Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Evandro Bittencourt - Resumo.pdf: 66194 bytes, checksum: 5fcb96b474c22c7b95869e391ce30e24 (MD5) Previous issue date: 1997-02-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um estudo bibliográfico preliminar permitiu estabelecer um estado de conhecimento sobre as técnicas de elaboração e de reforçamento de materiais cerâmicos. Foram elaborados via técnicas barbotina um cerâmico de alumina, compósito alumina/SiCm e nanocompósito alumina/SiCn, com 5% EM VOLUME DE SiC. Os pós-obtidos da mistura mecânica foram pré compactados dentro de uma matriz em grafite à 40MPa, após a matriz foi colocada dentro de um forno de prensagem à quente para realização de sinterização a uma temperatura T2 = 1550 oC para alumina e a 1600 oC para o compósito e nanocompósito Al2O3/SiC. A incorporação de 5% em volume do pó de SiC nanométrico (d=20 30mm), conduziu a uma estabilização térmica da alumina, isto é, permitiu uma limitação do crescimento dos grãos de alumina alfa da matriz. Tendo sido levado em conta as observações, para os cerâmicos nanocompósitos Al2O3/SiC a prensagem à quente foi realizada a uma temperatura T2 = 1600 oC. As características mecânicas obtidas mostram que os valores do nanocompósito e compósito se apresentam superiores aos valores da alumina, embora, esta superioridade provavelmente foi devida a uma melhora na densificação, devido as diferenças na realização da sinterização do compósito e nanocompósito. Estes resultados foram explicados pelo estudo, através da técnica de microscopia eletrônica de varredura. As propriedades baixas obtidas, resultam em particular da má dispersão das partículas nanométricas de SiC na matriz e da contaminação dos pós ocorrida durante a preparação, resultado da fragmentação das esferas utilizadas no moinho de bolas.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-01-26T19:42:20Z No. of bitstreams: 1 CamilaPacellyBrandaoDeAraujo_DISSERT.pdf: 4969845 bytes, checksum: f1f2fb0b021589a796762546c844670e (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-01-29T17:12:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CamilaPacellyBrandaoDeAraujo_DISSERT.pdf: 4969845 bytes, checksum: f1f2fb0b021589a796762546c844670e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-29T17:12:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CamilaPacellyBrandaoDeAraujo_DISSERT.pdf: 4969845 bytes, checksum: f1f2fb0b021589a796762546c844670e (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / As emiss?es de compostos sulfurados pela ind?stria do refino de petr?leo v?m sendo sujeitas a legisla??es cada vez mais restritivas devido aos impactos ambientais e na sa?de humana. A remo??o de compostos de enxofre pode ocorrer atrav?s de rea??es de hidrotratamento (HDT) as quais s?o catalisadas por s?lidos, geralmente ?xidos ou sulfetos met?licos normalmente suportados em alumina. Para a remo??o de enxofre (HDS) catalisadores de Co(Ni)-Mo(W)/Al2O3 s?o os mais utilizados, por?m novos materiais vem sendo desenvolvidos para esse fim. Carbetos de metais refrat?rios foram identificados como potenciais candidatos para essa aplica??o, a dopagem destes pode ser uma alternativa para a cat?lise dessa rea??o. Os precursores para obten??o de Mo2C foram heptamolibdato de molibd?nio [(NH4)6[Mo7O24].4H2O] e nitrato de cobalto [Co(NO3)2.6H2O] e foram cominu?dos manualmente em propor??es estequiom?tricas anteriormente ? rea??o. Os precursores foram caracterizados por TG/DTA, MEV, FRX e DRX. Os carbetos de molibd?nio com adi??o de cobalto foram obtidos atrav?s de rea??o g?s-s?lido com atmosfera de metano (CH4) e hidrog?nio (H2) utilizando reator de leito fixo. Foi utilizada vaz?o total da mistura gasosa de 15L/h com 5% de CH4 e taxa de aquecimento de 5?C/min at? a temperatura de rea??o (700 ou 750?C). Dois percentuais de cobalto foram empregados: 2,5 e 5%. Foi notada a presen?a de fase CoMoO4 e MoO3 nos percursores calcinados, o que indica o ?ntimo contato entre os metais. Para os produtos da rea??o de carboneta??o a 700?C, independentemente do teor de cobalto adicionado, foi formado Mo2C-ortorr?mbica e MoO2- monocl?nica. A 750?C somente Mo2C foi detectada por DRX. N?o foi poss?vel a identifica??o de fase contendo Co pelos difratogramas em nenhuma das condi??es. Nessa temperatura, a an?lise de TOC indicou a completa convers?o dos ?xidos a carbeto, com forma??o de 8,9% de carbono livre para a amostra com 2,5% de Co, para a amostra com 5% a convers?o foi incompleta (86%). Os produtos de rea??o foram caracterizados por FRX, DRX, MEV, TOC, BET e granulometria a laser / Sulfur compounds emissions have been, on the late years, subject to more severe environmental laws due to its impact on the environment (causing the acid rain phenomena) and on human health. It has also been object of much attention from the refiners worldwide due to its relationship with equipment?s life, which is decreased by corrosion, and also with products? quality, as the later may have its color, smell and stability altered by the presence of such compounds. Sulfur removal can be carried out by hydrotreating (HDT) which is a catalytic process. Catalysts for HDS are traditionally based on Co(Ni)-Mo(W)/Al2O3. However, in face of the increased contaminants? content on crude oil, and stricter legislation on emissions, the development of new, more active and efficient catalysts is pressing. Carbides of refractory material have been identified as potential materials for this use. The addition of a second metal to carbides may enhance catalytic activities by increasing the density of active sites. In the present thesis Mo2C with Co addition was produced in a fixed bed reactor via gas-solid reaction of CH4 (5%) and H2(95%) with a precursor made of a mix of ammonium heptamolybdate [(NH4)6[Mo7O24].4H2O] and cobalt nitrate[Co(NO3)2.6H2O] at stoichiometric amounts. Precursors? where analyzed by XRF, XRD, SEM and TG/DTA. Carboreduction reactions were carried out at 700 and 750?C with two cobalt compositions (2,5 and 5%). Reaction?s products were characterized by XRF, XRD, SEM, TOC, BET and laser granulometry. It was possible to obtain Mo2C with 2,5 and 5% cobalt addition as a single phase at 750?C with nanoscale crystallite sizes. At 700?C, however, both MoO2 and Mo2C phases were found by XRD. No Co containing phases were found by XRD. XRF, however, confirmed the intended Co content added. SEM images confirmed XRD data. The increase on Co content promoted a more severe agglomeration of the produced powder. The same effect was noted when the reaction temperature was increased. The powder synthesized at 750?C with 2,5% Co addition TOC analysis indicated the complete conversion from oxide material to carbide, with a 8,9% free carbon production. The powder produced at this temperature with 5% Co addition was only partially converted (86%)

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-04-03T19:34:53Z No. of bitstreams: 1 MarianaChiancaLucioDaSilva_DISSERT.pdf: 4659510 bytes, checksum: cbcbd1ce303a5a396ae5c3538766d017 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-04-04T23:23:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MarianaChiancaLucioDaSilva_DISSERT.pdf: 4659510 bytes, checksum: cbcbd1ce303a5a396ae5c3538766d017 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T23:23:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarianaChiancaLucioDaSilva_DISSERT.pdf: 4659510 bytes, checksum: cbcbd1ce303a5a396ae5c3538766d017 (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O carbeto de tungst?nio (WC) ? amplamente conhecido por suas excelentes propriedades f?sicas e mec?nicas, por?m, apresenta limita??es de uso principalmente quando a propriedade de tenacidade ? solicitada e h? a necessidade de um material mais leve. Como alternativa para minimizar essa problem?tica, a proposta ? a produ??o de um material que alie as propriedades do WC com a alumina (Al2O3), diminuindo assim a sua densidade e promovendo o aumento da tenacidade a determinada temperatura. Assim, neste trabalho, estudou-se os efeitos do percentual da alumina e dos par?metros de processamento da metalurgia do p? na microestrutura do particulado e do sinterizado (WC-Al2O3). E, al?m disso, foram analisadas propriedades f?sicas e mec?nicas, particularmente a densidade e a microdureza, do produto buscando um material de ferramenta de corte alternativo. No estudo, adotou-se, respectivamente, a rota de produ??o de materiais particulados. Os p?s do sistema apresentaram as seguintes composi??es: WC com 5, 10 e 15%p. de Al2O3; que foram processados via moagem de alta energia (MAE), em moinho planet?rio durante, 1, 4 e 10 horas. A conforma??o dos p?s mo?dos foi realizada por prensagem uniaxial de matriz cil?ndrica de di?metro de 5 mm, e com a press?o de compacta??o de 400 MPa. A sinteriza??o foi realizada em forno resistivo via fase s?lida, sob atmosfera controlada (arg?nio), nas temperaturas de 1450?C e 1550?C, durante 1 hora, e com uma taxa de aquecimento de 10?C/min. As mat?rias-primas foram caracterizadas atrav?s dos ensaios de particulometria, difra??o de raio-X (DRX) e microscopia eletr?nica de varredura (MEV). As amostras mo?das e sinterizadas foram submetidas aos mesmos ensaios de caracteriza??o dos p?s iniciais. E, os ensaios de microdureza foram realizados com as amostras sinterizadas. Os resultados mostraram que a moagem de alta energia influenciou significativamente na redu??o da distribui??o de tamanho, entretanto, n?o houve dispers?o das fases constituintes do material. E, devido a sinteriza??o ou consolida??o parcial dos compactados a verde, os valores de microdureza foram baixos, resultante da heterogeneidade da microestrutura que apresentou aglomerados das fases (WC-WC e Al2O3 -Al2O3), e, tamb?m, uma alta porcentagem de poros. Contudo, a alumina influenciou no refinamento da microestrutura dos sinterizados. / Tungsten Carbide (WC) is best known for its excellent physical and mechanical properties. However, it has limitations, mainly when the tougher and lighter material is requested. An alternative to minimize these problems is a composite of WC and alumina (Al2O3) to reducing density and promoting toughness at certain temperatures. Thus, in this work, the effects of the different amount of alumina and powder metallurgy processing parameters on microstructure of particulate and sintered composite (WC-Al2O3) were studied and the mechanical properties, particularly the microhardness, of the product were analyzed to find an alternative cutting tool material. In the study, the particulate materials production route was applied. The powders of the system have the following compositions: WC with 5, 10 and 15wt% of Al2O3 processed by high energy milling in a planetary milling for 1, 4 and 10 hours. Compacting of mixed powders was done using a uniaxial press in a cylindrical die of 5 mm diameter under a pressure of 400 MPa. Solid phase sintering was performed in a resistance furnace at 1450 and 1550 ?C with 1 hour of holding time and heating rate of 10?C/min in argon atmosphere. The raw materials were characterized by particulometry, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The milled powders and sintered samples were subjected to the same tests and microhardness test was also done for sintered samples as well. The results showed that high energy milling met the targets for particle size and however, there was no dispersion of the constituent phases of the material. Due to the sintering or partial consolidation of the green compacts, the microhardness values were low, due to the heterogeneity of the microstructure that presented agglomerates of the phases (WC-WC and Al2O3 -Al2O3), and also a high percentage of pores. However, alumina influenced the sintering microstructure refinement.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-06-02T19:56:11Z No. of bitstreams: 1 RuanSavioDaCostaTertuliano_DISSERT.pdf: 5270679 bytes, checksum: e7cecd59df0a1f5abd8a454eb7de168d (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-06-06T20:49:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RuanSavioDaCostaTertuliano_DISSERT.pdf: 5270679 bytes, checksum: e7cecd59df0a1f5abd8a454eb7de168d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T20:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuanSavioDaCostaTertuliano_DISSERT.pdf: 5270679 bytes, checksum: e7cecd59df0a1f5abd8a454eb7de168d (MD5) Previous issue date: 2017-04-06 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / A busca por materiais de alto valor agregado, alta aplicabilidade e elevada sustentabilidade motiva inova??es em todas as ?reas da engenharia. Um dos materiais desenvolvidos atualmente com tais requisitos s?o os carbetos dopados, que s?o compostos de cer?mica e metais. Este trabalho prop?e a s?ntese, caracteriza??o e avalia??o cin?tica do carbeto de tungst?nio dopado com cobalto (WC-Co). As etapas de produ??o do material s?o: s?ntese do precursor por via ?mida mediante agita??o em etanol de uma mistura de paratungstato de am?nio e nitrato de cobalto, secagem da lama obtida em mufla por 18h a 80?C, maceragem do p? seco, caracteriza??o preliminar usando as t?cnicas de MEV, DRX e EDS, rea??o g?s-s?lido de carborredu??o a 750, 800 e 850?C em atmosfera com 5% de metano e 95% hidrog?nio em reator de leito fixo e leito rotativo (agita??o de 34 rpm) e caracteriza??o final usando as t?cnicas j? citadas. Os resultados obtidos mostram um material contendo part?culas de carbeto de tungst?nio com o cobalto aderido de boa ?rea interfacial e aplic?vel a ?reas como: em catalisadores, reatores ? membrana e c?lulas combust?veis, o que ressalta a import?ncia desse tipo de pesquisa. / The search for high value-added materials, wide applicability and high sustainability encourages innovation in all areas of engineering. One of the materials currently being developed with such requirements are the doped carbides, which are composed with a mix of ceramics and metals. This work proposes the synthesis, characterization, kinetic evaluation and of tungsten carbide doped with cobalt (WC-Co) in fix and rotating bed reactor. The steps of material production was: synthesis of the precursor of washed by stirring in ethanol of a mixture of ammonium paratungstate and cobalt nitrate, drying th/e slurry obtained in oven for 18h at 80 ?C, the dry powder milling, preliminary characterization by SEM techniques, XRD and SDS, gas-solid reaction of reduction at 750, 800 and 850 ? C in an atmosphere of 5% methane and 95% hydrogen in fix bed and rotating bed reactor (at 34 rpm agitation) and the final characterization using the aforementioned techniques. The results show a material containing particles of tungsten carbide with cobalt adhered, with good interfacial and applicable in areas such as in catalysts, membrane reactors and fuel cells, which emphasizes the importance of such research.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-07-03T12:22:22Z No. of bitstreams: 1 SloanyGuedesMedeiros_DISSERT.pdf: 4950272 bytes, checksum: da30052a82bfbac8284e64d77d53e6f5 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-07-05T15:57:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SloanyGuedesMedeiros_DISSERT.pdf: 4950272 bytes, checksum: da30052a82bfbac8284e64d77d53e6f5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-05T15:57:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SloanyGuedesMedeiros_DISSERT.pdf: 4950272 bytes, checksum: da30052a82bfbac8284e64d77d53e6f5 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / Comp?sitos de matriz met?lica de n?quel refor?ados por dispers?o de part?culas de NbC e WC s?o materiais promissores por apresentarem elevados n?veis de resist?ncia mec?nica e de resist?ncia ao desgaste. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a microdureza, microestrutura e o comportamento dilatom?trico dos comp?sitos Ni-NbC e dos Ni-WC. Os comp?sitos foram obtidos atrav?s da t?cnica de metalurgia do p? utilizando a moagem de alta energia para proporcionar a dispers?o da fase dura de NbC e WC na matriz de n?quel. O moinho utilizado foi do tipo attritor, com velocidade de 850 rpm durante 2 horas, via ?mido. Os p?s dos comp?sitos foram preparados nas composi??es de 5%, 10%, 15% em massa de NbC e mesmas composi??es para o refor?ado com WC, estes foram granulados utilizando a t?cnica de granula??o em tambor. P?s granulados e n?o-granulados foram compactados a frio utilizando press?o de 600 MPa em matriz uniaxial. A densidade dos compactados ? verde e dos sinterizados foi calculada pelo m?todo geom?trico. Testes de microdureza e an?lise microestrutural foram realizados nas amostras sinterizadas. Durante os ensaios em dilat?metro foram utilizadas as seguintes condi??es: (i) 25?C a 1200?C; (ii) 25?C a 1300?C, ambos os par?metros com patamar isot?rmico de 1 h e taxa de aquecimento de 10?C/min; (iii) 25?C a 1200?C com patamar isot?rmico de 2 h e a mesma taxa de aquecimento. Os resultados mostraram que as amostras sinterizadas de n?quel sem adi??o de refor?os apresentaram maior densifica??o e maiores valores de retra??o quando preparadas a partir da granula??o em tambor. As imagens por MEV das misturas mo?das de Ni-NbC comprovaram certa homogeneiza??o dos p?s, assim como a incorpora??o mec?nica do refor?o cer?mico na matriz de n?quel, entretanto os resultados para Ni-WC n?o indicaram homogeneidade e pouca incorpora??o mec?nica. As amostras sinterizadas de Ni-NbC para todas as composi??es apresentaram maiores valores de densidade na condi??o de sinteriza??o (iii), enquanto que as de Ni-WC obtiveram os menores valores de densidade relativa. Com rela??o ?s imagens obtidas por MEV, os comp?sitos sinterizados com 5% de carbetos foram as que apresentam melhor aspecto microestrutural quanto ? porosidade. Os comp?sitos Ni-NbC10% e Ni-WC15% apresentaram-se com microestrutura mais porosa e com o aparecimento de ?clusters?. A inser??o de NbC na matriz de n?quel apresentou maiores resultados de microdureza do que com a inser??o de WC, entretanto os comp?sitos Ni-WC apresentaram maior homogeneidade nos resultados com desvios padr?es similares para todas as composi??es. / Nickel matrix composites reinforced by dispersed NbC or WC particles are promising materials due to high mechanical strength and wear resistance. The objective of this study was to evaluate the dilatometric behavior, microstructure and microhardness of Ni-NbC and Ni- WC composites. The composites were obtained by powder metallurgy using high energy milling to provide the dispersion of the hard NbC or WC particles in the nickel matrix. An attritor with speed 850 rpm was used to wet mill and mix the powder mixtures for 2 hours. The powders were prepared with 5%, 10% or 15% (wt.%) of NbC or WC, and subsequently drum granulated. Both granulated and non-granulated powders were uniaxially cold pressed under 600 MPa. The density of green and sintered samples was measured by the geometric method. Microhardness tests and microstructural analyses were performed on the sintered samples. For dilatometric tests, the following conditions were employed: (i) 25?C to 1200?C; (ii) 25?C to 1300?C, both parameters with isothermal step of 1 h and heating rate of 10 ?C/min; (iii) 25 ? C to 1200 ? C with isothermal step of 2 h and the same heating rate. The results showed that the sintered nickel samples without addition of reinforcements depicted major densification and high retraction when drum granulated. The SEM images of milled mixtures of Ni-NbC confirmed a certain degree of homogenization and the mechanical incorporation of the ceramic particles in the matrix On the other hand, the results for Ni-WC did indicate non-homogeneity and little mechanical incorporation. The sintered samples of all compositions of Ni-NbC showed higher values of density under sintering conditions (iii), whereas Ni-WC depicted the lowest relative density values. With respect to the images obtained by SEM, the sintered composite with 5% of carbides presented better microstructural characteristics regarding porosity. The Ni-NbC10% and Ni-WC15% composites presented porous microstructure and clusters. The addition of NbC in nickel matrix showed higher microhardness results than the one with WC, although Ni-WC composites showed higher homogeneity.

Nesta tese discorremos sobre crescimento e caracterização de filmes finos de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-Si1-xCx:H) crescidos por deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD). Os filmes foram depositados a partir de misturas de silano, metano e hidrogênio, no regime de plasma faminto por silano. Amostras depositadas nessas condições possuem uma maior concentração de ligações Si-C, ou seja, melhor coordenação entre átomos de Si e C, com menor quantidade de ligações C-Hn e Si-H, apresentando um conteúdo de hidrogênio da ordem de 20 at.%, e baixa densidade de poros. Foram analisadas e correlacionadas diversas propriedades dos filmes depositados, explorando-se a potência de rf e a diluição da mistura gasosa em hidrogênio, de forma a melhorar a ordem química, estrutural e morfológica na fase sólida. A composição dos filmes foi determinada por retroespalhamento de Rutherford e espectrometria de recuo frontal. Enfatizou-se a análise dos diferentes tipos de ligações químicas existentes no material por espectrometria no infravermelho por transformada de Fourier, o estudo das propriedades estruturais por espectroscopia de absorção de raios X na borda K do silício, e das propriedades morfológicas analisando-se os perfis de espalhamento de raios X a baixo ângulo para diferentes ligas depositadas. Foram também realizadas medidas de dureza e de microscopia eletrônica para uma amostra estequiométrica, de forma a complementar os demais dados obtidos. Filmes estequiométricos depositados nessas condições apresentam entre 80 e 90% do total de suas ligações entre átomos de Si e C e dureza Vickers de 33 GPa. Tratamentos térmicos entre 600 ºC e 1000 ºC, realizados em atmosfera inerte de N2, mostraram que filmes stequiométricos são mais estáveis frente à absorção de oxigênio. / In this work we discuss the growth and characterization of amorphous hydrogenated silicon carbide thin films (a-Si1-xCx:H) deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). It was used a gaseous mixture of silane, methane and hydrogen, at the silane starving plasma regime. Samples grown at these conditions and with a very low silane flow have a larger concentration of Si-C bonds, that is, better coordination among Si and C atoms, with smaller amount of C-Hn and Si-H bonds, presenting a hydrogen content of about 20 at.%, and low density of pores. Material’s properties were correlated for the deposited films, exploring the rf power and hydrogen dilution of the gaseous mixture, aiming to improve the chemical, structural and morphological order in the solid phase. The composition of the films was determined by Rutherford backscattering and forward recoil spectrometry. The Fourier transform infrared spectrometry analysis studied the chemical bonding inside the material, X-ray absorption spectroscopy at the silicon K edge the structural properties in samples as-grown and after thermal annealing, and small angle X-ray scattering was used for the morphological characterization. The hardness was measured and transmission electron microscopy micrographs were taken for a stoichiometric sample, in order to complement the obtained data. Stoichiometric films presented a very high chemical order, having between 80 and 90% of their bonds formed by Si and C atoms and Vickers hardness of 33 GPa. Annealing processes between 600 ºC and 1000 ºC, performed in an inert N2 atmosphere, showed that stoichiometric films are more stable against oxygen absorption.

A tecnologia dos semicondutores tem exigido materiais alternativos para substituir a silício em aplicações a altas temperaturas, altas potências e altas frequências. O carbeto de silício (SiC) emergiu como um dos sérios candidatos que poderiam operar sob extremas condições. O carbeto de silício é um semicondutor que apresenta uma grande faixa proibida de energia e possui mais de 200 politipos. Dentre esses politipos, a maioria das pesquisas tem sido focada nos politipos hexagonais (4H e 6H) e cúbico (3C). Com o objetivo de desenvolver novos dispositivos baseados em SiC, é importante obter um controle bastante rígido sobre os defeitos nativos e as impurezas no material. Os metais de transição tais como titânio, vanádio e cromo são impurezas residuais comuns que são incorporadas durante o crescimento e podem afetar as propriedades eletrônicas do material. Vanádio e cromo são conhecidos como geradores de centros eletricamente ativos em todos os politipos até agora investigados. Por outro lado , a atividade elétrica das impurezas de titânio dependem do politipo de SiC. Apesar do grande interesse que as impurezas de metais de transição despertam devido a suas aplicações tecnológicas associadas a produção de dispositivos eletrônicos, estudos teóricos, utilizando métodos de energia total, têm sido limitados devido a complexidade destes sistemas. Neste trabalho, realizamos uma investigação teórica das principais propriedades eletrônicas e estruturais das impurezas de Ti, V e Cr nos politipos 3C e 2H de SiC em vários estados de carga. O método utilizado é o FP-LAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave), que é baseado na teoria do funcional da densidade, dentro da aproximação da supercélula. As geometrias e estruturas atômicas de Ti, V e Cr assim como suas estabilidades são investigadas. Para cada configuração, os átomos ao redor do sítio da impureza são relaxados de acordo com o esquema de Newton. ) Este é o primeiro estudo de propriedades eletrônicas e estruturais de impurezas de metais de transição em um material semicondutor, dentro de um formalismo de primeiros princípios, onde distorções da rede cristalina são consideradas. Nossos resultados são comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura. / Current semiconductor techonology has required alternative materials to silicone, for applications at high temperatures, high powers, and high frequencies. Silicon carbide (SiC) has emerged as one of the leading candidates which could be operated under such extreme conditions. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor which has more than 200 know polytypes. From all those polytypes, research has been focused on hexagonal (4H and 6H) and cubic (3C) SiC. In order to develop SiC-based new devices, it is important to achieve a strict control over native defects and impurities in the material. Transitions metals, such as titanium, vanadium, and chromium, are commum residual impurities which are incorporated during growth, and they may affect the electronic properties of the material. Vanadium and chromium are known to generated electrically active centers in all so far investigated SiC polytypes. On the other hand, the electrical activity of titanium impurities depends on the host SiC polytype. Although transition metal impurities in semiconductors have attracted a great deal of interest due to their technological applications in device production, the theoretical studies using total-energy methods have been limited because of the complexity of the systems. In this work we carried a theoretical investigation of the main electronic and structural properties of Ti, V and Cr impurities in 3C and 2H SiC in the neutral and charged states of the impurities. As a method we have used the FPLAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave Method) in the supercell approach. The geometries and atomic structures, transitions and formation energies of isolated impurities of Ti, V and Cr were investigated as well their stabilities. For each configuration, the atoms around the impurity site are allowed to relax without any constrains, following the damped Newton scheme. Our results are compared to available experimental data on literature.

SiC é um semicondutor promissor para dispositivos eletrônicos de alta-potência, alta-freqüência e alta temperatura e a síntese de uma camada epitaxial de SiC por implantação, na superfície do Si, pode ser uma via de integração com a tecnologia de Si. Implantação em alta temperatura (600°C) através de uma capa de SiO2, recozimento pós-implantação a 1250°C sob um ambiente de Ar (com 1% de O2) e ataque químico são a base da presente síntese. Implantações à energia de 40 keV foram executadas em substratos SIMOX(111) e Si(111), cobertos com uma capa de 100 nm de SiO2. Implantação em SIMOX foi o foco principal. Isto nos permitiu obter uma camada sintetizada de SiC separada do Si bulk e analisar as conseqüências estruturais. Neste caso, foi produzida a conversão da camada superior de 65 nm de Si superior da estrutura SIMOX em 30-45 nm de SiC. Implantações seqüenciais de C (passos de fluências de ~ 5 × 1016 C/cm2), seguidas por recozimento à 1250°C, permitiu estimar as fluências mínimas de C para atingir a estequiometria como 2,3 × 1017 C/cm2 e 2,8 × 1017 C/cm2, quando implantado em SIMOX e em Si, respectivamente. Espectrometria de Retroespalhamento de Rutherford (RBS) foi empregada para medir a evolução composicional da camada. Pela análise das implantações seqüenciais, foi possível compreender a redistribuição de carbono durante a implantação e recozimento. Uma estrutura de duas camadas é observada no SiC sintetizado separado do Si bulk, sendo a camada superficial mais rica em Si. Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) mostrou que as camadas sintetizadas são sempre cúbicas e epitaxiais à estrutura original do Si. TEM também mostrou que as implantações diretas, até as fluências mínimas, resultam em uma melhor qualidade estrutural. Para uma fluência muito mais alta (4 × 1017 C/cm2), uma camada completamente estequiométrica é obtida, com redução na qualidade estrutural. Nossos resultados indicam que o excesso de carbono é o principal fator determinante da qualidade cristalina final do SiC sintetizado por feixe de íons, quando comparado ao stress, resultante de um casamento de redes forçado entre o substrato Si e o SiC sintetizado. / SiC is a promising semiconductor for high-power, high-frequency and hightemperature electronic devices and the synthesis of an epitaxial layer of SiC by implantation, on the surface of Si, can be a route for integration with the Si technology. High temperature implantation (600oC) through a SiO2 cap, 1250oC post-implantation annealing under Ar ambient (with 1% of O2), and chemical etching are the base for the present synthesis. 40 keV carbon implantations were performed into SIMOX(111) and Si(111) substrates covered with a 100 nm SiO2 cap. Implantation into SIMOX was the main focus. It has allowed us to obtain a SiC synthesized layer separated from the bulk silicon and to analyze the structural consequences. In this case, it was performed the conversion of a 65 nm Si(111) overlayer of a SIMOX(111) into 30-45 nm SiC. Sequential C implantations (fluence steps of about 5 × 1016 C/cm2), followed by 1250oC annealing, has allowed to estimate the minimum C fluences to reach the stoichiometric composition as 2.3 × 1017 C/cm2 and 2.8 × 1017 C/cm2, when implanting into SIMOX and into Si, respectively. Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) was employed to measure layer composition evolution. By analyzing the sequential implantations it was possible to understand the carbon redistribution during implantation and annealing. A two-sublayers structure is observed in the synthesized SiC separated from the bulk Si, being the superficial one richer in Si. Transmission Electron Microscopy (TEM) has shown that the synthesized layers are always cubic and epitaxial to the original Si structure. TEM also show that single-step implantations, up to the minimum fluences, result in better structural quality. For a much higher C fluence (4 × 1017 C/cm2), a whole stoichiometric layer is obtained, with reduction of structural quality. Our results indicate that excess of carbon content is the major detrimental factor to determine the final crystalline quality in SiC ion beam synthesis, as compared to the stress, resulting from a forced lattice matching between the Si substrate and the synthesized SiC.

Nesta Dissertação, foram investigadas propriedades físico-químicas de estruturas dielétrico/SiC e das camadas interfaciais formadas. Utilizando análises por reação nuclear, verificou-se que a presença de uma camada interfacial de oxicarbetos de silício, gerados durante a oxidação térmica do SiC, e não removidos através de ataque químico por via úmida, reduz a taxa de crescimento térmico de óxido sobre esse substrato. O efeito da utilização de atmosfera contendo nitrogênio nas características do dielétrico e na espessura da camada interfacial formada foi investigado por análises com feixes de íons, Refletometria de Raios-X e Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X. Foi observado que a incorporação de nitrogênio nas estruturas dielétrico/SiC reduz a espessura da camada interfacial formada, o que foi relacionado com a melhoria das propriedades elétricas dessas estruturas. A investigação do transporte atômico de oxigênio e da estabilidade térmica de filmes de óxido de alumínio depositados sobre SiC foi realizada utilizando, principalmente, Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X e análise por reação nuclear. Observou-se que tratamentos térmicos a temperaturas elevadas induzem à formação de SiO2 e de uma camada interfacial entre os filmes de óxido de alumínio depositados e o SiC, além de promoverem a cristalização e um aumento na densidade do filme de Al2O3. / In this Dissertation, physico-chemical properties of dielectric/SiC structures and of the interfacial layers formed were investigated. Using nuclear reaction analyses it was verified that the silicon oxide growth rate is reduced due to the presence of an interfacial layer of silicon oxycarbides, formed during SiC thermal oxidation, which were observed to remain in the samples submitted to wet chemical etchings. The effect of thermal treatments in nitrogen-containing atmospheres on the characteristics of the dielectric and of the interfacial layer and on the interfacial layer thickness was investigated by ion beams, X-ray reflectometry, and X-ray photoelectron spectroscopy techniques. It was observed that nitrogen incorporation in dielectric/SiC structures leads to the formation of a thinner interfacial layer, fact that was related to the improvement of electrical properties of those structures. The investigation of atomic transport of oxygen and thermal stability of aluminum oxide films deposited on SiC was performed mainly using X-ray photoelectron spectroscopy and nuclear reaction analysis. It was observed that thermal treatment at high temperatures induces the formation of SiO2 and of an interfacial layer between aluminum oxide films and SiC, as well as crystallization and an increase in Al2O3 films mass densities.

O comportamento dos materiais cerâmicos quanto à resistência ao choque térmico é um tema de grande interesse, devido às aplicações em que a confiabilidade frente a variações bruscas de temperatura é necessária. Neste trabalho foi estudado como a variação na proporção dos aditivos Y2O3:Al2O3 e diferentes parâmetros no processamento do carbeto de silício sinterizado via fase líquida como, tipo e temperatura de sinterização, podem influenciar na resistência ao choque térmico deste material. As misturas foram preparadas com 90%SiC+10%Y2O3:Al2O3 em mol, variando as proporções molares dos óxidos entre 2:1 e 1:4, com e sem prévia reação dos aditivos. As misturas foram compactadas e sinterizadas em forno resistivo de grafite nas temperaturas de 1750°C, 1850°C e 1950°C e, por prensagem a quente, a 1750°C e 1850°C, sendo avaliadas quanto à densificação. Após análise dos resultados preliminares, a sinterização sem pressão e as misturas com proporções 1:3 e 1:4 de Y2O3:Al2O3 previamente reagidos foram selecionadas para o estudo da resistência ao choque térmico. Os ciclos térmicos foram realizados com aquecimento em temperaturas de 600°C, 750°C e 900°C e resfriamento brusco em água em temperatura ambiente. A avaliação das amostras quanto à resistência ao choque térmico, feita por meio da determinação de módulo de elasticidade, porosidade, resistência à flexão e por análise microestrutural de trincas. As amostras sinterizadas na temperatura de 1950°C são as que apresentam o melhor desempenho em relação à resistência ao choque térmico, enquanto a variação na proporção Y2O3:Al2O3 de 1:3 para 1:4 não altera significativamente esta propriedade. Nas condições utilizadas, a temperatura máxima de aplicação do SiC sinterizado via fase líquida deve ser limitada a 750°C, permitindo seu uso como trocadores de calor, rolamentos, mancais de bombas submersas, turbinas a gás e sensor de motores automotivos e aeronáuticos. / The behavior of ceramic materials towards thermal shock resistance is a topic of great interest, due to applications in which the reliability against sudden temperature variations is required. In this thesis, it was studied how the variation in the proportion of Y2O3:Al2O3 additives and different parameters on the processing of liquid phase sintered silicon carbide may influence thermal shock resistance of this material. Samples were prepared with molar composition 90%SiC+10%Y2O3:Al2O3, by varying oxides molar proportion between 2:1 and 1:4, with and without previous reaction of the additives. Mixtures were compacted and sintered in a resistive graphite furnace at 1750, 1850 and 1950°C, and by hot pressing at 1750 and 1850°C, and evaluated for densification. After analysis of the first results, pressureless sintering and the mixtures with proportions of 1:3 and 1:4 of previously reacted Y2O3:Al2O3 were selected for the study of thermal shock resistance. Thermal cycles were performed by heating at temperatures of 600, 750 and 900°C and sudden cooling in water at room temperature. The evaluation of samples regarding thermal shock resistance was conducted by determination of elasticity modulus, porosity, flexural strength and microstructural analysis of the cracks. The samples sintered at 1950°C temperature are those that exhibit the best performance in relation to thermal shock resistance, while the variation in the proportions Y2O3:Al2O3 from 1:3 to 1:4 do not significantly change this property. Under the conditions used, the maximum temperature for liquid phase sintered SiC application must be limited to 750°C, which allows its use as a component of heat exchanges, bearings, pump bearings, gas turbines and sensors of automotive and aeronautical engines.