Specimens of ZrB2 containing various concentrations of B4C, SiC, TaB2, and TaSi2 were pressureless-sintered and post-hot isostatic pressed to their theoretical densities. Oxidation resistances were studied by scanning thermogravimetry over the range 1150 - 1550 degree C. SiC additions improved oxidation resistance over a broadening range of temperatures with increasing SiC content. Tantalum additions to ZrB2-B4C-SiC in the form of TaB2 and/or TaSi2 increased oxidation resistance over the entire evaluated spectrum of temperatures. TaSi2 proved to be a more effective additive than TaB2. Silicon-containing compositions formed a glassy surface layer, covering an interior oxide layer. This interior layer was less porous in tantalum-containing compositions. The oxidation resistances of ZrB2 containing SiC, TaB2, and TaSi2 additions of various concentrations was studied using isothermal thermogravimetry at 1200, 1400, and 1500 degree C, and specimens were further characterized using x-ray diffraction and electron microscopy. Increasing SiC concentration resulted in thinner glassy surface layers as well as thinner ZrO2 underlayers deficient in silica. This silica deficiency was argued to occur by a wicking process of interior-formed borosilicate liquid to the initially-formed borosilicate liquid at the surface. Small (3.32 mol%) concentrations of TaB2 additions were more effective at increasing oxidation resistance than equal additions of TaSi2. The benefit of these additives was related to the formation of zirconium-tantalum boride solid solution during sintering, which during oxidation, fragmented into fine particles of ZrO2 and TaC. These particles resisted wicking of their liquid/glassy borosilicate encapsulation, which increased overall oxidation resistance. With increasing TaB2 or TaSi2 concentration, oxidation resistance degraded, most egregiously with TaB2 additions. In these cases, zirconia dendrites appeared to grow through the glassy layers, providing conduits for oxygen migration.

Thesis (M.S.)--University of Texas at El Paso, 2008. / Title from title screen. Vita. CD-ROM. Includes bibliographical references. Also available online.

Thesis (M.S.M.S.E.)--University of Central Florida, 2009. / Adviser: Nina Orlovskaya. Includes bibliographical references (p. 87-93).

Thesis (Ph.D.)--Cleveland State University, 2008 / Abstract. Includes bibliographical references (p. 110-111). Electronic full text release has been delayed at the author's request until December 31, 2010.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-30Bitstream added on 2014-06-13T20:50:24Z : No. of bitstreams: 1 amaral_d_me_bauru.pdf: 3079675 bytes, checksum: f8511d65e696a1107b5e2fc901da1073 (MD5) / Materiais cerâmicos supercondutores apresentam propriedades importantes para aplicações tecnológicas. A principal propriedade, resposta magnética depende fortemente da rota de síntese, método de processamento, e principalmente da estequiometria do material. No presente trabalho, foram estudadas algumas variações envolvidas nas condições de síntese de pós cerâmicos do composto Y'Ba IND. 2''Cu IND. 3''O IND. 7'-δ sintetizados do método Pechini. Com a finalidade de verificar-se amostras com o menor teor da fase secundária Carbonato de Bário (Ba'CO IND. 3'), utilizou-se as variações em pH em 3, 7 e 10 em amostras com e sem a utilização do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) na síntese do precursos polimérico. Buscou-se também melhor compreender os processos físico-químicos presentes nas diferentes etapas da preparação das amostras. Ainda nesse estudo, fez-se tratamentos térmicos em 400 °C, 700 °C e 900 °C para uma avaliação qualitativa das partículas. Foi utilizado como fonte de cátions, óxidos de ítrio e cobre, além de carbonato de bário. Como agente complexante o ácido cítrico (AC) e como agente polimerizante e etilenoglicol (EG). A resina polimérica foi caracterizada usando-se análise térmica diferencial (DTG), Termogravimetria (TG) com acoplamento à espectrofotometria no Infravermelho (IRFT) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Tais caracterizações foram feitas de forma a relacionar a estrutura, condições de síntese e fenômenos que ocorrem em cada intervado de temperatura. O produto da pirólise da resina, denominado de puff, foi desaglomerado e calcinado a diferentes temperaturas, sob atmosfera ambiente, permitindo-se o acompanhamento da evolução das fases cristalográficas por difração de Raio-X (DRX), sendo a morfologia do pós, verificada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por meio dos dados obtidos... / Ceramic superconducting materials present significant properties for technological applications. These properties strongly depend on the synthesis routes, processing methods, and mainly on the chemical stoichiometry of the prepared compounds. In this work some steps and variations on the synthesis conditions on Y'Ba IND. 2''Cu IND. 3''O IND. 7'-δ (YBCO) were studied by using the Sol-Gel technique, known as the Pechini method. The influence of pH and the use of etilenodiaminotetracetic acid (EDTA) in the synthesis of the YBCO phase, as well as a possible formation of Ba'CO IND. 3, as a secondary undesirable phase were tested. Oxides and carbonates were used as metallic salts, acid citric (CA) and the ethylene-glycol (EG) were used as complexing agent and polymerization agent, respectively. The polymeric resin was characterized by differential thermal analysis (DTA/DSC) and thermogravimetric analysis (TG) associated with infrared spectroscopy (IRFT), trying to relate the polymer structure and the synthesis conditions for each temperature. After that, the polymeric gel was pyrolezed in a temperature of 200 °C, ground and heat-treated under different temperatures, allowing the study of the crystallographic phase evolution by using X-ray diffraction (XRD). The powder morphology was also analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM). The obtained results indicated that the samples prepared using pH close to 7, without the use of EDTA under a temperature of 900 °C, presented smaller amount of secondary phases.

A cadeia produtiva da construção civil está associada a grandes consumos de matérias-primas e energia, além de ser uma das maiores geradoras de resíduo, sendo responsável por parcela significativa dos impactos ambientais a nível global. Embora seja vasta a disponibilidade de literatura internacional a respeito de impactos ambientais causados por materiais de construção, a bibliografia nacional ainda é limitada. Este fato constitui uma barreira na determinação dos impactos ambientais causados por materiais de construção locais, e conseqüentemente os impactos causados pelas edificações e pelo setor da construção. Os materiais cerâmicos estão entre os mais tradicionais empregados na construção civil no Brasil, onde existem aproximadamente 11.000 indústrias, principalmente de pequeno e médio porte. No entanto o setor enfrenta uma série de problemas ambientais, econômicos e de qualidade dos produtos fabricados. Em 2000, o Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação (NORIE), pertencente ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), iniciou uma pesquisa visando identificar de forma qualitativa e quantitativa os impactos ambientais causados pelo processo produtivo de materiais de cerâmica vermelha, para o Estado do Rio Grande do Sul. Este trabalho analisa os dados coletados em uma pesquisa realizada em 40 indústrias de cerâmica vermelha de diferentes escalas (com produção de 20.000 a 1.500.000 peças/mês) e utiliza a metodologia de Análise do Ciclo de Vida para obter resultados relativos a recursos naturais, fontes energéticas, geração de resíduos sólidos e emissões gasosas, relacionados a cada fase do processo produtivo. Os resultados obtidos revelam os impactos causados pelas indústrias de cerâmica vermelha no Rio Grande do Sul, apontando os aspectos positivos e negativos do processo. São também obtidos dados quantitativos com relação à energia incorporada nos produtos, através de informações coletadas nas indústrias. / The Building Construction supply chain is characterized by a high consumption of raw materials and energy and a high production of waste; being responsible for a significant share in the global environmental impact. Although being large the availability of international literature on environmental impacts determined by building materials, the existing literature on such impacts in Brazil is very limited. This constitutes a barrier to determine the environmental impact of local building materials, and consequently the impact caused by buildings and the building sector. Ceramic products are in the roll of the most traditional construction materials used in Brazil, where there are about 11,000 industries, mostly small and medium sized. However, the sector is going through environmental, economic and product quality problems. In 2000, NORIE, a section of the Department of Civil Engineering Department at UFRGS (Federal University of Rio Grande do Sul), started a research project aiming at identifying quantitative and qualitative environmental impacts caused by ceramic bricks, blocks and tiles production, in the State of Rio Grande do Sul, south of Brazil. This research analyses the collected data on a survey performed at 40 ceramic industries, with different scales (producing from 20,000 to 1,500,000 bricks/month), and uses LCA methodology to obtain results related to material and energy consumption, as well as waste emissions in each process step. The obtained results reveal the environmental impacts caused by ceramic bricks, blocks and tiles industries in Rio Grande do Sul, pointing out positive and negative production aspects. In addition, it was possible to estimate the embodied energy of local ceramic materials through the collected data.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-12T19:16:29Z No. of bitstreams: 1 WANDERSON MAGNO PAIVA BARBOSA DE LIMA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 3865442 bytes, checksum: 6806587d90f466df06ed6f2d8853c1cc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-12T19:16:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WANDERSON MAGNO PAIVA BARBOSA DE LIMA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 3865442 bytes, checksum: 6806587d90f466df06ed6f2d8853c1cc (MD5) Previous issue date: 2017-09-01 / O processo de secagem consiste na remoção de umidade de um material através do aquecimento, envolvendo mecanismo simultâneo de transferência de calor e massa entre o material e o ar de secagem, sendo uma importante etapa na conformação de um material cerâmico e argiloso. Neste sentido, este trabalho objetiva a simulação da secagem de sólidos vazados e com forma arbitraria. Para descrever o processo de secagem de materiais porosos utilizou-se o método da capacitância global. A aplicação tem sido feita para a secagem de materiais cerâmicos afim de obter resultados cinéticos de perda de massa e calor dos mesmos. Foram simulados diferentes casos variando-se a forma do corpo, de onde obteve-se as cinéticas de secagem (perda da umidade) e aquecimento do sólido (aumento de temperatura). Observou-se que o processo de perda de umidade ocorre numa menor velocidade que o aquecimento do material cerâmico, pois a sua difusividade térmica é muito superior a difusividade de massa, e que o formato do sólido, particularmente a sua relação área/volume afeta fortemente os fenômenos de transporte de calor e massa. / The drying process consists of the removal of moisture from a material through heating, involving simultaneous heat and mass transfer between the material and the drying air, being an important step in the formation of a clay and ceramic material. In this sense, this work aims at simulating the drying of cast and cast solids. To describe the drying process of porous materials, the global capacitance method was used. The application has been made for the drying of ceramic materials in order to obtain kinetic results of loss of mass and heat of the same. Different cases were simulated by varying the shape of the body, from which the kinetics of drying (loss of moisture) and heating of the solid (temperature increase) were obtained. It was observed that the process of moisture loss occurs at a slower rate than the heating of the ceramic material, because its thermal diffusivity is much higher than mass diffusivity, and that the shape of the solid, particularly its area / volume ratio strongly affects The phenomena of heat and mass transport.

A cadeia produtiva da construção civil está associada a grandes consumos de matérias-primas e energia, além de ser uma das maiores geradoras de resíduo, sendo responsável por parcela significativa dos impactos ambientais a nível global. Embora seja vasta a disponibilidade de literatura internacional a respeito de impactos ambientais causados por materiais de construção, a bibliografia nacional ainda é limitada. Este fato constitui uma barreira na determinação dos impactos ambientais causados por materiais de construção locais, e conseqüentemente os impactos causados pelas edificações e pelo setor da construção. Os materiais cerâmicos estão entre os mais tradicionais empregados na construção civil no Brasil, onde existem aproximadamente 11.000 indústrias, principalmente de pequeno e médio porte. No entanto o setor enfrenta uma série de problemas ambientais, econômicos e de qualidade dos produtos fabricados. Em 2000, o Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação (NORIE), pertencente ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), iniciou uma pesquisa visando identificar de forma qualitativa e quantitativa os impactos ambientais causados pelo processo produtivo de materiais de cerâmica vermelha, para o Estado do Rio Grande do Sul. Este trabalho analisa os dados coletados em uma pesquisa realizada em 40 indústrias de cerâmica vermelha de diferentes escalas (com produção de 20.000 a 1.500.000 peças/mês) e utiliza a metodologia de Análise do Ciclo de Vida para obter resultados relativos a recursos naturais, fontes energéticas, geração de resíduos sólidos e emissões gasosas, relacionados a cada fase do processo produtivo. Os resultados obtidos revelam os impactos causados pelas indústrias de cerâmica vermelha no Rio Grande do Sul, apontando os aspectos positivos e negativos do processo. São também obtidos dados quantitativos com relação à energia incorporada nos produtos, através de informações coletadas nas indústrias. / The Building Construction supply chain is characterized by a high consumption of raw materials and energy and a high production of waste; being responsible for a significant share in the global environmental impact. Although being large the availability of international literature on environmental impacts determined by building materials, the existing literature on such impacts in Brazil is very limited. This constitutes a barrier to determine the environmental impact of local building materials, and consequently the impact caused by buildings and the building sector. Ceramic products are in the roll of the most traditional construction materials used in Brazil, where there are about 11,000 industries, mostly small and medium sized. However, the sector is going through environmental, economic and product quality problems. In 2000, NORIE, a section of the Department of Civil Engineering Department at UFRGS (Federal University of Rio Grande do Sul), started a research project aiming at identifying quantitative and qualitative environmental impacts caused by ceramic bricks, blocks and tiles production, in the State of Rio Grande do Sul, south of Brazil. This research analyses the collected data on a survey performed at 40 ceramic industries, with different scales (producing from 20,000 to 1,500,000 bricks/month), and uses LCA methodology to obtain results related to material and energy consumption, as well as waste emissions in each process step. The obtained results reveal the environmental impacts caused by ceramic bricks, blocks and tiles industries in Rio Grande do Sul, pointing out positive and negative production aspects. In addition, it was possible to estimate the embodied energy of local ceramic materials through the collected data.

Compósitos mesoporosos de ZrO2-CeO2 estão sendo desenvolvidos devido às suas excelentes propriedades morfológicas e estruturais, necessárias para várias aplicações, que incluem sensores de gás, catálise automotiva e ânodos de células a combustível de óxido sólido. Nesse trabalho foi desenvolvido um novo método de síntese sol-gel com template cooperativo utilizando o polímero tribloco P-123 e os cloretos de Zr/Ce como precursores dos óxidos. Foram sintetizados ZrO2-x(mol)%CeO2 com x = 50, 70 e 90% de CeO2, uma vez que esses materiais apresentam melhores características para aplicações catalíticas. Dois processos de calcinação diferentes foram testados (até 540 e 400ºC). O NiO (60% m/m) foi impregnado para que o material obtenha a condutividade eletrônica necessária para aplicação em ânodos de SOFC. Os resultados de difração de raios X indicaram sistemas cuja fase cristalográfica predominante é a cúbica tipo fluorita (a fase tetragonal é minoritária). Fase única cúbica foi obtida para 90% de CeO2 após a calcinação até 400ºC. Dentre as características morfológicas dos materiais calcinados até 540ºC, os resultados de adsorção/dessorção de N2, imagens de microscopia eletrônica e espalhamento de raios X a baixos ângulos apresentaram aglomerados cristalinos de ZrO2-CeO2, formando um sistema mesoporoso bicontínuo, aleatéorio e sem forma definida, homogêneo em composição, com área superficial intermediária (30-40 m2/g), com alta dispersividade de poros/partículas. A calcinação a 400ºC apresentou menor dispersividade, menor tamanho de poros e maior área superficial (> 100 m2/g). O recobrimento da matriz de ZrO2-CeO2 pelas nanopartículas de NiO é superficial, sem obstrução ou preenchimento dos poros. A partir da redução à temperatura programada, observou-se que independentemente do conteúdo de CeO2, a porcentagem de redução do Ce4+ foi maior e ocorreu a menores temperaturas (início da redução em 300ºC) do que o padrão de CeO2 (750ºC). Esse comportamento se repete com as amostras após a incorporação com NiO, que se reduz a Ni também em baixas temperaturas (320ºC). A atividade catalítica para conversão do CH4 em oxidação total foi similar para ambas temperaturas de calcinação, para 90% de CeO2, atingindo 50% de conversão de CH4 para ~ 540ºC. Nos experimentos de absorção de raios X in-situ, na borda K do Ni e na borda LIII do Ce, foi possível observar que todos os conteúdos de CeO2 são ativos para oxidação parcial e total de CH4, assim como decomposição do CH4 e oxidação do CO, que ocorreu em torno de 600ºC. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram que, materiais com alto conteúdo de CeO2, apresentam baixa resistividade, de 0,97 cm2 a 750ºC em atmosfera de 5% CH4/3\\%H2O/N2. Portanto, o material desenvolvido neste trabalho apresenta as melhores propriedades morfológicas, estruturais, elétricas e catalíticas relatadas na literatura para aplicações como ânodo de SOFC e catalisador, comparado a materiais similares relatados na literatura. / Mesoporous ZrO2-CeO2 composites are being developed due to their excellent morphological and structural properties, which are necessary for their use in several applications, including gas sensors, three way catalysts (TWC) and solid oxide fuel cells (SOFCs). In this work a new synthesis method was developed based on a template cooperative sol-gel approach, using the tri-block polymer P-123 and Zr/Ce chlorides as the oxides\' precursors. Since high cerium oxide quantities lead to better catalytic performance, the ZrO2-x(mol)%CeO2 were synthesized with x = 50, 70 and 90. Two different calcination processes were tested (until 540 and 400 ºC). NiO was impregnated in order to obtain enough electronic conductivity for their application as SOFC anodes. X-ray diffraction results showed that these systems are biphasic and crystallized preferentially into cubic fluorite type structure together with smaller quantities of the tetragonal zirconia-ceria phase. A 100% cubic phase was retained for 90% of CeO2 after 400 ºC calcination. Textural and morphological characteristics for 540ºC calcination evaluated from N2 sorption, electronic microscopy images and small angle X-ray scattering revealed a two-density (pores/particles) random crystalline clusters of mesoporous ZrO2-CeO2, with homogeneous composition, average superficial area (30-40 m2/g), high dispersivity of pores/particle sizes. Calcination until 400 ºC presented a narrower pore size distribution and smaller pores, with higher superficial area (> 100 m2/g). It was observed that NiO particles formed an uniform layer over the ZrO2-CeO2 without filling or blocking the zirconia-ceria pores. Temperature programmed reduction experiments showed that for all ceria contents the reduction percentage of Ce4+ species in the samples was higher and at lower temperatures (beginning of reduction at 300 ºC) than standard CeO2 (750 ºC). After NiO impregnation this behavior was similar, with NiO reducing at lower temperatures (320 ºC) as well. Catalytic activity for methane total oxidation reaction was similar for both calcination temperatures, for 90% CeO2, showing 50% of CH4 conversion around 540 ºC. Absorption X-ray in-situ experiments at Ni K-edge and Ce LIII-edge showed that all ceria contents are active for total and partial methane oxidation, CH4 decomposition and CO oxidation at 600 ºC. Electrochemical impedance spectroscopy measurements showed low resistivity for higher ceria content, 0,97 Ocm2 at 750 ºC in 5% CH4/3% H2O/N2 atmosphere. Resuming, the material developed in this work presents the best morphological, structural, electrical and catalytical properties for applications as SOFC anode and catalyst, compared to similar materials reported in the literature.

A questão ambiental é um tema muito importante em nossos dias, é por isso que muitas empresas têm interesse em valorizar seus resíduos, seja para minimizar custos ou para vender um produto que pode ser usado como matéria-prima em outras indústrias. O estabelecimento de uma legislação mais rigorosa sobre o destino final dos resíduos sólidos tem sido acompanhado, de uma progressiva rejeição das disposições tradicionalmente aceitas. Por isso é necessário estudar novas alternativas para a disposição de resíduos industriais e pesquisar algumas aplicações para transformá-los em materiais com um valor agregado. Este trabalho tem como objetivo estudar a incorporação de dois resíduos em massas cerâmicas: lodo gerado no processo de tratamento de esgoto doméstico e lama vermelha (resíduo do processo Bayer de produção de alumina). Além desses resíduos foram empregadas umas argilas que são usadas na fabricação de materiais de cerâmica vermelha. Tanto os resíduos como as argilas tiveram sua composição mineralógica caracterizada por difração de raios X (DRX) e composição química por fluorescência de raios X (FRX). Esses resíduos foram misturados com argila e foram produzidas massas cerâmicas para avaliar seu desempenho nas propriedades fundamentais (resistência mecânica à flexão, densidade aparente, porosidade e absorção de água). Os corpos de prova foram conformados por prensagem uniaxial (25 MPa, 60×20×~4 mm³), e foram estudadas várias composições e duas temperaturas de queima (950°C e 1050°C), temperaturas usuais de queima em produtos de Cerâmica Vermelha. Alguns dos resultados obtidos cumprem com os parâmetros exigidos para a fabricação de diferentes tipos de produtos cerâmicos como tijolos, telhas e revestimentos cerâmicos. / Nowadays the environmental protection is an important matter. For that reason many companies are concerned about giving value to their residues, either to minimize operation costs or to sell raw material to other industries. With more restrictive legislation about wastes management, the traditional disposals are being rejected. Therefore, it is necessary to study new alternatives of final disposal and research new applications to transform industrial wastes into added-value products. This work aims to study the incorporation of two industrial wastes in ceramic materials; sewage sludge from a municipal wastewater treatment plant and red mud (a by-product of the Bayer process to produce alumina). In addition to those residues, it was used two local clays that are usually incorporated in ceramic bricks. Both residues as well as the clay were characterized by X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF). The residues and the clay were mixed, and prismatic probes were conformed to evaluate their technological properties (bending resistance, bulk density, porosity and water absorption). The ceramic probes were pressed uniaxially (25 MPa, 60×20×~4 mm³) and two temperatures (950°C and 1050°C), normally used in traditional ceramic industry, were studied. Some of the results fulfill the required parameters for the fabrication of different kinds of ceramic products as bricks, roof tiles and floor tiles.