Neste trabalho, corpos cerâmicas de Ba( Til−xZrx )O3 com x = 0,05, x = 0,08 e x = 1, chamados BTZO5, BTZO8 e BZO100 respectivamente, foram preparados por duas rotas experimentais distintas (síntese no estado sólido e método Pechini) com o objetivo de se estudar os métodos de síntese e avaliar alterações nas propriedades elétricas e die1étricas das cerâmicas, devido, principalmente, a sua dependência com o tamanho médio de grão. Este tamanho foi determinado pelas técnicas de sedigrafia (sedimentação), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Para os compostos produzidos por síntese no estado sólido obtivemos um tamanho médio de partícula de 1 µm, enquanto que pelo método de Pechini pós com partículas nanométricos foram produzidos (∼50 nm). Análise térmica diferencial (DTA) dos compostos sintetizados apresentou uma drástica redução nas temperaturas ideais para calcinação − de 1200°C para 750°C − quando analisamos os pós de dimensões micrométricas e nanométricas, respectivamente. Compactos cerâmicos obtidos a partir desses pós foram sinterizados em forno elétrico de atmosfera aberta em diferentes condições experimentais de temperatura e tempo. As mais altas densidades foram: 97% para o BZO100, preparado por ambos os métodos, 97% para o BTZO MO e 95% para o BTZO Pechini. Para o BZO100 sintetizado pelo método de Pechini verificamos uma considerável redução nas temperaturas de sinterização, de 1420°C para 1250°C. A substituição de Zr na rede cristalina do BaTiO3 induziu uma diminuição na temperatura de transição ferro−paraelétrica (até 30°C para BTZO8) e não foi observada influência do tamanho de grão nas temperaturas de transição de fase estrutural do BTZO. Para o BZO100 verificamos uma maior energia de ativação relativa para processos condutivos na região de contorno de grão do Pechini (1,37±0,02)eV para (0,96±0,02)eV do MO. Também foi observado um acentuado aumento da permissividade elétrica relativa para temperaturas acima de 300°C, essa característica foi relacionada com processos que ocorrem nas regiões de grão e contorno de grão das cerâmicas. Os valores de permissividade elétrica relativa e de perda dielétrica foram determinados para todas as amostras em função da síntese, curvas de histerese foram obtidas para o BTZO / In this work, ceramics of Ba( Til−xZrx )O3 with x = 0,05, x = 0,08 and x = 1, called BTZO5, BTZO8 and BZO100 respectively, were prepared for two different experimental routes (solid state reaction and Pechini’s method) with the purpose of studying synthesis methods and evaluate alterations in eletric and dielectric ceramic properties, what is due, mainly, their dependence with grain average size. The sedigraph (sedimentation), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM) techniques were used to determinate this size. For the compounds produced by solid state reaction, the grain average size was 1 µm, while by Pechini’s method nanometrics particles powder were produced (∼ 50 nm). The thermal analysis of the synthesized compounds presented a reduction in the calcination temperature − from 1200°C to 750°C − when analysing micrometry and nanometric powders, respectively. The ceramics produced using these powders were sintered in electrically heated furnace for different experimental temperature and time conditions. The highest relative densities observed were: 97% for BZO100 prepared by both methods, 97% to BTZO MO and 95% to BTZO Pechini. It was verified considerable reduction in sintering temperature, from 1420°C to 1250°C, to the BZO100 synthesized by Pechini’s method. Replacing Zr in crystalline lattice of BaTiO3, induced temperature diminution of the phase ferro−paraelectric transition (until 30°C to the BTZO8) and it wasn\'t observed any influence of grain size in temperature of BTZO structural phase transition. It was verified a activation energy relative to BZOIOO in Pechini’s grain boundaries region (1,37 ± 0,02)eV to (0,96 ± 0,02)eV of MO. It was also observed accentuate increasing of the relative dielectric permittivity to temperature up 300°C. This characteristic was related to the grain region and grain boundaries region. The value of the relative permittivity and dielectric loss were determinated to all compositions and methods, and hysteresis loops were studied to the BTZO

Neste trabalho, corpos cerâmicas de Ba( Til−xZrx )O3 com x = 0,05, x = 0,08 e x = 1, chamados BTZO5, BTZO8 e BZO100 respectivamente, foram preparados por duas rotas experimentais distintas (síntese no estado sólido e método Pechini) com o objetivo de se estudar os métodos de síntese e avaliar alterações nas propriedades elétricas e die1étricas das cerâmicas, devido, principalmente, a sua dependência com o tamanho médio de grão. Este tamanho foi determinado pelas técnicas de sedigrafia (sedimentação), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Para os compostos produzidos por síntese no estado sólido obtivemos um tamanho médio de partícula de 1 µm, enquanto que pelo método de Pechini pós com partículas nanométricos foram produzidos (∼50 nm). Análise térmica diferencial (DTA) dos compostos sintetizados apresentou uma drástica redução nas temperaturas ideais para calcinação − de 1200°C para 750°C − quando analisamos os pós de dimensões micrométricas e nanométricas, respectivamente. Compactos cerâmicos obtidos a partir desses pós foram sinterizados em forno elétrico de atmosfera aberta em diferentes condições experimentais de temperatura e tempo. As mais altas densidades foram: 97% para o BZO100, preparado por ambos os métodos, 97% para o BTZO MO e 95% para o BTZO Pechini. Para o BZO100 sintetizado pelo método de Pechini verificamos uma considerável redução nas temperaturas de sinterização, de 1420°C para 1250°C. A substituição de Zr na rede cristalina do BaTiO3 induziu uma diminuição na temperatura de transição ferro−paraelétrica (até 30°C para BTZO8) e não foi observada influência do tamanho de grão nas temperaturas de transição de fase estrutural do BTZO. Para o BZO100 verificamos uma maior energia de ativação relativa para processos condutivos na região de contorno de grão do Pechini (1,37±0,02)eV para (0,96±0,02)eV do MO. Também foi observado um acentuado aumento da permissividade elétrica relativa para temperaturas acima de 300°C, essa característica foi relacionada com processos que ocorrem nas regiões de grão e contorno de grão das cerâmicas. Os valores de permissividade elétrica relativa e de perda dielétrica foram determinados para todas as amostras em função da síntese, curvas de histerese foram obtidas para o BTZO / In this work, ceramics of Ba( Til−xZrx )O3 with x = 0,05, x = 0,08 and x = 1, called BTZO5, BTZO8 and BZO100 respectively, were prepared for two different experimental routes (solid state reaction and Pechini’s method) with the purpose of studying synthesis methods and evaluate alterations in eletric and dielectric ceramic properties, what is due, mainly, their dependence with grain average size. The sedigraph (sedimentation), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM) techniques were used to determinate this size. For the compounds produced by solid state reaction, the grain average size was 1 µm, while by Pechini’s method nanometrics particles powder were produced (∼ 50 nm). The thermal analysis of the synthesized compounds presented a reduction in the calcination temperature − from 1200°C to 750°C − when analysing micrometry and nanometric powders, respectively. The ceramics produced using these powders were sintered in electrically heated furnace for different experimental temperature and time conditions. The highest relative densities observed were: 97% for BZO100 prepared by both methods, 97% to BTZO MO and 95% to BTZO Pechini. It was verified considerable reduction in sintering temperature, from 1420°C to 1250°C, to the BZO100 synthesized by Pechini’s method. Replacing Zr in crystalline lattice of BaTiO3, induced temperature diminution of the phase ferro−paraelectric transition (until 30°C to the BTZO8) and it wasn\'t observed any influence of grain size in temperature of BTZO structural phase transition. It was verified a activation energy relative to BZOIOO in Pechini’s grain boundaries region (1,37 ± 0,02)eV to (0,96 ± 0,02)eV of MO. It was also observed accentuate increasing of the relative dielectric permittivity to temperature up 300°C. This characteristic was related to the grain region and grain boundaries region. The value of the relative permittivity and dielectric loss were determinated to all compositions and methods, and hysteresis loops were studied to the BTZO

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-18T18:45:52Z No. of bitstreams: 1 ROBERTO ALVARES DE ANDRADE - TESE PPGEP 2009..pdf: 16622579 bytes, checksum: 3d27a2976f134c663977125e77248ac7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-18T18:45:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROBERTO ALVARES DE ANDRADE - TESE PPGEP 2009..pdf: 16622579 bytes, checksum: 3d27a2976f134c663977125e77248ac7 (MD5) Previous issue date: 2009-05-28 / A partir dos últimos trinta anos, a difusão da alvenaria estrutural com o emprego de blocos cerâmicos passou a exigir destes últimos a capacidade de absorver esforços mecânicos provenientes do peso próprio das edificações e das sobrecargas a elas transmitidas. As pesquisas para a viabilização desta nova função dos blocos cerâmicos não foram, até o presente momento, tão intensas a ponto de garantirem de forma efetiva o seu bom desempenho estrutural, e alguns problemas relacionados com as suas propriedades mecânicas e expansão por umidade (EPU) passaram a evidenciar a necessidade do aprimoramento das suas características. Foi com tal propósito que nesta tese se desenvolveram algumas investigações voltadas à detecção de novos parâmetros que aumentassem o acervo de conhecimento da EPU e das propriedades mecânicas dos blocos cerâmicos e, em tal direcionamento, partiu-se de informações da literatura técnica relativas ao efeito benéfico dos óxidos de cálcio e de magnésio incorporados às massas tomadas como matérias-primas dos blocos cerâmicos. Os resultados obtidos com corpos-de-prova autoclavados permitiram o confronto das suas características atuais com aquelas projetadas para o término da sua vida útil. Estudos para constatar eventuais minimizações da EPU e controle da resistência mecânica de corpos cerâmicos de vedação foram desenvolvidos com o emprego das massas das Cerâmicas ditas "A" e "B", as quais foram manipuladas de forma idêntica. Os teores diferenciados da incorporação feita a cada uma das citadas massas dos carbonatos empregados, a saber, os carbonatos de cálcio e de magnésio, foram calculados com o propósito de gerarem idênticos teores de óxidos após o desprendimento do dióxido de carbono ao longo do ciclo da queima. Os resultados obtidos evidenciaram, para os blocos obtidos ao longo de ciclo de queima entre 850-1000°C, uma redução universal da EPU decorrente da ação do carbonato de cálcio, e uma discreta tendência da sua redução decorrente da adição do carbonato de magnésio; tais reduções de EPU se deveram à formação de fases cristalinas desencadeadas pela ação dos referidos carbonatos. O maior valor de perda de massa, o surgimento da brucita, e os elevados valores de absorção de água decorrentes das adições magnesianas justificaram as menores reduções, ou ausência de reduções, de EPUs delas decorrentes. Quando as duas citadas massas foram manipuladas sem adições, aquela com maior teor de argila apresentou valores mais elevados de EPU, o que se explica, já que a maior quantidade de argila forma maior quantidade de fase vítrea. As adições utilizadas intervieram não só na EPU como também nas propriedades cerâmicas dos corpos-de-prova analisados. As adições calcárias e magnesianas, de forma quase absoluta, tenderem ao aumento das absorções de água, e, quanto à interferência no aumento da resistência mecânica, marcante foi a grande suscetibilidade ao teor "médio" (16,3%) de adição magnesiana associado à temperatura de queima de 1000°C, situação em que a tensão de ruptura à flexão, tanto para a Cerâmica "A" quanto para a Cerâmica "B", apresentou valores desproporcionalmente superiores àqueles relativos a temperaturas de queima inferiores a 1000°C, fato provavelmente devido à efetiva presença da enstatita e da ringwoodita a esta temperatura de queima. / The use of ceramic blocks in structural masonry since the last thirty years has demanded their capacity of absorbing mechanic efforts resulting from the own weight of building and respective overloads. Researches intended to make possible the new performance of ceramic blocks have not been intensive enough to definitively assure a good structural performance, and some problems concerning their mechanic properties and moisture expansion have shown the need of deeply improve their characteristics. Aiming at that purpose, this doctoral thesis has developed some investigations to identify new patterns that may contribute to increase the knowledge of moisture expansion and mechanic properties of ceramic blocks. To achieve that purpose, we started from information provided by technical literature concerning the good effects of calcium oxide and magnesium oxide incorporated to the rawmaterials of ceramic blocks. Results obtained from the autoclaved specimens have shown the differences between their present characteristics and those expected to be at the end of their working life. Researches to confirm possible moisture expansion minimizations and control of mechanic resistance of packing ceramic bodies have been carried out by using ceramic masses called "A" and "B", handled alike. Different contents of the carbonate used, such as calcium and magnesium carbonates, have been estimated, with the purpose of providing the same oxide contents after the carbon dioxide exit, along the firing cycle. Blocks obtained during a firing cycle between 850-1000°C show a universal moisture expansion decrease resulting from the action of calcium carbonate and a strong trend of its decrease resulting from the addition of magnesium carbonate. Such moisture expansion decreases resulted from the crystalline stages developed by the activity of those carbonates. The highest rate of mass loss, ocurrence of brucite and high rates of water absorption resulting from the addition of magnesium carbonate justify shorter decreases or even non-reduction or moisture expansion resulting therefrom. When both masses were handled without additions, the one with higher rate of clay showed higher moisture expansion values, since a higher rate of clay responsible for higher quantity of vitreous phases. Added material interfered both in moisture expansion and in the ceramic properties of observed specimens. Remarkable was the high susceptibility of the medium content (16.3%) of magnesium carbonate addition interfering in the increase of mechanical resistance, joined to the firing temperature at 1000°C, and acording to this tendency, rupture tension, in both Ceramics "A" and "B", showed disproportionably higher figures relative to firing temperatures under 1000°C. This fact is probably due to the effective presence of enstatite and ringwoodite at this firing temperature.