Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 287045.pdf: 1353980 bytes, checksum: 835791ade4f5be091f7c7010956be5da (MD5) / As indústrias de produção e de transformação de materiais geram resíduos que nem sempre têm um fim ecologicamente adequado. Em muitos casos, entretanto, estes produtos secundários podem ser diretamente reutilizados como matérias-primas em outros processos industriais. Neste contexto, este trabalho apresenta a caracterização, do ponto de vista de suas propriedades físicas e químicas, de um lodo gerado em processo industrial de anodização de alumínio e enfatiza o potencial de sua aplicação como uma matéria-prima para a produção de espumas cerâmicas. As espumas cerâmicas foram produzidas a partir de esponja industrial de poliuretano, PU (método da réplica) com tamanho de poros ou células abertas de 10±5 ppi (porosidade=97%), as quais foram impregnadas com suspensões contendo teores mássicos de 50% a 61% de alumina (calcinada e moída), 1% de ácido cítrico, 6% de bentonita e queimados a 1600°C por 2 h. Os resultados deste trabalho mostram que o lodo de anodização de alumínio apresenta elevados teores mássicos de alumina (87,5%) e constância composicional bem como um relativamente pequeno tamanho médio de partículas (1,6 m), após calcinação e moagem. As espumas cerâmicas obtidas apresentaram porosidade de aproximadamente 70%, capacidade de filtração (vazão mássica de água) de 1,7 kg/s e resistência mecânica à compressão de 2,36 MPa. Assim, pode-se concluir que o lodo de anodização de alumínio pode ser uma matéria-prima alternativa para a produção de espumas cerâmicas, sendo aplicadas como filtros com propriedades adequadas para a filtração e purificação de metais fundidos para a obtenção de componentes com melhores desempenhos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T08:33:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282791.pdf: 8577447 bytes, checksum: 9a4d6415afcad165ccbb17e9dff7b3e8 (MD5) / O setor da indústria de cerâmica estrutural é um nicho para a inovação formal e à aplicação dos produtos extrudados, visíveis para além da aplicação como elementos estruturais, tornando-os visíveis, com aplicação estética e decorativa. O Design, enquanto atividade projetual, de caráter científico e criativo, pode equacionar, sistematicamente, os conhecimentos que envolvem os aspectos formais de produtos industriais, buscando as tendências que influenciam na criação de produtos cerâmicos em uma metodologia do seu processo. Os requisitos metodológicos partem do uso do material cerâmico processado por extrusão, fazendo o caminho inverso da seleção de materiais, com investigação acerca do material e do processo. Este estudo objetiva promover a inovação formal na indústria de cerâmica extrudada por meio desta proposta metodológica de design, estreitando a relação entre o design e a engenharia, tratando-se de um trabalho de interface entre conhecimentos. O foco deste estudo é dar suporte à inovação no desenvolvimento de produtos cerâmicos extrudados que atendam os requisitos formais, científico-tecnológicos e sócio-econômicos, com diversas possibilidades de aplicação em decoração de ambientes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 239915.pdf: 6234932 bytes, checksum: 30122ff44bee0b5c50115da14a869cc3 (MD5) / As descargas disruptivas em isoladores elétricos são problemas que podem impossibilitar a transmissão e distribuição de energia elétrica. Isoladores utilizados em regiões com alta salinidade ou poluição atmosférica estão mais sujeitos a falhas devido a ocorrências de descargas disruptivas. Neste trabalho, avaliou-se a ação de pigmentos semicondutores formados por 95% em peso de SnO2 dopado com 5% de Sb2O3 e aplicados a isoladores elétricos de alta-tensão com o propósito de melhorar o seu desempenho. O mecanismo de atuação do esmalte semicondutor é o aquecimento ôhmico e a distribuição mais homogênea da corrente elétrica pela superfície do isolador. Consequentemente há uma redução no número de interrupções na transmissão e distribuição de energia elétrica devido a descargas disruptivas. As características e as propriedades dos esmaltes desenvolvidos foram avaliadas através de ensaios de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, resistividade superficial e câmara salina. Nos testes de resistência ao choque térmico e dilatometria avaliou-se o acoplamento entre o esmalte desenvolvido e a massa utilizada. A resistência mecânica foi aumentada em 13% devido ao menor coeficiente de expansão térmica do esmalte. Os pigmentos semicondutores formulados e adicionados à base 30% em que possui propriedades semicondutoras, e aplicados a isoladores de alta-tensão reduziu o número e a severidade das descargas disruptivas, quando comparados a isoladores elétricos tradicionais. Com os testes realizados em câmara salina, constatou-se que esmaltes semicondutores podem desenvolver temperaturas superficiais de 55°C e admitir grandes quantidades de sal depositado, sob altatensão, sem que ocorra o desenvolvimento de flashover em sua superfície.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 231716.pdf: 508717 bytes, checksum: f01f7112b90b66fa62ace057e3e4a3d6 (MD5) / A metodologia de experimentos com misturas apresenta-se como uma alternativa para o estudo e otimização de formulações cerâmicas. Através da aplicação desta metodologia pode-se avaliar o comportamento das matérias-primas em mistura, conhecendo-se assim sua real função em uma formulação. Esta metodologia é principalmente adotada em estudos onde o número de matérias-primas é menor que quatro. Isto dificulta sua utilização a nível industrial onde algumas vezes trabalha-se com até dez matérias-primas em uma mesma formulação. Para comprovar-se a viabilidade de aplicação desta metodologia em sistemas complexos compostos por grande quantidade de matérias-primas esta é avaliada neste trabalho. Aplicou-se a metodologia a três sistemas: faiança, grês e porcelana. Estes foram escolhidos devido a diferenças de propriedades, matérias-primas e reações durante o processamento, principalmente durante a queima. O número de matérias-primas em cada sistema variou entre 8 e 10 e avaliou-se a aplicação da metodologia no estudo de propriedades de produto como resistência mecânica pós-queima e absorção de água e a parâmetros de processo como a densidade aparente a seco. De maneira geral, os modelos matemáticos lineares adotados ajustaram-se bem às propriedades estudadas, apresentando uma alta qualidade preditiva e a possibilidade de avaliar-se o comportamento de cada material em misturas. The methodology of experiments with mixtures if it presents as an alternative for the study and optimization of ceramic formulations. Through the application of this methodology the behavior of the raw materials can be evaluated in mixture, being known like this your real function in a formulation. This methodology is adopted mainly in studies where the number of raw materials is smaller than four. This hinders your use at industrial level where he sometimes works her with until ten raw materials in a same formulation. To be proven the viability of application of this methodology in complex systems composed by great amount of raw materials this it is evaluated in this work. The methodology was applied to three systems: faiança, grês and porcelain. These were chosen due to differences of properties, raw materials and reactions during the processing, mainly during it burns her. The number of raw materials in each system varied between 8 and 10 and the application of the methodology was evaluated in the study of product properties as mechanical resistance and absorption of water and to process parameters as the apparent density the dry. In a general way, the lineal mathematical models adopted were adjusted well to the studied properties, presenting a high quality of prediction and the possibility of evaluating the behavior of each material in mixtures.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2013-03-04T18:43:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308300.pdf: 20883247 bytes, checksum: bdf7e2b9b3b153b44d919af8e152f884 (MD5) / Esse trabalho tem como objetivo estudar o comportamento das propriedades mecânicas de materiais formados por uma microestrutura composta por fases cristalinas dispersas em uma fase vítrea. Para o desenvolvimento de uma matriz vítrea foi utilizado um feldspato sódico de alta pureza. Partículas cristalinas de quartzo, alumina e zirconita foram selecionadas e adicionadas à matriz para estudar o efeito dessas sobre as propriedades mecânicas dos materiais. Diferentes tamanhos de partículas e frações volumétricas das fases cristalinas foram incorporadas à matriz vítrea de feldspato sódico objetivando estudar o possível reforço e/ou geração de defeitos microestruturais. O presente trabalho foi dividido em três partes. Na primeira parte, o reforço microestrutural promovido pela geração de tensões residuais macroscópicas de compressão na superfície do material cerâmico foi simulado teoricamente. Os modelos foram comparados com os resultados experimentais obtidos pelo método de relaxação de deformação por corte incremental. Nessa parte do trabalho, mostrou-se que a velocidade de resfriamento, em altas temperaturas, influencia fortemente a geração de tensão na superfície do material. Em contrapartida, as maiores tensões residuais macroscópicas de compressão na superfície foram obtidas com uma maior fração volumétrica de fase vítrea no material. Este resultado foi vinculado à baixa difusividade térmica da fase amorfa comparada com as das fases cristalinas adicionadas. Com a simulação numérica desenvolvida foi possível determinar a faixa de temperatura na qual as tensões macroscópicas são incrementadas, faixa que foi muito próxima à temperatura de transição vítrea do vidro de albita formado pela fusão do feldspato sódico da matriz. O estudo estatístico da influência das propriedades termomecânicas do material sobre as tensões residuais macroscópicas mostrou que a variação da viscosidade da fase vítrea apresentou maior significância sobre o incremento de tensões residuais na superfície do material. Na segunda parte do trabalho, estudou-se a variação do módulo de elasticidade com a temperatura. Os resultados mostraram uma forte relação entre a curva experimental do módulo de elasticidade e a presença das partículas de quartzo na microestrutura. Para temperaturas abaixo de 573oC, nas quais o quartzo está na forma , foi obtida uma histerese entre as curvas de aquecimento e resfriamento. Os resultados mostraram uma relação entre a área da histerese e o diâmetro médio (D50) das partículas de quartzo. Por outro lado, para temperaturas acima de 573 oC, onde o quartzo está na forma , os resultados mostraram uma relação entre a variação do módulo de elasticidade do material entre 573 a 700 oC com a fração volumétrica de quartzo presente na microestrutura dos materiais cerâmicos. Essa relação entre o comportamento do módulo de elasticidade dos materiais cerâmicos com o quartzo presente na microestrutura possibilitou estimar o tamanho médio e a fração volumétrica de quartzo presente na microestrutura de um material já sinterizado. No capítulo final desse trabalho foi realizado um estudo sobre a influência das partículas cristalinas de quartzo, alumina e zirconita sobre a resistência à flexão, a tenacidade à fratura e o tamanho do defeito microestrutural. Não foi observado nenhum tipo de reforço microestrutural provocado pelas partículas cristalinas. A maior resistência e a maior tenacidade foram obtidas com a matriz vítrea pura, obtida somente a partir de feldspato sódico. Os resultados ainda mostraram que o tamanho do defeito microestrutural não apresentou relação com a velocidade de resfriamento, não sendo observada a deterioração da microestrutura com o aumento da velocidade de resfriamento utilizada. / This work aims to study the mechanical behavior of ceramic materials formed by a microstructure composed by crystalline phases dispersed in amorphous glassy phase. A glass matrix was developed using high purity sodium feldspar. Crystalline particles of quartz, alumina and zircon were selected and added in matrix to study their effect on the mechanical properties. Different particle sizes and volumetric fractions were added into the glass matrix to study the microstructural reinforcement and/or deterioration. This work was divided into three parts. In the first part, the microstructural reinforcement promoted by the compressive residual stresses on surface was simulated by a mathematical model. The values predict with the model were compared to experimental results measured by deformation-relaxation method with incremental cuts. In this part, it was showed that the cooling rate, at high temperature, had influence on the stresses generation on material surface. On the other hand, the highest residual stresses were obtained with higher amounts of glass phase. This result is related with a low thermal diffusivity of the glass phase when compared to that of the crystalline phases added. The numerical simulation development allowed to determine the temperature range where the macroscopic stresses were increased. The results showed that this range was close to the transition temperature of the albite glass, formed by melting the sodium feldspar. A statistical study of the effect of thermomechanical properties on the macroscopic residual stresses showed that the viscosity variation of vitreous phase was the most significance variable for increasing the residual stresses. In the second part of this work, the dependence of elastic modulus with the temperature was studied. The results showed a strong relation between the experimental curve of elastic modulus and the presence of crystalline quartz in the microstructure. For temperatures below 573oC, where the quartz is present as phase, a hysteresis between heating and cooling was observed. The results showed that there is a relation between the hysteresis area and the quartz particle size (D50). On the other hand, for temperatures above 573oC, where the quartz is present as the phase, the results showed a relation between the elastic modulus variation (573 to 700oC) to the volumetric fraction of quartz in the microstructure. This relation between the elastic modulus behavior and the quartz in the microstructure allowed estimating the mean particle size and the volumetric fraction of quartz in a sintered ceramic material. The last part of this work was aimed to study the effect of some crystal particles as quartz, alumina and zircon on flexural strength, fracture toughness and defect size. No kind of microstructural reinforcement caused by these crystal particles was observed. Higher strength and toughness were observed for the pure glass matrix, obtained from only sodium feldspar. The results also showed that the microstructural defect size did not show any relation to the cooling rate. A microstructural deterioration by increasing the cooling rate was not observed.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-03-04T20:04:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307630.pdf: 2744246 bytes, checksum: 78750cbf9c27cbcc674c211743b54ed2 (MD5) / Esta tese de doutorado está relacionada ao estudo de material vitrocerâmico do sistema LZS e ao projeto e à obtenção de uma ferramenta de usinagem com geometria definida. Essa ferramenta foi caracterizada do ponto de vista de suas propriedades típicas, visando a uma aplicação específica que inclui a definição de parâmetros de usinagem e tipos de materiais para usinagem. Uma composição vitrocerâmica de formulação 9,56Li2O.22,36.ZrO2.68,08SiO2 (% em massa) foi preparada e obtida, sob a forma de uma frita, a qual foi caracterizada química e fisicamente e, posteriormente foi moída, compactada uniaxialmente (100 MPa) e tratada termicamente (sinterização/cristalização) nas temperaturas de 800, 850, 900 e 950ºC durante diferentes intervalos de tempo (15, 30, 60 e 120 min). As principais fases cristalinas, identificadas por difração de raios X, após os tratamentos térmicos, foram o silicato de zircônio e o dissilicato de lítio. Os vitrocerâmicos obtidos foram caracterizados do ponto de vista físico-mecânico e térmico. As melhores propriedades, tipicamente requeridas para uma ferramenta de corte, foram alcançadas para amostras tratadas a 900°C por 120 min. As amostras preparadas, na condição otimizada, apresentaram densidade relativa de 96,0±1,6% com resistência mecânica à flexão, ?f=191±12 MPa, dureza, HV300g=8,14±0,53 GPa , módulo de elasticidade, E=115,7±1,1 GPa e tenacidade à fratura, KIc=3,6±0,2 MPa.m-1/2. O coeficiente de expansão térmica linear foi ?=12,5±0,1x10-6 °C-1 e a condutividade térmica, k=4,89±0,03 Wm-1K-1. As ferramentas de corte produzidas foram submetidas a testes de usinagem de torneamento de longa duração em aço AISI/ABNT 1019, ferro fundido cinzento FC200 e bronze TM23, utilizando velocidade de corte entre 100 e 200 m/min, profundidade de corte de 1 mm e avanço de 0,2 mm/rot sem uso de fluido de corte. Os testes de usinagem indicaram que a ferramenta produzida é adequada para a usinagem de bronze com velocidades de corte de até 150 m/min. O mecanismo de desgaste da ferramenta, predominante na usinagem dos materiais considerados neste estudo, foi o desgaste por abrasão. / This doctoral thesis is related to the study of a glass-ceramic material belonging to the LZS system and to the design and production of a cutting tool with defined geometry which was characterized under the point of view of its typical properties aiming a specific application including the definition of machining parameters and selection of materials to be machined. A 9.56Li2O.22.36.ZrO2.68.08SiO2 (wt.%) glass-ceramic composition was prepared and obtained as a glass frit which was chemically and physically characterized and then milled, uniaxially compacted (100 MPa) and heat-treated (sintering/crystallization) at 800, 850, 900 e 950ºC during different time intervals (15, 30, 60 and 120 min). The main crystalline phases, identified by X-ray diffraction, after heat-treatments, were zirconium silicate and lithium dissilicate. The obtained glass-ceramics were characterized under the view point of its physical-mechanical and thermal properties. The best typically required properties for a cutting tool were achieved for samples heat-treated at 900ºC for 120 min. The samples prepared in the optimized condition showed relative density of 96.0±1.6% with bending strength, sf=191±12 MPa, hardness, HV300g=8.14±0.53 GPa, Young's modulus, E =115.7±1.1 GPa and fracture toughness, KIc=3.6±0.2 MPa.m-1/2. The coefficient of thermal expansion was a=12.5±0.1x10-6 °C-1 and the thermal conductivity, k=4.89±0.03 Wm-1K-1. The cutting tools produced were subjected to long time machining tests using an AISI/ABNT 1019 steel, a FC200 gray cast iron and a TM23 bronze by applying cutting speeds between 100 and 200 m/min, depth of cut of 1mm and advance of 0.2 mm/rotation without the use of cutting fluid. The tests indicated that the machining cutting tool produced is suitable for the machining of bronze with cutting speeds of up to 150 m/min. The predominant cutting tool wear mechanism for the machining of the materials considered in this study was the abrasion wear.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:41:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221573.pdf: 5085354 bytes, checksum: 34ad003ce49f9c31c520732a4406ae7a (MD5) / Questões ligadas a sustentabilidade e preservação ambiental têm adquirido grande relevância nos trabalhos científicos dos últimos anos. Neste aspecto, um dos grandes desafios a serem alcançados é a reciclagem de materiais descartados pelos diferentes setores produtivos da sociedade. Considerando que o desenvolvimento tecnológico provoca agressões ao meio ambiente através do descarte de resíduos, buscou-se, neste estudo, investigar a possibilidade de aproveitamento de casca de arroz e carepa de aço como matérias-primas alternativas para a síntese de um pigmento encapsulado a base de óxido de ferro e sílica destinado à indústria cerâmica. Pigmentos heteromórficos, também conhecidos por encapsulados ou de oclusão, são aqueles em que o elemento cromóforo é protegido por uma matriz encapsuladora, a qual o torna estável química e termicamente a altas temperaturas. Para este objetivo, neste trabalho a casca de arroz foi tratada química (lixiviação ácida) e termicamente para obter-se sílica amorfa e, a carepa de aço foi tratada termicamente de forma a obter-se hematita. O processo de lixívia, que apresentou os melhores resultados, baseou-se no tratamento da casca de arroz com solução de ácido clorídrico a 10% com posterior calcinação a 600ºC durante 3 h de patamar. A amostra de carepa de aço tratada a 800ºC durante 2 h de patamar em atmosfera oxidante gerou hematita com tonalidada vermelha. A sílica obtida a partir da casca de arroz apresentou tamanho médio de partículas de 4,1 mm, aproximadamente 98% de sílica na forma amorfa e área de superfície específica de 406,3 m2/g. O óxido de ferro obtido a partir da carepa de aço apresentou cerca de 97% de hematita como única fase. Para síntese do pigmento foram definidas composições com 5, 10 e 15% de cromóforo (95, 90 e 85% de sílica amorfa) as quais foram homogeneizadas e calcinadas a 1050ºC e 1150ºC durante 2 h. Para sílica, hematita e pigmentos sintetizados foram determinadas as coordenadas colorimétricas, análise microestrutural e cristalográfica, distribuição de tamanho de partículas, percentual de encapsulamento e espectroscopia de UV-Visível, dentre outras análises. Finalmente, os pigmentos que apresentaram os melhores percentuais de encapsulamento foram incorporados em massa porcelânica em teores de 4 e 8% para análise de desenvolvimento de cor e estabilidade térmica e química. Estes mostraram estabilidade após queima, desenvolvendo tonalidade creme e rosa claro com diferença de saturação de acordo com o percentual adicionado e com o teor de cromóforo inerente a cada composição. Com este procedimento buscou-se dar um destino proveitoso para a casca de arroz e para a carepa de aço sob o ponto de vista ambiental e tecnológico, transformando-os em um novo produto de maior valor agregado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:19:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317590.pdf: 5175535 bytes, checksum: 22cf23d5446a99ffbd2e7c9f5401d52b (MD5) Previous issue date: 2012 / Compósitos de matriz cerâmica têm sido desenvolvidos para superar a fragilidade intrínseca e a falta de confiabilidade da cerâmica monolítica. Dentre suas principais vantagens está o aumento da resistência mecânica do material. Esse trabalho visou desenvolver um compósito de alumina reforçado com fibras policristalinas de alumina para melhorar as propriedades mecânicas do produto, utilizando o meio aquoso, que substitui o uso de solventes orgânicos tóxicos e inflamáveis. A técnica utilizada foi a colagem de fitas (tape casting), que além de ter confiabilidade e baixo custo, permite se produzir fitas de espessura fina e de grande área superficial, oferecendo resistência e flexibilidade. Nesse trabalho, o pó de alumina foi caracterizado, e produziu-se uma suspensão otimizada através de um estudo reológico, cuja formulação final foi de 50% de sólidos. A suspensão apresentou um comportamento pseudoplástico e um alto valor de tixotropia. Foram testados vários métodos de separação e processamento das fibras, sendo mais eficiente o espalhamento através de um suporte, especialmente desenvolvido para esse fim. Definiram-se os parâmetros para o processo de colagem, como espaço entre as lâminas de 350µm e velocidade de colagem de 12 cm/min. As fitas foram termoprensados a 65 °C e 30 MPa. Os ensaios mecânicos de tração mostraram um aumento significativo da resistência mecânica quando houve presença de fibras e dependendo da orientação destas. Por fim, os tapes foram pré-sinterizados e sinterizados respectivamente a 1150 e 1600 °C. Ensaios flexão a três pontos confirmaram que as fibras aumentam significativamente a resistência mecânica dos tapes, atingindo o objetivo desse trabalho.<br> / Abstract : Ceramic matrix composites have been developed to overcome the intrinsic fragility and unreliability of monolithic ceramics. Among its main advantages is the increased mechanical strength of the material.This work aimed to develop an alumina composite reinforced with polycrystalline alumina fibers to increase the mechanical properties of the product, using the aqueous system, replacing the use of toxic and flammable organic solvents. The forming technique used was tape casting, which in addition to reliability and low cost, enables to make thin tapes and tapes with large surface area, providing strength and flexibility. In this work, the alumina powder was characterized and a suspension was optimized through a rheological study, whose final formulation was 50% solids. The suspension showed a pseudoplastic behavior and a high value of thixotropy.Several methods for separation and processing of the fibers were tested and a scattering using a specially designed support was the most efficient option. The parameters for the tape casting process were: gap between the blades of of 350ìm and casting speed of 12 cm/min. The tapes were thermopressed at 65 °C and 30 MPa.The tensile test showed a significant increase of the mechanical resistance that was present with fibers and an even greater depending on their orientation. Finally, the tapes were pre-sintered and sintered at 1150 and 1600°C, respectively. Three-point bending confirmed that the fibers significantly enhance the mechanical strength of the tapes, reaching the goal of this work.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-21T16:01:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210522.pdf: 6686727 bytes, checksum: 5dfe674fb60976dbf74142a8677db172 (MD5) / A formulação, bem como os ajustes da cor dos esmaltes na indústria de revestimentos cerâmicos, ainda é predominantemente empírica, dificultando seu controle e, conseqüentemente, prejudicando a reprodutibilidade. Esse trabalho teve como objetivo principal aplicar e avaliar a eficiência do uso da espectrofotometria, juntamente com o modelo de Kubelka-Munk (já conhecido e consolidado em outros setores industriais) na predição de cores de esmaltes cerâmicos opacos obtidos pela mistura de pigmentos e opacificante. O modelo de Kubelka-Munk permite relacionar a cor do esmalte resultante com a concentração dos pigmentos adicionados. Foram preparados esmaltes com percentuais diversos de pigmento (amarelo zirconita-praseodímio, azul zirconita-vanádio, vermelho zirconita-ferro e preto espinélio Ni-Fe-Cr) e opacificante (zirconita) e, a partir da determinação das constantes ópticas de difusão e absorção da luz do esmalte, opacificante e pigmentos foi possível prever com boa precisão o espectro de reflectância (cor) dos esmaltes produzidos. Após a caracterização física e química dos componentes dos esmaltes (frita, pigmentos e opacificante) foram sugeridas adaptações ao modelo que facilitam o procedimento experimental para a análise. As reflectâncias previstas pelo modelo de Kubelka-Munk adaptado foram de excelente concordância com as reflectâncias experimentais, com desvios inferiores a 2,0 %. Foi também avaliada a influência da distribuição granulométrica do opacificante e pigmentos na obtenção da cor, bem como da temperatura de queima. Apesar da estabilidade térmica dos pigmentos, alterações significativas na cor dos esmaltes foram observadas devido à cristalização da zirconita a partir da frita utilizada. A micronização do opacificante proporciona um espalhamento mais efetivo da luz, evidenciando suas propriedades ópticas. Já a micronização do pigmento amarelo zirconita-praseodímio não afetou significativamente a reflectância dos esmaltes avaliados. O uso da espectrofotometria, juntamente como o modelo de Kubelka-Munk é uma poderosa ferramenta para agilizar as formulações e ajustes de cores de esmaltes cerâmicos e, quando usados adequadamente podem facilitar a obtenção da cor desejada e proporcionar economias significativas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-21T21:34:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T19:40:55Z : No. of bitstreams: 1 204178.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / A metodologia de superfícies de resposta aplicada às técnicas de experimentos com mistura tem sido muito utilizada em várias áreas da ciência e tecnologia. A consideração fundamental é que uma determinada propriedade depende das proporções dos componentes que constituem um material. O presente trabalho usou a técnica de experimentos com misturas juntamente com princípios de programação não-linear para a obtenção de composições de massas cerâmicas triaxiais, destinadas à fabricação de produtos cerâmicos, sujeitas às restrições nas principais propriedades tecnológicas, critérios de otimização e a condições específicas de processo. Para justificar e correlacionar os resultados, os efeitos dos aspectos estruturais e microestruturais do material a cru e sinterizado nas principais propriedades do produto final foram analisados. O procedimento experimental compreende: conhecimento qualitativo e quantitativo das características das matérias-primas que compõem a massa cerâmica, no caso argilas, feldspato e quartzo; projeto de formulações usando experimentos com mistura triaxiais; e processamento via materiais particulados. A análise dos resultados foi realizada utilizando-se ferramentas de estatística e de otimização. A partir dos resultados experimentais, foram obtidas regressões polinomiais para propriedades de interesse em função dos componentes triaxiais. A análise de variância confirmou a significância dos modelos considerados. Além disso, foram realizados experimentos adicionais para validação dos modelos, que permitiram a utilização do modelo para a previsão de propriedades com outras composições dentro do espaço avaliado. Foi usado um método de otimização gráfica para encontrar faixas de composições de um produto cerâmico específico, sujeito às restrições nas principais propriedades tecnológicas e critérios de maximização da resistência mecânica no sinterizado ou minimização do custo da massa. As características estruturais e microestruturais, notadamente, fases cristalinas e amorfas, porosidade, presentes nos materiais cerâmicos a verde e sinterizados, puderam ser correlacionadas com as propriedades medidas e simuladas pelos modelos.