Neste trabalho de mestrado são descritos o projeto, a montagem e os testes de funcionamento de uma câmara porta amostra para medidas elétricas de quatro pontas de prova dc. A estrutura da câmara porta amostra é em material cerâmico, que garante a estabilidade física e química do sistema, prolongando sua vida útil e melhorando a qualidade das análises realizadas. Este sistema permite a realização de medidas elétricas de diferentes materiais desde a temperatura ambiente até ~1500 °C em ampla faixa de pressões parciais de oxigênio. A funcionalidade da câmara porta amostras foi avaliada por meio da comparação de medidas da dependência da resistividade elétrica com a temperatura de amostras de zircônia estabilizada com ítria. Visando à aferição e a aplicação deste sistema de medidas elétricas, foram fabricados e caracterizados compósitos à base de zircônia estabilizada com ítria e nitreto de titânio, obtidos pela técnica de sinterização por plasma pulsado (\"spark plasma sintering\", SPS). As propriedades gerais destes compósitos foram investigadas por meio de análises térmicas, difratometria de raios X (DRX) e medidas elétricas de quatro pontas de prova dc, usando o sistema construído. As análises das amostras dos compósitos à base de zircônia e TiN mostraram que a técnica SPS produz amostras densas, sem reação entre as fases ou degradação do TiN por oxidação. As amostras com adição de TiN apresentaram comportamento metálico da resistividade elétrica, evidenciando a percolação do nitreto na matriz de zircônia para frações volumétricas ≤ 27 vol.%. Medidas de resistividade elétrica combinadas com análises térmicas e de DRX foram usadas para monitorar a oxidação do TiN nos compósitos em altas temperaturas. As amostras produzidas apresentam propriedades promissoras para aplicações de alta temperatura que requeiram elevada condutividade elétrica. / This study describes the design, construction, and tests of a sample holder for four-probe dc electrical measurements. The structural parts of the sample holder are built using ceramic material (alumina) that ensures physical and chemical stability, prolonging its use and the quality of experiments. The sample holder allows electrical measurements from room temperature up to ~1500 °C in a wide range of oxygen partial pressures. The functionality of the constructed sample holder was assessed by comparing measurements of the temperature dependence of the electrical resistivity of yttria-stabilized zirconia samples. To further explore the capabilities of the measuring apparatus, samples of high-temperature composites based on yttria-stabilized zirconia and titanium nitride were prepared by spark plasma sintering (SPS). The general properties of these composites were investigated by thermal analysis, X-rays diffraction (XRD), and four-probe dc electrical measurements. The study of the composites showed that SPS resulted in dense samples with no detected reaction between phases and free from TiN oxidation. Samples with TiN addition displayed metallic behavior of the electrical resistivity, evidencing that the nitride attained the percolation threshold in the oxide matrix at volume fractions ≤ 27 vol.%. Electrical measurements combined with thermal analysis and XRD were used to monitor the oxidation of TiN at high temperature. The studied composites show good properties indicating that it is a promising material for high temperature applications that require high electrical conductivity.

O desenvolvimento de novos sistemas cerâmicos propicia a possibilidade de escolha do tipo de restauração que se deseje utilizar. Entretanto, os benefícios advindos deste progresso devem ser avaliados frente à possibilidade de comportamento clínico insatisfatório. Este trabalho se propõe a avaliar infra-estruturas cerâmicas quanto à influência do ajuste interno na adaptação, o desajuste vertical após a simulação da cimentação, a espessura de película nas superfícies axiais e oclusal e a ocorrência de assentamento oblíquo. Um troquel-padrão metálico com preparo para coroa total em pré-molar superior foi confeccionado e trinta troquéis de gesso foram obtidos e dividos em três grupos de dez espécimes cada. Sobre os troquéis de gesso foram confeccionadas infra-estruturas metálicas para o grupo MC, infra-estruturas cerâmicas In-Ceram Zirconia, para o grupo IZ, e Procera AllZircon, para o grupo PZ. As infra-estruturas tiveram sua posição, em relação ao troquel-padrão, mensurada durante ajuste interno e simulação da cimentação com silicone de consistência fluida (cimento-análogo). A película de cimento-análogo abaixo das infra-estruturas foi seccionada no sentido vestíbulo-lingual e mensurada nas paredes axiais e oclusal. A análise dos resultados demonstrou que: 1) o ajuste interno das infra-estruturas metalo-cerâmicas e In-Ceram Zirconia resultou em redução do desajuste vertical; 2) o desajuste vertical das infra-estruturas Procera AllZircon foi estatisticamente diferente das infra-estruturas metalo-cerâmicas e In-Ceram Zirconia; 3) a espessura de película das infra-estruturas Procera AllZircon foi significantemente maior que das infra-estruturas metalo-cerâmicas e In-Ceram Zirconia; 4) todas as infra-estruturas apresentaram assentamento oblíquo. / The development of new ceramic systems creates the possibility of choice above the type of restoration one could mean to choose. Thus, benefits from this progress must be appraised on the possibility of unsatisfactory clinical behavior. This work intends to evaluate ceramic copings to the influence of internal adjustment on adaptation, vertical misfit after cementation, film thickness of axial and occlusal surfaces and occurrence of oblique seating. A metallic superior premolar analogue with full crown preparation was yield and thirty casts were obtained and divided into three groups of ten specimens each. Metal copings were yield for group MC and ceramics copings of In-Ceram Zirconia and Procera AllZircon were yield for group IZ and group PZ, respectively. The copings had their position, in relation to the metallic analogue, measured during adjustment and cementation with light body silicon. Cement film, below the copings, was sectioned and measured at the axial and occlusal surfaces. The analysis of the results demonstrated that: 1) internal adjustment of metal and In-Ceram Zirconia copings reduced the vertical misfit; 2) vertical misfit after cementation of Procera AllZircon copings was statistically different from metal and In-Ceram Zirconia copings; 3) film thickness of Procera AllZircon copings was significantly greater than metal and In-Ceram Zirconia copings; 4) all copings presented oblique seating.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de corpos cerâmicos compostos bioativos com estrutura de gradiente funcional destinado à fabricação de componentes de implantes médicos. Na obtenção do compósito utilizou-se a alumina (\'AL IND.2\'\'O IND.3\') como base, a hidroxiapatita (HA) e o biovidro como componentes bioativos e a sacarose na obtenção da porosidade desejada. No desenvolvimento e na manufatura do material os métodos de processamento e os materiais utilizados foram selecionados de forma a atender as características desejadas para os componentes de implantes, ou seja, precisão dimensional, confiabilidade mecânica, desempenho em serviço, repetibilidade e custo aceitável. Como resultado, obteve-se um material estrutural com gradiente funcional de dupla camada. A dupla camada é composta de uma camada densa que confere a resistência mecânica desejada ao componente e a camada porosa promove a interação com os tecidos biológicos. A interação foi obtida com a infiltração de hidroxiapatita e biovidro na camada porosa. Ensaios mecânicos foram realizados para verificar a influência dos poros, da hidroxiapatita e do biovidro sobre a resistência mecânica do compósito. Foram executadas análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) para observação da estrutura porosa, morfologia, distribuição e comunicação dos poros, e a eficiência da infiltração da hidroxiapatita e do biovidro. / This work shows the development of bioactive composite ceramic body with functional gradient structure to use in medical implant components. The used materials were, alumina (\'AL IND.2\'\'O IND.3\') as a base material, hydroxyapatite (HA) and bioglass that were the bioactive components and sucrose used for obtaining pores. In the development and manufacture of the bioactive composite, the processing method and the materials were selected so that the dimensional characteristics, performance and repetition of production of the pieces present to the components specified characteristics with reliability and acceptable cost. The developed structure possesses a dense layer, which gives the mechanical resistance and a porous layer to have a biological interaction between the component and the tissue. Hydroxyapatite and bioglass were added in the porous layer to improve that interaction and mechanical tests were made in order to check if the pores, hydroxyapatite and bioglass, interferes the mechanical resistance of the components. Scanning eletronic microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis were made to observe the porous structure and performance of the filtration of hidroxyapatite and bioglass.

Universidade Federal Rural da Amazônia / In the Amazon In the Amazon there are areas of soil affected by prehistoric man, these areas are characterized by dark coloring, remains of archaeological material (ceramic fragments and lithic artifacts). Such soils are known as Archaeological Black Earth (TPA), Terra Preta de Indio or Terra Preta. These soils generally have high fertility, high levels of P, Ca, Mg, Zn, Mn, and high content of stable organic matter besides very different physical properties of the soils that originated them. The present work aims to analyze the morphological properties and to detail the behavior of the physical-water properties of areas with different concentrations of ceramic fragments as well as an area without anthropic interference of the Archaeological Site of São José located on the banks of the Xingu River in the low Xingu region , Para. For this purpose, deformed and undisturbed samples were collected from four different areas of an archaeological site in order to evaluate the behavior of the main soil properties in the different areas of occupation and concentration of archaeological material. Soil density (Ds), particle density, soil water retention curve (CRAS), total porosity, penetration resistance (PR) and stability of aggregates via water percolation were determined. Aiming at this, to increase the knowledge of Terra Preta Archaeological sites in the Amazon region in order to subsidize works of management and recovery of degraded soils. The results showed that there was dominance of the sand fraction in the studied areas, the soils being classified with a sandy loam texture. The areas with higher concentrations of ceramic materials and presence of anthropic horizon showed a marked physical quality in relation to total porosity, percolation stability and available structural water content when compared to the respective adjacent soil. Keywords: Archaeological Black Earth. Ceramic fragments. Anthropogenic soils. / Na Amazônia existem áreas de solos afetadas consideravelmente pelo homem pré-histórico, estas áreas são caracterizadas pela coloração escura, restos de material arqueológico (fragmentos cerâmicos e de artefatos líticos). Tais solos são conhecidos como Terra Preta Arqueológica (TPA), Terra Preta de Índio ou Terra Preta. Estes solos geralmente apresentam alta fertilidade, elevados teores de P, Ca, Mg, Zn, Mn, e teor elevado de matéria orgânica estável além de propriedades físicas bem distintas dos solos que as originaram. O presente trabalho tem como objetivo analisar as propriedades morfológicas e detalhar o comportamento das propriedades físico-hídrica de áreas com diferentes concentrações de fragmentos cerâmicos assim como uma área sem interferência antrópica do Sitio arqueológico São José localizado as margens do Rio Xingu na região do baixo Xingu, Pará. Para isso foram coletadas amostras deformadas e indeformadas de quatro áreas distintas de um sitio arqueológico afim de se avaliar o comportamento das principais propriedades do solo nas diferentes áreas de ocupação e concentração de material arqueológico do mesmo. Determinou-se, granulometria, densidade do solo (Ds), densidade da partícula, curva de retenção de água no solo (CRAS), porosidade total, Resistencia a penetração (RP) e estabilidade de agregados via percolação de água. Visando assim, ampliar os conhecimentos de sítios Arqueológicos de Terra Preta na região amazônica a fim de subsidiar trabalhos de manejo e recuperação de solos degradados. Os resultados demonstraram que houve a dominância da fração areia nas áreas estudadas sendo os solos classificados com textura franco argilo arenosa. As áreas com maiores concentrações de materiais cerâmicos e presença de horizonte antrópico apresentaram uma acentuada qualidade física com relação a porosidade total, estabilidade de percolação e conteúdo de água disponível estrutural quando comparada ao respectivo solo adjacente.

Zircônia hidratada cristalina, ZrO2.2H2O, com tamanho de domínio coerente médio de 1,5 nm foi obtida pela lixiviação do tungstato de zircônio (α-ZrW2O8) em uma solução de NaOH 1M, em ebulição por 5h. A partir do padrão de difração de elétrons das partículas de zircônia hidratada, esta pode ser indexada de acordo com uma rede tetragonal com a = 1,463(4)Å e c = 2,535(6)Å. Após aquecimento a 60ºC sob um vácuo de 10-5mbar, a zircônia hidratada, desidrata de forma reversível. Quando aquecida a 850ºC e 1000ºC, forma-se zircônia tetragonal e monoclínica, respectivamente. A zircônia hidratada nanocristalina produzida a partir do tungstato de zircônio forma aglomerados duros e transparentes, quase sem poros. A formação destes aglomerados e a desidratação observada em baixas temperaturas, sugere a possibilidade de obter-se corpos transparentes de zircônia, com tamanho de grão reduzido, a partir da deposição controlada de nanopartículas de zircônia hidratada a partir de uma suspensão aquosa. / Crystalline hydrous zirconia (ZrO2 .2H2O) with volume weighted average domain size of 1.5 nm was obtained by soaking zirconium tungstate (α-ZrW2O8) in boiling 1M NaOH solution for 5 h. The selected area electron diffraction pattern of hydrous zirconia particles could be indexed according to a tetragonal lattice with a = 1.463(4) Å and c = 2.535(6) Å. Upon heating to 60 oC under a vacuum of 10-5 mbar, hydrous zirconia dehydrates reversibly. Further heating to 850oC and 1000oC resulted in the formation of tetragonal and monoclinic zirconia, respectively. Some of the nanocrystalline hydrous zirconia produced from zirconium tungstate coalesced into transparent, nearly pore-free aggregates. The formation of these almost fully densified aggregates of hydrous zirconia, and the observed dehydration under very mild conditions, suggests that it could be possible to obtain transparent bodies of zirconia, with unprecedented small crystallite size, with the controlled deposition of the extremely small hydrous zirconia nanoparticles from a water-based suspension.

A atual problemática da disposição de resíduos eletroeletrônicos estimula a realização de pesquisas visando o reaproveitamento desse tipo de resíduo na fabricação de novos produtos ou na utilização dos mesmos em processos já existentes. O descarte de monitores de computadores e TVs com a tecnologia de tubos de raios catódicos (CRT) não é simples, pois os mesmos contêm metais pesados e há poucas alternativas de reciclagem estabelecidas, o que gera um passivo ambiental ainda sem solução. O CRT corresponde a 80% do peso de um monitor de computador e é constituído por três tipos de vidro, com diferentes composições. A relação aproximada (em % peso) é: 65% painel, 30% funil e 5% pescoço. Entre os diferentes vidros dos quais é fabricado os CRTs, o painel tem altas porcentagens de óxidos de metais alcalino e alcalino-terrosos e assim grande potencial para ser aproveitado como substituto de fritas na formulação de esmaltes cerâmicos. Uma vantagem adicional é o fato de que os metais pesados são estabilizados na forma de óxidos, tendo a mínima dissolução após a sinterização e vitrificação. Neste trabalho as composições químicas do vidro de painel de CRT e da frita foram caracterizadas pela técnica de FRX e ICP-AES. Depois os valores do coeficiente de expansão térmica e a viscosidade como função da temperatura foram calculados usando modelos empíricos que relacionam essas propriedades com a composição química do vidrado, através do software e banco de dados SciGlass®. Substituições parciais de frita por vidro de painel de CRT foram experimentalmente testadas na formulação de um esmalte transparente típico. Suspensões com 10 a 40% em peso de vidro de painel de CRT como substituto da frita tradicional foram preparadas e aplicadas sobre a superfície de substratos de argila conformados por prensagem. Subsequentemente, as placas foram queimadas seguindo um ciclo térmico similar ao utilizado industrialmente. Os valores do coeficiente de expansão térmica foram caracterizados por dilatometria. A viscosidade do esmalte foi medida a temperaturas elevadas (viscosidades baixas). A cor e a transparência dos esmaltes após a queima foram caracterizadas por colorimetria. Em uma análise comparativa, a substituição de 20% em peso de frita por vidro de painel de CRT resultou em revestimentos com propriedades equivalentes as de esmaltes comerciais. / The current problem of disposal of electronic waste stimulates research aiming at the reuse of this type of waste in the manufacture of new products or existing processes. The disposal of computer monitors and televisions based on the technology of cathode ray tube (CRT) is not simple, since they contain heavy metals and there are few recycling alternatives nearby the consumer center, generating an unsolved environmental liability. The CRT corresponds to approximately 85 wt% of a computer monitor, and is composed by three silicate glasses with different compositions, in the approximate proportions (wt%): 65% panel, 30% funnel and 5% neck glass. Among the different glasses of which the CRT\'s are made, the panel has higher percentages of alkali and alkaline earth metal oxides, which thus give them potential to be used as frits substitute in the formulation of ceramic glazes. An additional advantage is the fact that these heavy metals are stabilized in the form of oxides, presenting minimal dissolution after sintering and vitrification. In the present work, the chemical compositions of a CRT\'s panel glass and glaze frits were characterized by XRF and ICP-AES. Then, the value of thermal expansion coefficients and viscosity were calculated as a function of temperature using empirical models that relate such properties with the glass chemical composition, aided by the SciGlass software. The partial replacement of frits for CRT\'s panel glass was experimentally tested in the composition of a typical transparent ceramic glaze. Aqueous suspensions containing 10 to 40 wt% of CRT\'s panel glass as a substitute for the traditional frit were prepared and applied on the surface of substrates formerly obtained by pressing a clay raw material into plates. Subsequently, the plates were fired following a thermal treatment similar to the used industrially. The resulting thermal expansion coefficients were characterized by dilatometry. The glaze viscosity was measured at high temperatures (low viscosities). The color and transparency of the glazes after firing were characterized by colorimetry. In a comparative analysis, the substitution of 20 wt% of frit by CRT\'s panel glass resulted in ceramic tiles with properties equivalent to those of the commercial glazes.

A zircônia estabilizada com ítria é um material com diversas aplicações tecnológicas. Uma de suas aplicações é como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido. Os pós de zircônia estabilizada com ítria disponíveis comercialmente densificam a temperaturas superiores a 1400 ºC. Redução na temperatura de sinterização da zircônia seria muito útil, pois permitiria a realização da sinterização simultânea (co-firing) do eletrólito sólido e do anodo, implicando em redução de custo do processo na fabricação de células a combustível. Neste trabalho, os efeitos produzidos do Co na densificação da 8YSZ, principalmente em baixos teores do aditivo, foi estudado, como também a condutividade elétrica da zircônia-estabilizada com ítria, visando determinar o efeito da adição de Co. Foram preparados compactos com carbonato de cobalto e 8YSZ comercial em composições 8YSZ + x% mol Co com x = 0; 0,025; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 7,5 e 10, por prensagem seguida de sinterização ao ar em diversas temperaturas e tempo de patamar. Os compactos sinterizados foram caracterizados por diversas técnicas. A espectroscopia Raman e a difração de raios X permitiram identificar o Co3O4 como fase predominante após a sinterização, quando o aditivo excede o limite de solubilidade. A densidade sinterizada aumentou com a adição de pequenos teores de Co, mas não foi suficiente para reduzir a temperatura de sinterização abaixo de 1400 ºC. O tamanho médio de grãos aumentou com a temperatura de sinterização. A condutividade elétrica diminui com a adição de Co para teores ³ 1% mol, mas apresenta pequeno aumento para teores de 0,025% mol. / Yttria stabilized zirconia has a wide range of applications including electrochemical devices, oxygen sensors and permeable membranes. Yttria stabilized zirconia is the preferred solid electrolyte in current solid oxide fuel cells. Commercially available yttria stabilized zirconia powders are usually sintered at temperatures higher than 1400 ºC. Reduction of the sintering temperature is desirable to allow for co-firing the solid electrolyte and the anode materials, thereby reducing the fabrication cost. In this work, the effects produced by small amounts of Co addition on sintering and on electrical conductivity of 8YSZ were investigated. Green compacts were prepared by uniaxial pressing mixtures of 8YSZ + x mol% Co with x = 0; 0.025; 0.05; 0.1; 0.25; 0.5; 1; 2; 3; 4; 5; 7.5 and 10 followed by sintering at different dwell temperatures and soaking times. Several techniques were used to characterize the sintered compacts. Results of Raman spectroscopy along with those of Xray diffraction allowed for the identification of the cobalt oxide formed (Co3O4) when the solubility limit is exceeded. The sintered density increased with small Co additions. However, the sintering temperature is still around 1400 ºC. The average grain size increased with Co addition and with increase of the sintering temperature. The electrical conductivity remains almost unchanged with Co additions up to ~ 0.5 mol% and decreases for higher additive contents. However, a small increase of the electrical conductivity occurs at 0.025 mol% Co.

Este estudo avaliou a eficiência do uso do laser de CO2 com comprimento de onda de 10,6 m como auxiliar na remoção de bráquetes estéticos cerâmicos. Para este estudo foram utilizados 105 pré-molares inferiores humanos recentemente extraídos, que receberam irradiações com laser de CO2 antes da descolagem dos bráquetes. Na primeira fase deste estudo, o objetivo foi mensurar e comparar a temperatura no compósito de colagem do bráquete e na câmara pulpar após aplicação do laser de CO2 , para observar a segurança para o esmalte, bem como se a temperatura era suficiente para fragilizar o compósito, facilitando a remoção do bráquete. Nesta etapa foram utilizados 30 pré-molares inferiores recentemente extraídos, sendo que cada um recebeu 4 irradiações com diferentes protocolos de maneira aleatória. Foram testados 12 diferentes protocolos variando o tempo de irradiação (3 e 5s), a duração do pulso (0,01 e 0,03s) e a potência (5, 8 e 10W). Cada protocolo foi utilizado por 10 vezes (n=10), totalizando 120 irradiações. Em todas as irradiações os corpos-de-prova foram imersos em banho térmico com água a 37º C. Foram encontrados 4 protocolos cuja variação da temperatura na polpa foi menor que 5,5º C, portanto compatível com a saúde da polpa. Na segunda etapa do estudo, o objetivo foi avaliar a resistência ao cisalhamento após a aplicação do laser utilizando os protocolos cuja temperatura na polpa não fosse superior a 5,5º C. Setenta e cinco pré-molares inferiores humanos foram divididos em 5 grupos, dos quais um não foi submetido à irradiação, sendo considerado Controle (C). Nos 4 grupos restantes, irradiações foram realizadas como descrito a seguir: Grupo I (potência 5W; tempo de pulso 0,01s; tempo de aplicação 3s), Grupo II (5W; 0,03s e 3s), Grupo III (8W; 0,01s e 3s) e Grupo IV (10W; 0,01s e 3s). Cada grupo foi formado por 15 corpos-de-prova (n=15). Após a descolagem do bráquete foi avaliado o Índice de Remanescente Adesivo (IRA). Após as mensurações e aplicação da Análise de Variância (ANOVA) e do teste de Tukey foi constatado que o único grupo que apresentou diminuição na força de remoção foi o IV (7,33 MPa) em relação ao grupo C (10,81 MPa) sendo assim considerado seguro e eficaz na diminuição da resistência do compósito. / This study evaluates the efficacy CO2 10,6 m laser-assisted debonding esthetic ceramic brackets. For this purpose it was used 105 recently extracted lower human premolars that were irradiated with CO2 laser before debonding. In the first phase, the objectives were to measure and compare the temperature in composite for bracket bonding and at the pulp chamber after CO2 laser irradiation, to observe the safety for enamel, as well the temperature was enough to softening the composite, making debonding bracket easier. In this part it was used 30 lower premolar recently extracted, and each one received 4 irradiations with different protocols, randomly choose. It was tested 12 different protocols varying time of irradiation (3 and 5s), pulse duration (0,01s e 0,03s) and power (5, 8 and 10W). Each protocol was repeated for 10 times (n=10), resulting 120 irradiations. In every irradiation the teeth tested were immerse in warm water bath at 37o C. It was found 4 protocols with pulp temperature lower than 5,5º C, so this is compatible with pulp health. In the second phase of this study, the objective was to evaluate the shear bond strength after laser irradiation, using the protocols with pulp chamber temperatures lower than 5,5º C. Seventy-five lower human premolars was shared in 5 groups. One group did not receive laser irradiation and considered Control (C) and the other groups the irradiation was made as it follows: Group I (power density 5W; pulse duration 0,01s; irradiation time 3s), Group II (5W; 0,03s, 3s), Group III (8W; 0,01s; 3s) and Group IV (10W; 0,01s; 3s). After results ANOVA and Tukey tests were made. Group IV presented lowering in SBS force (7,33 MPa) when compared with C (10,81MPa). This protocol was founded as a safe and efficient in softening composite layer.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Civil (Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Ciências da Engenharia, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto