Orientador: Fernando Rogério de Paula / Banca: Rafael Zadorozny / Banca: Fernando Henrique Cristovan / Resumo: Com os supercondutores de alta temperatura crítica (Tc) descobertos na década de 80, os estudos dos materiais supercondutores se intensificaram na tentativa de se obter materiais com Tc's cada vez maiores, ou seja, acima da temperatura do nitrogênio líquido (77 K). No entanto, alguns materiais supercondutores de alta Tc são difíceis de serem obtidos, como no caso do supercondutor cerâmico composto de Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) que apresenta quatro fases predominantes: Bi2Sr2CuO6 (Bi-2201), Bi2Sr2Ca1Cu2O8 (Bi-2212), Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (Bi-2223) e Bi2Sr2Ca3Cu4O12 (Bi-2234), com suas Tc's, respectivamente, na faixa de 7-22 K, 75-94 K, 100-125 K e 90-100 K. Infelizmente este supercondutor apresenta instabilidade na fase de maior Tc (Bi-2223). Uma das soluções utilizadas para melhorar a estabilidade desta fase consiste na substituição de elementos químicos. Desta forma, neste trabalho estudamos a estabilização da fase Bi-2223, utilizando o método de substituição onde o Bi foi substituído parcialmente pelo Pb. Para isso, a estequiometria utilizada foiBi2-xPbxSr2Ca2Cu3Oycom x = 0,00, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50 mol/g. As soluções precursoras foram preparadas baseadas no método Pechini de síntese, na qual se obteve uma resina polimérica que foi tratada termicamente a 200°C por 10 h. Em seguida, a resina foi macerada e o pó obtido nesse procedimento foi novamente tratado termicamente entre 400 e 810°C. Com o pó resultante, foram preparadas pastilhas e, logo após, submetidas a um novo tratamento térmico a 845°C/60 h. Nas pastilhas foram feitas as caracterizações estruturais por meio da técnica de Difratometria de Raios - X (DRX); caracterização elétrica pelo método de quatro pontas dc e química pela técnica de Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios - X (EDX).Os resultados mostraram que nas amostras preparadas com as concentrações de 0,00; 0,30 e 0,35 mols/g de Pb predominou a fase Bi-2212, no entanto para 0,40... / Abstract: With high critical temperature superconducting discovered in the 80s, the studies of superconducting materials have intensified in an attempt to obtain materials with Tc increasing, above the temperature of liquid nitrogen (77 K). However, some superconducting materials of high Tc are difficult to be obtained, as in the case of superconducting ceramic compositesof Bi- Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) that presents predominant four phases: Bi2Sr2CuO6 (Bi-2201), Bi2Sr2Ca1Cu2O8 (Bi 2212), Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (Bi-2223) and Bi2Sr2Ca3Cu4O12 (Bi-2234), with its Tc respectively in the range of 7-22 K, 75-94 K, 100-125 K and 90-100 K. Unfortunately the high-Tc phase (Bi-2223) in this high-temperature superconductor is thermodynamically unstable. One of the used solutions to improve this phase stability is the chemical element substitution. Thus, in this work we study the stabilization of the Bi-2223 phase using the method of chemical element substitution in which the Bi was replaced partially by Pb. For this, the stoichiometry used was Bi2-xPbxSr2Ca2Cu3Oywith x = 0.00; 0.30; 0.35; 0.40; 0.45; 0.50 mol/g. The solutions were prepared by the polymeric precursor method based on the Pechini method. The polymeric resin obtained was thermally treated at 200°C for 10 h.Then the resin was macerated and the powder obtained in this procedure was again thermally treated between 400°C and 810°C. With the resulting powder, pastilles were prepared and soon after were subjected to a new thermal treatment to 845°C for 60 h. Structural characterizations of the samples were investigated by the technique of X-ray diffraction - (XRD); electrical characterization by four-point probe dc conductivity method and chemical characterization by Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX).The results showed that in the samples prepared with concentrations of 0.00, 0.30 and 0.35 mol/g Pb prevailed the phase Bi -2212, however for the concentration of 0.40 mol/g of Pb the Bi-2223 phase was the... / Mestre

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A utilizaÃÃo de resÃduos como materiais alternativos tem se mostrado uma soluÃÃo satisfatÃria de acordo com vÃrias pesquisas realizadas. Os produtos da combustÃo do carvÃo mineral (PCCs) sÃo resÃduos que causam impacto ambiental, mas apresentam grande potencial de utilizaÃÃo no setor da construÃÃo civil na produÃÃo de argamassas e concretos. Apresentam elevado teor de sÃlica (SiO2), podendo ser utilizados como pozolanas. Esta pesquisa objetivou verificar a viabilidade da utilizaÃÃo dos produtos da combustÃo do carvÃo mineral em argamassas de assentamento e revestimento. As matÃrias-primas foram caracterizadas quanto aos aspectos fÃsicos, quÃmicos e para os PCCs tambÃm foi avaliada sua pozolanicidade. Foram confeccionadas argamassas de referÃncia e com adiÃÃo de PCCs nos teores de 10, 20, 30, 40 e 50% como substituto parcial do cimento. ApÃs tempos de cura de 7 e 28 dias, foram feitos teste de resistÃncia à traÃÃo na flexÃo e resistÃncia à compressÃo. AlÃm disso, as argamassas foram sujeitas a anÃlises de difraÃÃo de Raios â X, Microscopia EletrÃnica de Varredura, absorÃÃo de Ãgua, determinaÃÃo de Ãndice de vazios e massa especÃfica aparente. Os resultados obtidos mostraram-se compatÃveis quando comparados com os dados da literatura, demonstrando ser viÃvel a aplicaÃÃo dos produtos da combustÃo do carvÃo mineral na indÃstria da construÃÃo civil. / The use of residues as alternative materials has proven successful according to several investigations. Coal combustion products (CCPs) is a residue that causes environmental impact, but it has a great potential for use in civil engineering construction in the production of mortars and concrete. It posesses a high content of silica (SiO2) and so it can be used as pozzolan. This research aimed to verify the viability of adding coal combustion products to mortars for bricklaying and covering. The raw materials were submitted to physical, and chemical characterization. CCPs were also rated according to their pozzolanicity. Reference mortars were prepared, as well as mortars containing 10, 20, 30, 40 and 50% amounts of CCPs as a partial replacement for cement. After curing time of 7 and 28 days, prismatic samples were tested to determine their tensile strength in bending and their compression strength. Moreover, the mortars were subjected to X-ray diffraction, scanning electron microscopy and determination of water absorption, voids and apparent density. The results obtained were consistent with literature data, showing that application of coal combustion products in the construction industry is a viable alternative.

Os carbetos de tungstênio com matriz de cobalto são uns dos mais antigos produtos comerciais da metalurgia do pó. Estes compósitos são usados para diferentes aplicações dentre as quais se destacam a fabricação de componentes de corte e abrasivos. Tais materiais são constituídos por partículas de carbeto de tungstênio e cobalto metálico ligados pela sinterização via fase líquida e podem ser produzidos por reações químicas convencionais. As técnicas de moagem de alta energia são amplamente utilizadas para a síntese de compostos cerâmicos. O presente trabalho visou a realização de estudos de moagem de alta energia e de sinterização de misturas de pós de carbeto de tungstênio dopados com cobalto e boro. A etapa de moagem das misturas de pós elementares de W-50C (%-at.) foi realizada em um moinho de bolas planetário Fritsch P-5 utilizando esferas (10 mm de diâmetro) e vaso de WC-Co, velocidade de 200 rpm e uma relação de massas esferas-pós de 10:1. O tempo de moagem foi variado: 20, 60, 180 e 600 min. Na sequência, os pós de Co e de B foram misturados com os pós moídos de W-50C (%-at) e processados em um moinho Spex por 5 min. Seguindo, os materiais foram sinterizados em atmosfera controlada à 1450oC para a obtenção de corpos cilíndricos com altura de 1-3 mm e diâmetro de 10 mm. Os pós-moídos e os produtos sinterizados foram avaliados com o auxílio das técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por dispersão de energia (EDS) e ensaios mecânicos (compressão diametral e dureza Vickers). Picos de carbono desapareceram após 180 min de moagem, enquanto que o pico principal do tungstênio foi deslocado para a direção de menores ângulos de difração em pós de W-50C moídos por 600 min. Ainda, os picos de tungstênio foram alargados e tiveram suas intensidades reduzidas em misturas de pós de W-50C moídos por 600 min, sugerindo que os átomos de carbono ficaram dissolvidos na estrutura cristalina do tungstênio para formar soluções sólidas supersaturadas. Amostras densas (> 96% da massa específica teórica) com microestruturas formadas pela fase WC como matriz além de precipitados ricos em boro e de W2C foram obtidos após spark plasma sintering das misturas de pós contendo adição de boro. As amostras sinterizadas apresentaram valores de dureza Vickers entre 1841 HV e 2191 HV, as quais foram mais pronunciadas para as cerâmicas mais ricas em boro. Similarmente à cerâmica convencional de WC-6Co, nenhum efeito foi encontrado sobre a adição de boro no módulo elástico das cerâmicas avaliadas, as quais ficaram próximas de 500 GPa. Ao contrário, a resistência compressiva das cerâmicas de WC-6Co contendo adição de boro ficou inferior a 500 MPa. / Tungsten carbides in cobalt matrix are one of the earliest commercial products of powder metallurgy. These composites are used for different applications among which are highlighted the manufacture of cutting components and abrasives. These composites consist of tungsten carbide and metallic cobalt particles bound by sintering through the liquid phase and they can be produced by conventional chemical reactions. Mechanical alloying techniques are widely used for the synthesis of ceramic compounds. The present work aims to perform studies of mechanical alloying and sintering of powder mixtures of tungsten carbide doped with cobalt (6 wt.-%) and boron (0.2 and 0.5 at.%). Ball milling of W-50C (at.-%) elemental powder mixtures was performed in a planetary Fritsch P-5 ball mill using WC-Co balls (10 mm diameter) and vial (500 mL), rotary speed of 200 rpm, and a ball-to-powder weight ratio of 10:1. The milling time was varied: 20, 60, 180 and 600 minutes. Following, the powders of Co and B were mixed for 5 min in a Spex mill together the previous mechanically alloyed W-50C (at.-%) powders. Afterwards, the as-milled powders were consolidated by spark plasma sintering (SPS) at 1450°C under controlled atmosphere to obtain cylindrical bodies with height of 1-3 mm and 10 mm diameter. The as-milled powders and sintered products were evaluated using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), and mechanical tests (diametrical compression and Vickers hardness). Peaks of carbon disappeared after milling for 180 min whereas the major W peak was shifted toward the lower diffraction angles in W-50C powders milled for 600 min. In addition, the peaks of W were broadened and their intensities reduced after milling for 600 min, suggesting that the carbon atoms were dissolved into the W lattice in order to form supersaturated solid solutions. SPS process of mechanically alloyed W-50C powders containing Co and B produced dense samples (> 96% of theorical specific mass) which presented microstructures formed by the WC phase as matrix beside the B-rich and W2C precipitates. SPS samples presented Vickers hardness values between 1841 HV and 2191 HV which were more pronounced for B-richer ceramics. For the evaluated ceramics, no effect of boron addition on the elastic module was found, which were close to 500 GPa. On the other hand, the compressive strenght of W-50C ceramics containing Co and B addition were lower than 500 MPa. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Este trabalho foi realizado com o objetivo de verificar a viabilidade de obtenção de material cerâmico poroso de TiO2, com características de porosidade específicas para o emprego como biomaterial, através do método de conformação por consolidação com amido. Para tanto, foram confeccionados amostras com diferentes teores de sólidos e com teores de amido variando de 10 a 50%. A escolha do dióxido de titânio deve-se as suas já conhecidas propriedades de biocompatibilidade, pela sua similaridade estrutural com o tecido ósseo, baixo custo e capacidade de esterilização. Os corpos cerâmicos foram pré-sinterizados à 1200°C e sinterizados à 1400°C. A caracterização das peças cerâmicas foi feita por meio do ensaio baseado no princípio de Arquimedes, onde se obteve a densidade aparente, a porosidade e capacidade de absorção das peças. As densidades reais a as perdas de massa foram determinadas durante o processamento do material, ou seja, do corpo à verde, do corpo pré-sinterizado e do corpo sinterizado. A porosidade também foi avaliada por meio de microscopia eletrônica de varredura e por meio do ensaio de líquido penetrante. A caracterização de resistência mecânica foi realizada por meio do ensaio de flexão de três pontos com o objetivo de se nortear o uso do material obtido. O material obtido apresentou porosidade entre 17% a 48%, variando de acordo com o percentual de amido na suspensão. A retração na pré-sinterização à 1200°C ficou em torno de 11% e após a sinterização à 1400°C apresentou valores em torno de 20%. Os poros do material obtido apresentaram diâmetros entre 100цm e 400 цm. Também a interconectividade dos poros pode ser verificada. Sendo assim, a técnica de obtenção adotada se mostrou eficiente na obtenção da porosidade específica para fins biomédicos. / This work was carried out in order to verify the feasibility of obtaining TiO2 porous ceramic material with specific characteristics of porosity for employment as a biomaterial, through the method of shaping by starch consolidation. Thus samples with different solids and starch contents ranging from 10 to 50% were fabricated. The choice of titanium dioxide is due to its well known properties of biocompatibility, due to its structural similarity with bone tissue, low cost and ability to sterilization. The ceramic bodies were pre-sintered at 1200 ° C and sintered at 1400 ° C. The characterization of the ceramic pieces was taken by the essay based on Archimedes' principle, where we got the bulk density, porosity and absorption capacity of the pieces. The actual densities of the mass losses were determined during processing of the material, ie the green body, the pre-sintered body and the sintered body. The porosity was also evaluated by scanning electron microscopy and by means of liquid piercing testing. The characterization of mechanical resistance was performed using the assay of three points in order to guide the use of the material obtained. The material presented porosity from 17 % to 48 %, varying according to the percentage of starch in the suspension. The decrease in pre-sintering at 1200 ° C was around 11 % and after sintering at 1400 ° C showed values ​​around 20 %. The pores of the material obtained had diameters from 100 to 400 цm. Also the pore interconnectivity can be verified. Thus, the technique adopted for obtaining proved effective in obtaining specific porosity for biomedical purposes.

O objetivo principal deste trabalho consistiu na preparação de amostras vítreas à base de polifosfato de sódio e óxido de tungstênio contendo altos teores (60%) de fluoreto de chumbo PbF2, para posterior dopagem com íons terras raras e avaliação das propriedades luminescentes dos vidros e vitrocerâmicas contendo a fase cristalina β-PbF2. As condições de síntese como temperatura e tempo de fusão foram estudadas e otimizadas com o intuito de promover a formação de amostras homogêneas, transparentes e com baixa perda de fluoretos devido à sublimação durante o processo de fusão. Foram obtidas amostras vítreas no sistema ternário (40-x)NaPO3-xWO3-60PbF2 com x variando entre 14 e 34 % em mol. Posteriormente essas amostras foram caracterizadas por DSC para determinação das temperaturas características e estabilidade térmica. Além disso verificou-se que há uma relação linear da Tg com a quantidade de WO3 presente nas amostras. A análise de difração de raios X permitiu verificar o caráter não cristalino das amostras. Um estudo de cristalização indicou a cristalização preferencial da fase cristalina β- PbF2 com mecanismo de cristalização predominantemente volumétrico e crescimento bidimensional. As medidas de absorção no infravermelho confirmaram a remoção de grupos OH com aumento do teor de PbF2 enquanto a análise estrutural por espectroscopia Raman permitiu determinar a formação de ligações de ponte W-O-W com aumento do teor de WO3, além da possibilidade de conversão dos octaedros WO6 em tetraedros WO4, responsáveis da formação vítrea. Medidas de luminescência do Eu3+ em vidros e vitrocerâmicas obtidas por tratamento térmico sugerem a migração do Eu3+ para a fase cristalina de β-PbF2 apenas para as amostras mais concentradas em óxido de tungstênio com diminuição da intensidade da emissão hipersensível 5D0 7F2 em 612 nm e aumento dos tempos de vida. Medidas preliminares de luminescência do Er3+ em amostras vítreas codopadas Er3+/Yb3+ permitiram determinar uma variação nas propriedades de luminescência do íon com o grau de cristalinidade das amostras. / The main goal of this work has been the preparation of glass samples based on sodium polyphosphate NaPO3 and tungsten oxide WO3 with high contents (60%) of lead fluoride PbF2 and doped with rare earth ions in order of obtaining transparent glass-ceramics containing lead fluoride nanocrystallites. Synthesis conditions such as melting time and melting temperature were improved for the formation of transparent, homogeneous and stable glasses with low fluorine loss during the melting process. Glass samples were obtained in this ternary system (40-x) NaPO3-xWO3-60PbF2 varying x of 14 to 34. Subsequently, these samples were characterized by DSC, in order to determine the characteristic temperatures and thermal stabilities. Furthermore, it was found that there is a linear relationship between the Tg and WO3 content in the sample. The XRD analyzes prove the non-crystalline state of the samples. A crystallization study identified the preferential crystallization of the cubic phase β- PbF2 with dominant volumetric crystallization and two-dimensional growth. The absorption measurements in the infrared confirmed the removal of OH groups with increasing PbF2 contents while the structural analysis by Raman spectroscopy allowed to determine the formation of W-O-W bridge connections with increasing WO3 content and the possibility of converting the WO6 octahedra in tetrahedrons WO4, responsible for glass formation. Luminescence measurements of Eu3+ in glasses and glass-ceramics obtained by heat treatment suggest migration of Eu3+ to the crystalline phase of β-PbF2 only for the most WO3 concentrated samples with a decreasing intensity of the hypersensitive emission 5D0  7F2 at 612 nm and increased lifetimes. Preliminary measurements of luminescence of Er3+ in vitreous samples doped Er3+/ Yb3+ enabled to determine a variation in ion luminescence properties with the degree of crystallinity of the samples. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O objetivo principal deste trabalho foi preparar catalisadores suportados em γ-Al2O3, a partir da conformação do hidróxido de alumínio comercial Versal, utilizando como precursores das fases ativas sais comerciais dos metais Ni, Nb e Mo, resultando nos catalisadores: NbMo/γ-Al2O3, NiNb/γ-Al2O3 e NiMo/γ-Al2O3. Estes foram avaliados quanto ao seu desempenho catalítico na reação de Hidrodessulfurização (HDS), principal processo no refino do óleo diesel. O objetivo específico do trabalho foi avaliar a influência nas propriedades dos suportes e dos catalisadores, ao variar alguns parâmetros nas etapas de peptização e calcinação. As variáveis estudadas foram: o tipo de agente peptizante (ácido acético, ácido oxálico e hidróxido de amônio), a concentração do agente peptizante (2% e 3%) e a temperatura de calcinação (550°C e 650°C). Combinando-se esses diferentes parâmetros, foram produzidos nove suportes com características diferentes. Inicialmente, utilizando Difratometria de Raios X, foi avaliada a influência da peptização, da concentração do agente peptizante e da temperatura de calcinação na estrutura cristalina dos suportes. Os resultados demonstraram que as amostras que foram submetidas à peptização e com maior concentração de peptizante, apresentaram um maior grau de cristalinidade. Os suportes foram submetidos às análises de Volumetria de N2, que determina as propriedades texturais (área superficial específica, volume específico de poros e diâmetro médio de poros) e de Resistência Mecânica. Os resultados permitiram selecionar três suportes (ácido acético 3%/650°C, ácido oxálico 3%/650°C e hidróxido de amônio 3%/650°C) para a impregnação. Foi feita impregnação incipiente, em combinações de dois a dois (NbMo, NiNb e NiMo), e os catalisadores finais também foram avaliados com os mesmos testes anteriormente feitos nos suportes, e como resultado, apenas os três catalisadores com suportes peptizados com ácido acético 3%/650°C, foram selecionados para a avaliação catalítica. As hidrodessulfurizações foram realizadas em uma unidade de alta pressão de H2 (30 bar) e alta temperatura (280°C), simulando as condições na refinaria industrial, utilizando como composto sulfurado de partida o Dibenzotiofeno (DBT). Os resultados indicaram que o catalisador NiMo/γ-Al2O3 foi o único que apresentou bom desempenho. / The more important purpose of this work was prepare supported γ-Al2O3 catalysts, by conformation of the aluminum hydroxide Versal, using as active phases precursors, commercial salts of the metals Ni, Nb e Mo, resulting in the catalysts NbMo/γ-Al2O3, NiNb/γ-Al2O3 e NiMo/γ-Al2O3. This were evaluated about the catalytic performance in the Hydrodessulfurization (HDS), principal process in the oil diesel refining. The work specific purpose was evaluated the influence in the properties of the supports and catalysts, diversified some parameters in peptizer and calcination. The studied variables were: the type of peptizer agente (acetic acid, oxalic acid and ammonium hydroxide), the peptizer agent concentration (2% e 3%) and the calcinations temperature (550°C e 650°C). Matching up this different parameters, were make nine supports with different characteristics. Initially, using X-Ray Diffraction, was evaluated the influence of the peptization, the concentration of peptizer agent and the calcination temperature in the supports crystalline structure. The results demonstrated that the peptizated samples with the superior peptizer concentration, show more crystalline. The supports were analyzed by Nitrogen Adsorption, that determine the textural properties (superficial specific area, specific volume of pore and medium diameter of pore) and Mechanical Resistance. The results allowed to select three supports (acetic acid 3%/650°C, oxalic acid 3%/650°C and ammonium hydroxide 3%/650°C) to impregnation. Was made incipient impregnation, in two to two combinations (NbMo, NiNb e NiMo) and the final catalysts were also evaluated with the supports tests, as result, just the three catalysts by supports peptizated with acetic acid 3%/650°C, were selected to catalytic tests. The Hydrodessulfuruzations were made in a high pressure unit of H2 (30 bar) and high temperature (280°C), simulating the industrial refining conditions, using as initial sufured compost the Dibenzothiophene (DBT). The results indicated that the catalysts NiMo/γ-Al2O3 was the only one to had a good performance.

Essa dissertação teve como objetivo desenvolver catalisadores suportados em gama alumina para o refino do óleo diesel. Avaliou-se o efeito do tipo de hidróxido de alumínio comercial utilizado, da quantidade do teor de nióbio adicionado ao suporte e do agente peptizante na conformação. Os pós comerciais de alumina e ácido nióbico foram peptizados, conformados por extrusão, secados e calcinados a 600°C para a obtenção de “pellets" cilíndricos com altura entre 4 e 6 mm e diâmetro entre 2 e 3 mm. O metal Mo, responsável pela fase ativa do catalisador, foi adicionado por impregnação incipiente ao suporte. Analisou-se as propriedades texturais, a resistência mecânica e a estrutura cristalina dos suportes. A partir dessas análises, o suporte que apresentou o melhor conjunto de resultados foi produzido a partir do hidróxido de alumínio Versal + 5% ácido nióbico peptizado com ácido acético 1%, e este foi impregnado com molibdênio. Foram também realizadas as mesmas análises nos catalisadores para avaliar a influência das fases ativas nas propriedades finais do material. / The purpose of this dissertation was develop supported gamma alumina catalysts for diesel oil refining. Were evaluated the effect of the type to commercial aluminum hydroxide used, the content of niobium added to the support and the peptizer agent, in the conformation. The commercial dust alumina and niobic acid were peptizated shaped by extrusion, dried and calcined in 600°C to obtain cylindrical pellets with height between 4 and 6mm and diameter between 2 and 3 mm. The Mo metal, responsable by the active phase of the catalysts, was added to the support by incipient impregnation. Were analyzed the textural properties, the mechanical resistance and the crystalline  structure of the supports. With this analysis the support with the better results was aluminum hydroxide Versal + 5% niobic acid with acetic acid 1%, and this was selected and impregnated with molibdenium. Were made the same analysis in the catalysts.

Muitos materiais cerâmicos são de grande importância tecnológica, como é o caso da tialita (β-Al2TiO5). Essa cerâmica possui excelente resistência ao choque térmico, elevado ponto de fusão, baixa condutividade térmica e elétrica, baixo coeficiente de expansão térmica e baixa molhabilidade com metais não-ferrosos fundidos, o que permite seu emprego em diversas aplicações, sobretudo no setor refratário. Contudo, esse material pode apresentar instabilidade estrutural e formação de microtrincas após a sinterização. A proposta desse trabalho envolveu o emprego de moagem de alta energia (MAE) dos pós precursores de tialita (Al2O3 e TiO2), com adição de MgO, visando à obtenção de pós nanométricos, o que pode melhorar a reatividade entre esses dois óxidos, devido ao aumento da área superficial, sendo que a adição de MgO ao sistema teve como objetivo a estabilização da fase β-Al2TiO5 à temperatura ambiente. Assim, alumina (Al2O3) e titânia (TiO2) foram moídas, por 4 e por 8 horas, nas proporções molares de 45:45, 55:35 e 35:55, com 10% em mol de MgO. Os pós moídos foram sinterizados em forno resistivo (sinterização convencional) e por sinterização assistida por corrente elétrica (SPS – Spark Plasma Sintering). A caracterização dos pós moídos se deu por difração de raios X (DRX), evidenciando que as condições de moagem adotadas não foram suficientes para a formação de tialita nessa etapa, formação essa anteriormente especulada; no entanto, através da equação de Scherrer, foram detectados tamanhos de cristalito nanométricos para todas as composições investigadas. Após compactação via prensagem uniaxial, secagem e sinterização, os corpos de prova foram caracterizados por DRX, evidenciando a formação de tialita em todas as condições investigadas, além da presença de precursores não reagidos e dos espinélios Al2MgO4 e Mg2TiO4. Foram realizadas também medidas de porosidade aparente e densidade aparente e os resultados indicaram que a técnica SPS promoveu uma sinterização mais eficiente, obtendo-se em todas as composições níveis de densificação superiores àqueles obtidos para as amostras sinterizadas convencionalmente. As medidas de microdureza Vickers das amostras evidenciaram também a influência da técnica de sinterização nessa propriedade, onde novamente a técnica SPS proporcionou valores mais elevados. Contudo todas as técnicas apresentaram valores de microdureza próximos ao observado na literatura (5 GPa). Em todas as medidas e análises feitas nesse estudo foi possível observar a influência da composição e do tempo de moagem, onde o excesso de alumina e o maior tempo de moagem proporcionaram em todos os casos resultados superiores em termos de propriedades físicas e mecânicas, assim como menores tamanhos de cristalito. As micrografias obtidas por MEV-FEG confirmaram os resultados obtidos, evidenciando menor crescimento de grão nas amostras sinterizadas por SPS e maior porosidade nas amostras sinterizadas convencionalmente. Apesar da técnica SPS proporcionar corpos com propriedades superiores, a sinterização convencional também apresentou bons resultados para as propriedades estudadas, na maioria dos casos, próximos à SPS, principalmente de densidade aparente e microdureza. Assim, ambas técnicas demonstram grande potencial para estudos dentro da área de refratários, associadas à moagem de alta energia, a qual propicia a obtenção de nanopós. / Many ceramic materials have great technological importance, such as tialite (β-Al2TiO5). This ceramic has excellent thermal shock resistance, high melting point, low thermal and electrical conductivity, low coefficient of thermal expansion and low wettability with molten non-ferrous metals, which allows its use in many applications, particularly in the refractory sector. However, this material may present structural instability and formation of microcracks after sintering. The purpose of this work includes the use of mechanical alloying (MA) of the tialite precursor powders (Al2O3 and TiO2), with addition of MgO, in order to obtain nanometric powders, which can improve the reactivity between these two oxides due the increase of surface área, whereas the addition of MgO to the system aimed at the stabilization of β-Al2TiO5 phase at room temperature. Thus, alumina (Al2O3) and titania (TiO2) were milled for four and eight hours in molar ratios of 45:45, 55:35 and 35:55, with 10 mol% of MgO. The milled powders were sintered in resistive oven (conventional sintering) and by sintering assisted by electric current (SPS – Spark Plasma Sintering). The characterization of milled powders was made by X-ray diffraction (XRD), showing that the adopted milling conditions were not sufficient for the formation of tialite at this stage, formation previously speculated; however, by the Scherrer equation were detected nanometric crystallite sizes for all investigated compositions. After compression by uniaxial pressing, drying and sintering, the samples were characterized by XRD, showing the formation of tialite for all investigated conditions, and the presence of unreacted precursors and spinels Al2MgO4 and Mg2TiO4. Also were conducted apparent porosity and apparent density measurements and the results indicated that the SPS technique promoted more efficient sintering, yielding in all compositions, densification levels higher than those obtained for the samples sintered conventionally. The Vickers microhardness measurements of the samples also showed the influence of sintering technique in this property, so that again the SPS technique provided higher values. However all the techniques presented microhardness values close to those observed in the literature (5 GPa). In all measurements and analyzes in this study it was possible to notice the influence of the composition and milling time, so that the alumina excess and the largest milling time provided superior results in terms of physical and mechanical properties in all cases, as well as lower crystallite sizes. The SEM-FEG micrographs confirmed the obtained results, showing a lower grain growth in the samples sintered by SPS and greater porosity in the samples sintered conventionally. Although the SPS technique to provide bodies with superior properties, conventional sintering also showed good results for the studied properties; in most cases with values close to SPS, especially in apparent density and microhardness. Thus, both techniques show great potential for studies in the refractory area, associated with mechanical alloying, which provides nanopowders. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O trabalho consistiu na preparação de amostras vítreas à base de polifosfato de potássio e óxido de nióbio, dopadas com íons terras raras luminescentes para a obtenção de novas composições vítreas com possíveis aplicações fotônicas. O sistema binário investigado foi o KPO3-Nb2O5, dopado com 0,5% de Eu3+. Foram obtidas amostras vítreas nesse sistema com concentrações molares de Nb2O5 variando de 20, 30, 40, 45 e 50% molar. As diferentes condições de síntese como temperatura, tempo e atmosfera de fusão foram determinadas e otimizadas. As amostras vítreas obtidas foram caracterizadas por DSC afim de determinar o comportamento térmico em função da concentração de Nb2O5 e permitiram identificar suas temperaturas características Tg, Tx, Tc, e Tf. Notou-se que, a medida em que se aumenta a concentração de Nb2O5 na composição, ocorre o aumento da temperatura de transição vítrea e consequentemente a redução da estabilidade térmica contra devitrificação. A amostra com 50% molar de Nb2O5 exclusivamente apresentou dois eventos de cristalização, sendo o primeiro relacionado a fase cristalina óxido de nióbio hexagonal, de interesse tecnológico, e o segundo a fase cristalina fosfato de potássio-nióbio (K3Nb6P4O26). O estudo do mecanismo de nucleação permitiu identificar que na amostra com 50% molar de Nb2O5 tem-se a nucleação volumétrica da fase óxido de nióbio hexagonal. Através do estudo do mecanismo de cristalização foi possível obter uma vitrocerâmica transparente, codopada com Er3+ e Yb3+. Os testes de fotoluminescência da amostra vítrea e da vitrocerâmica, codopadas com Er3+ e Yb3+, demonstraram que a amostra vítrea apresentou uma significativa emissão em torno de 1550nm quando excitada em 980nm. Os resultados provenientes da vitrocerâmica apresentaram uma intensidade de emissão significativamente maior que os da amostra vítrea. Os dados de fotoluminescência do Eu3+ nos vidros demostraram uma redução da simetria ao redor do Eu3+ e aparente aumento da intensidade de determinadas propriedades luminescentes com aumento do teor de Nb2O5, assim como menores valores de tempos de vida com maiores concentrações de Nb2O5, devido ao aumento do índice de refração local. Além disso, desvios entre tempos de vida obtidos por ajuste de função exponencial e tempos de vida médios sugerem a presença de vários sítios distintos para os íons lantanídeos nesses materiais. / This research consists of preparing vitreous samples based on potassium polyphosphate and niobium oxide doped with luminescent rare earth ions in order to obtain new vitreous compositions with possible photonic applications. The binary system investigated was KPO3-Nb2O5, doped with 0.5% Eu3+. Vitreous samples were obtained in this system with molar concentrations of Nb2O5 ranging from 20, 30, 40, 45 and 50 mol%. The different synthesis conditions such as temperature, time and atmosphere of fusion were determined and optimized. The vitreous samples obtained were characterized by DSC in order to determine the thermal behavior as a function of concentration of Nb2O5 and allowed to identify their characteristics temperatures Tg, Tx, Tc, and Tf. It was possible to notice which the increasing of the Nb2O5 concentration, the glass transition temperature also increases consequently reducing the thermal stability against devitrification. Exclusively, the sample with 50 mol% of Nb2O5 showed two crystallization events being the first one related to the crystalline phase niobium hexagonal oxide and the second one phosphate potassium-niobium crystalline phase (K3Nb6P4O26). From the results of the DSC and X-ray diffraction, it was identified that the sample with 50 mol% Nb2O5 has a volumetric crystallization of the niobium oxide hexagonal phase. By studying the crystallization mechanism was possible to obtain a glass ceramic, co-doped with Er3+ and Yb3+. The luminescence test showed that the glass and glass ceramic samples, codoped with Er3+ and Yb3+, had a significant emission around 1550nm when excited at 980nm. The results from the glass ceramic had a significantly higher emission intensity than those of the glassy sample. The luminescence data of Eu3+ in glasses showed a decreasing symmetry around the Eu3+ and apparent increase in the intensity of certain luminescent properties as the concentration of Nb2O5 increased. The lifetimes also decreases with the increasing of Nb2O5 due to the increase of the index local refraction. Furthermore, deviations between life times obtained by the exponential function fitting and average lifetimes suggest the presence of several distinct sites for the lanthanide ions in these materials.

Dentre os insumos utilizados na construção civil, o concreto é um dos mais empregados. O concreto pode ser confeccionado para fins estruturais (pontes, edifícios e demais estruturas de concreto armado ou pré-moldado) ou para fins não estruturais (calçadas, pavimentos, postes, dormentes, blocos para calçamentos, entre outros). Na confecção de concretos são utilizados o cimento (o Cimento Portland é o mais empregado), a água e os agregados, estes últimos divididos em graúdo e miúdo. Com a utilização de diversas matérias-primas a geração de resíduos é inevitável, tanto na construção civil, quanto em outros setores, tais como, as indústrias produtoras de materiais cerâmicos. Dentre os tipos de resíduos provenientes de tais indústrias, têm aqueles provenientes da produção de louças sanitárias (denominado nesta pesquisa como scrap cerâmico). De acordo com o exposto, o objetivo desta pesquisa foi estudar a adição de scrap cerâmico em substituição ao agregado graúdo em diferentes formulações de concreto. Para isso foi selecionado o resíduo de uma indústria instalada no sul do estado de Minas Gerais, e preparados concretos para determinação de propriedades físicas (slump teste, segregação e porosidade) e mecânica (resistência à compressão). Foram fabricadas cinco formulações, uma de referência (CR) e quatro com scrap cerâmico em substituição ao agregado graúdo (brita 1) nas proporções de 25% (CSC-I), 50% (CSC-II), 75% (CSC-III) e 100% (CSC-IV). No estado fresco, duas formulações não apresentaram segregação (CSC-III e CSC-IV) e duas um pequeno escorrimento de água (CSC-I e CSC-II), porém, sem comprometer a trabalhabilidade do concreto, sendo classificado, de acordo com a consistência para utilização em elementos estruturais esbeltos ou com alta densidade de armaduras. Em relação à resistência à compressão, os valores médios apresentados foram muito bons, inclusive a formulação com 100% de scrap cerâmico (fcm = 47,78 MPa). As formulações de concreto com resíduos foram classificadas como C35 e C40, de acordo com os valores de fck, sendo possível serem utilizados em estruturas. Um aspecto importante observado nos modos de ruptura dos corpos de prova; foi a pequena aderência entre o scrap cerâmico e a argamassa, devido ao esmalte no contorno do resíduo. Quanto à porosidade dos concretos, aqueles com 25%, 75% e 100% de scrap cerâmico na sua composição, apresentaram valores médios inferiores ao concreto de referência. / Among the inputs used in civil construction, concrete is one of the most used. Concrete can be made for structural purposes (bridges, buildings and other structures of reinforced or precast concrete) or for non-structural purposes (sidewalks, pavements, posts, dormant, blocks for shoes, among others). In concrete manufacture, cement (Portland cement is the most used), water and aggregates (classified into coarse and fine). With the use of several raw materials the generation of waste is inevitable, both in construction and in other sectors, such as the industries producing ceramic materials. Among the types of residues coming from such industries, there are those from the production of sanitary ware (called in this research as ceramic scrap). The aim of this research was to study the addition of ceramic scrap in substitution to the coarse aggregate in different concrete formulations. For this purpose, scrap ceramic was selected in an industrial plant in the southern state of Minas Gerais, and different mixes of concrete were prepared to determine physical properties (slump test, adhesiveness and porosity) and mechanical property (compressive strength). Five formulations, one reference (CR) and four with ceramic scrap were prepared in proportions of 25% (CSC-I), 50% (CSC-II), 75% (CSC-III) and 100% (CSC-IV) in substitution of the coarse aggregate. In the fresh state, two formulations did not show adhesiveness (CSC-III and CSC-IV) and two a small water runoff (CSC-I and CSC-II), However, without compromising the workability of the concrete, being classified, according to the consistency class for use in slender structural elements or with high density of reinforcements. Regarding the compressive strength, the average values ​​presented for all formulations were very good, including the formulation with 100% of ceramic scrap (fcm = 47.78 MPa). Concrete formulations with scrap ceramic are classified as C35 and C40, according to the values ​​of fck, being possible to be used in structures. An important aspect observed in the rupture modes of the specimens was the small adhesion between the ceramic scrap and the mortar due to the enamel in the contour of the residue. As for the porosity of the concretes, those with 25%, 75% and 100% of ceramic scrap in their composition presented lower values ​​than the reference concrete.