Y-TZPs mostraram estrutura cristalina regular sem a formação de aglomerados e os compósitos ZTAs apresentaram uma mistura uniforme, mantendo as características da estrutura cristalina tanto da Y-TZP quanto da Al2O3, sem formação de aglomerados nem segregação dos grãos dos compósitos. Novos estudos são necessários para avaliar a resistência a DBT e as propriedades mecânicas destes materiais experimentais. / Monolithic Yttria stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystals (Y-TZP) prostheses are considered an interesting treatment alternative due to their high mechanical properties. Nevertheless there is concern about the Low Temperature Degradation (LTD) process. Zirconia-Toughened Alumina (ZTA) composites seem to be capable of meeting this demand, while facing the challenge of being aesthetically suitable, since the passage of light can be limited by the combination of two polycrystalline phases. The present work aimed to innovate in the synthesis of a ZTA composite with a translucent Y-TZP for dental applications, in the search for a material with high mechanical resistance when compared to alumina, resistant to LTD when compared to Y TZP, and with improved optical properties over ZTA synthesized with conventional Y-TZP. Sixty disc shaped specimens with 12 mm diameter and 1 mm thick, were prepared and divided in four groups: a conventional zirconia (3YSB-E), a translucent zirconia (Zpex), a ZTA composite (Al2O3-70%v ZrO2-30%) synthetized with 3YSB-E (ZTA- 3YSB-E), and a ZTA composite synthetized with translucent zirconia (ZTA-Zpex). The specimens were obtained by uniaxial and isostatic pressing of the ceramic powders. After sintering, polishing of both sides was performed with diamond disks and suspensions up to 1 m. The optical characterization was performed by means of reflectance on a white and a black background to determine the contrast ratio (CR) and the translucency parameter (TP) of the experimental groups. XRD and SEM analyses were performed to study the crystalline structure. Analysis of variance ANOVA and Tukey test with a global significance level of 0.05% were used to analyze the data. CR showed significantly lower opacity for Zpex group (0.77, p = 0.0001), 3YSB-E showed intermediate values of opacity (0.84, p = 0.0001), and both ZTA composites presented higher opacity (ZTA-3YSB-E = 0.99 and ZTA-Zpex = 1) with no statistically significant difference between them (p = 0.7433). The TP showed a low E for ZTA composites (ZTA-Zpex = 0.22 and ZTA-3YSB-E = 0.43), with no statistically difference between the groups (p = 0.5). The 3YSB-E group presented intermediate and significantly different values of TP relative to the other groups (E = 7.11 p <0.0001). The Zpex group presented the lowest masking ability with E = 10.19, also significantly different from the other groups (p <0.0001). The XRD showed similarity of the crystalline phases of 3YSB-E and ZPEX, structure that were preserved in the blends in ZTA composites, without showing changes in the crystalline structure of the materials. SEM analysis (up to 1.500 x) showed low morphologic alteration between Y-TZP and ZTA composites. Optical properties of ZTA-Zpex showed no statistical difference when compared with ZTA-3YSB-E, whereas Y-TZP groups showed less opacity than other groups. The experimental Y-TZPs showed a regular crystalline structure without the formation of agglomerates, and the ZTA composites presented a uniform mixture of the phases, maintaining the characteristics of the polycrystalline structure of both Y-TZPs and Al2O3, without the formation of agglomerates or segregation of the grains in the composites. Future tests evaluating the resistance to LTD and mechanical properties of these experimental materials are warranted.

Corundum ou safira (&#945; &#8722; Al2O3) é um importante material tecnológico, utilizado em inúmeras aplicações ópticas e eletrônicas e, mais recentemente, como um sensor de radiação para baixas doses e aplicações de curta exposição. Os dosímetros em estudo são provenientes da Landauer Crystal Growth Facility (Stillwater, EUA). Trata-se de fitas multicamadas, onde o material cerâmico Encontra&#8722;se aprisionado entre duas camadas de um material polimérico. O processo de recuperação do óxido de alumínio contido nestes sensores, pré &#8722; definido, é realizado na empresa SAPRA S&#8260;A. Este trabalho envolve a caracterização dos materiais que compõem o dosímetro e, principalmente, a caracterização do produto final obtido, verificando se ocorreram mudanças em suas propriedades dosimétricas após passar por todo o processo. Desta maneira, este estudo está voltado para a recuperação do Al2O3 a nível de processo industrial, visando a obtenção de um produto que conserve suas características estruturais e que mantenha suas propriedades dosimétricas / Corundum or sapphire (&#945; &#8722; Al2O3) is an important technological material in many optical and electronic applications and, more recently, as a radiation detector. Dosimeters are provided by Landauer Crystal Growth Facility (Stillwater, USA) which consist of a multilayer tape made out mainly of an aluminum oxide layer enfolded by two layers of a polymeric material. The recovering process of the aluminum oxide is undertaken by Sapra S&#8260;A. This work comprises the characterization of the constituent material of the dosimeter, especially the final product, concerning to the possible change that could occur in the dosimetry properties after the recuperation process of the aluminum oxide. Therefore, this work is looking forward a industrial recovering process which assures a good quality of the final product

>Magister Scientiae - MSc / In the wide search for advanced materials for next generation lithium-ion batteries, lithium manganese orthosilicate, Li₂MnSiO₄ is increasingly gaining attention as a potential cathode material by virtue of its ability to facilitate the extraction of two lithium ions per formula unit, resulting in a two-electron redox process involving Mn²⁺/Mn³⁺ and Mn³⁺/Mn⁴⁺ redox couples. This property confers on it, a higher theoretical specific capacity of 333 mAhg⁻¹ which is superior to the conventional layered LiCoO₂ at 274 mAhg⁻¹ and the commercially available olivine LiFePO₄ at 170 mAhg⁻¹. Its iron analogue, Li₂FeSiO₄ has only 166 mAhg⁻¹ capacity as the Fe⁴⁺ oxidation state is difficult to access. However, the capacity of Li₂MnSiO₄ is not fully exploited in practical galvanostatic charge-discharge tests due to the instability of the delithiated material which causes excessive polarization during cycling and its low intrinsic electronic conductivity. By reducing the particle size, the electrochemical performance of this material can be enhanced since it increases the surface contact between the electrode and electrolyte and further reduces the diffusion pathway of lithium ions. In this study, a versatile hydrothermal synthetic pathway was employed to produce nanoparticles of Li₂MnSiO₄, by carefully tuning the reaction temperature and the concentration of the metal precursors. The nanostructured cathode material was further coated with a thin film of aluminium oxide in order to modify its structural and electronic properties. The synthesized materials were characterized by microscopic (HRSEM and HRTEM), spectroscopic (FTIR, XRD, SS-NMR, XPS) and electrochemical techniques (CV, SWV and EIS). Microscopic techniques revealed spherical morphologies with particle sizes in the range of 21-90 nm. Elemental distribution maps obtained from HRSEM for the novel cathode material showed an even distribution of elements which will facilitate the removal/insertion of Li-ions and electrons out/into the cathode material. Spectroscopic results (FTIR) revealed the vibration of the Si-Mn-O linkage, ascertaining the complete insertion of Mn ions into the SiO₄⁴⁻ tetrahedra. XRD and ⁷Li MAS NMR studies confirmed a Pmn21 orthorhombic crystal pattern for the pristine Li₂MnSiO₄ and novel Li₂MnSiO₄/Al₂O₃ which is reported to provide the simplest migratory pathway for Li-ions due to the high symmetrical equivalence of all Li sites in the unit cell, thus leading to high electrochemical reversibility and an enhancement in the overall performance of the cathode materials. The divalent state of manganese present in Li₂Mn²⁺SiO₄ was confirmed by XPS surface analysis. Scan rate studies performed on the novel cathode material showed a quasi-reversible electron transfer process. The novel cathode material demonstrated superior electrochemical performance over the pristine material. Charge/discharge capacity values calculated from the cyclic voltammograms of the novel and pristine cathode materials showed a higher charge and discharge capacity of 209 mAh/g and 107 mAh/g for the novel cathode material compared to 159 mAh/g and 68 mAh/g for the pristine material. The diffusion coefficient was one order of magnitude higher for the novel cathode material (3.06 x10⁻⁶ cm2s⁻¹) than that of the pristine material (6.79 x 10⁻⁷ cm2s⁻¹), with a charge transfer resistance of 1389 Ω and time constant (τ) of 1414.4 s rad⁻¹ for the novel cathode material compared to 1549 Ω and 1584.4 s rad-1 for the pristine material. The higher electrochemical performance of the novel Li₂MnSiO₄/All₂O₃ cathode material over the pristine Li₂MnSiO₄ material can be attributed to the alumina nanoparticle surface coating which considerably reduced the structural instability intrinsic to the pristine Li₂MnSiO₄ cathode material and improved the charge transfer kinetics.

Plasma sprayed aluminum oxide ceramic coating is widely used due to its outstanding wear, corrosion, and thermal shock resistance. But porosity is the integral feature in the plasma sprayed coating which exponentially degrades its properties. In this study, process maps were developed to obtain Al2O3-CNT composite coatings with the highest density (i.e. lowest porosity) and improved mechanical and wear properties. Process map is defined as a set of relationships that correlates large number of plasma processing parameters to the coating properties. Carbon nanotubes (CNTs) were added as reinforcement to Al2O3 coating to improve the fracture toughness and wear resistance. Two novel powder processing approaches viz spray drying and chemical vapor growth were adopted to disperse CNTs in Al2O3 powder. The degree of CNT dispersion via chemical vapor deposition (CVD) was superior to spray drying but CVD could not synthesize powder in large amount. Hence optimization of plasma processing parameters and process map development was limited to spray dried Al2O3 powder containing 0, 4 and 8 wt. % CNTs. An empirical model using Pareto diagram was developed to link plasma processing parameters with the porosity of coating. Splat morphology as a function of plasma processing parameter was also studied to understand its effect on mechanical properties. Addition of a mere 1.5 wt. % CNTs via CVD technique showed ~27% and ~24% increase in the elastic modulus and fracture toughness respectively. Improved toughness was attributed to combined effect of lower porosity and uniform dispersion of CNTs which promoted the toughening by CNT bridging, crack deflection and strong CNT/Al2O3 interface. Al2O3-8 wt. % CNT coating synthesized using spray dried powder showed 73% improvement in the fracture toughness when porosity reduced from 4.7% to 3.0%. Wear resistance of all coatings at room and elevated temperatures (573 K, 873 K) showed improvement with CNT addition and decreased porosity. Such behavior was due to improved mechanical properties, protective film formation due to tribochemical reaction, and CNT bridging between the splats. Finally, process maps correlating porosity content, CNT content, mechanical properties, and wear properties were developed.

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A non-invasive method to quantify the stress distribution in polymer-based materials is presented through the piezospectroscopic calibration of alumina-epoxy nanocomposites. Three different alumina volume fraction nanocomposites were created and loaded under uniaxial compression in order to determine the relationship between applied stress and the frequency shift of the R-lines produced by alumina under excitation. Quantitative values for six piezospectroscopic coefficients were obtained which represent the stress-sensing property of the nanocomposites. The results were applied to an alumina-filled adhesive in a single lap shear configuration demonstrating the capability of the technique to monitor R-line peak positions with high spatial resolution and assess the stress distribution within the material prior to failure. Additionally, particle dispersion and volume fraction were confirmed with spectral intensities, introducing a novel experimental method for the assessment of quality in manufacturing of such nanocomposites. Results were further used to initiate studies in determining the load transfer to the nanoparticles and assessing the fundamental driving mechanisms.