Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Jose Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T08:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sotero_AnnaPauladaSilva_D.pdf: 5591978 bytes, checksum: facb394156f11ef20e8b46319d5225bc (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho descreve a obtenção e caracterização de filmes finos e ultra-finos de óxido (SiO2) e oxinitreto de silício (SiOxNy)em sistema "home-made"de plasma remoto (RP) de baixa temperatura. O sistema RP, com gerador de microondas de 2.45GHz e potência de saída de 6OOW,permite a formação de filmes tanto por processos de deposição (RPCVD) como pelo processo de oxidação (RPO). Os filmes foram caracterizados por elipsometria, perfilometria, por taxa de decapagem, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), por espectrometria de absorção de intra-vermelho (FTIR), por espectrometria de fotoelétron de raios-x (XPS), por espectrometria de massa do íon secundário SIMS), medidas de capacitância versus tensão (C-V) e medidas de corrente versus tensão (1-V). As espessuras dos filmes produzidos variaram de 3nm a 160nm, as densidades de carga efetivas entre 1.7xl010/cm2eT5xlp12/cm2 e o campo de ruptura dielétrica foi de até 18.3MV/cm...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: This work describes the formation and the characterization of thin and ultra-thin silicon oxide (SiO2) and oxynitride (SiOxNy) films formed by a home-made low temperature remote plasma system (RP). In this system, a 6O0W, 2.45GHz microwave generator, allows the formation of films by deposition (RPCVD) and oxidation (RPO) processes. The films were characterized by ellipsometry, profilometry, etching rate, transmission electronic microscopy (TEM), fourier transform infrared spectrometry (FTIR), x-ray photoeletron spectrometry (XPS), secondary ion mass spectrometry (SIMS), capacitance versus voltage (C-V) and current versus voltage (I-V) measurements. The films presented thicknesses ranging trom 3nm to 160nm, effective charge densities ranging ITom 1.7xlOlO/cm2to 2.5xlO12/cm2and dieletric breakdown fields of 18.3MV/cm...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T10:05:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zanin_HudsonGiovani_M.pdf: 3301666 bytes, checksum: 22536873a4dfcbe671296b78145e6dda (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Foi projetado e construído um reator para sintetização de filmes diamantíferos tubulares, por processo de deposição química a partir da fase vapor assistido por filamentos quentes (também conhecido como processo HFCVD - "Hot Filament assisted Chemical Vapor Deposition"). Obtiveram-se filmes de alta homogeneidade com a manutenção do substrato em rotação durante o crescimento. O torque para a rotação ocorre por acoplamento magnético de ímãs posicionados no suporte do substrato e ímãs montados em sistema externo ao reator, mantidos em rotação por um pequeno motor elétrico. Os materiais usados como substratos poderão ter secção de corte transversal circular, quadrada, triangular ou outra qualquer. No caso dos substratos serem ocos (caso mais comum) a temperatura é medida no interior do substrato durante o crescimento, sendo útil para determinar o tipo de material diamantífero que se pretende sintetizar: diamante, DLC (Diamond Like Carbon), carbono amorfo, diamante micro e nanocristalino, etc. São apresentados resultados de crescimento de filmes sobre tubos cilíndricos de quartzo e análise dos mesmos por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia Raman. / Abstract: A hot-filament chemical vapor deposition system was designed and built to grow diamond thin films. This system fed with ethanol highly diluted in hydrogen was employed to deposited diamond layers onto quartz tubes with diameters of 6 mm and length of 10 cm. High uniformity microcrystalline diamond films were obtained thanks the maintenance of the substrate in rotation during growth process. The rotation of the substrate was carried out by magnetic coupling of magnets positioned into support of the substrate and magnets mounted in the system held in rotation by a small electric motor outside of the reactor. The temperature of the substrates was measured inside of them during the growth process. The control of the temperature is useful to determine the type of material that is intended to synthesize: micro and nanodiamond, Diamond Like Carbon (DLC), amorphous carbon and so on. This work presents the results of these growths and their characterization by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T19:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Amstalden_JoaoFidelis_D.pdf: 10045945 bytes, checksum: 850c3aa4262719006b49b11b99416781 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O objetivo principal do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo de simulação de reações químicas na fase gasosa e de interface gás/superfície, para tanto foram estudados alguns modelos matemáticos utilizados na simulação de fluxos de fluidos e de reações químicas. Essas reações são comuns em uma série de processos de tratamentos tecnoquímicos como por exemplo cementação, nitretação e CVD (deposição química a partir da fase vapor). O modelo desenvolvido enfatiza as chamadas soluções baseadas nos métodos de Monte Carlo, mais precisamente nos modelos que utilizam a cinemática molecular (distribuição de Maxwell), conhecidos como DSMC (Direct Simulation Monte Carlo). Um grande número de publicações sugere esse método como uma potente ferramenta para o estudo da cinemática gasosa em sistemas que apresentam um estado de não equilíbrio técnico e químico, assim como sua aplicação na interação entre atmosfera gasosa e superfícies sólidas. Tal método é particularmente útil nos casos de simulação de sistemas transientes nos quais diversas espécies moleculares estão presentes na composição da atmosfera e na superfície. O modelo desenvolvido foi aplicado na simulação de processo de deposição de filmes de diamantes através da técnica CVD / Abstract: The research concems to the deveJopment of a seJf consistent simuJation model based on Monte Cado methocl able to simulate gas-solid interaction with special application to thin film growth processes. This kind of gas-solid interaction problems are common in a wide range of manufacturing processes such as carburizing and CVD. The chemical reactions in the gas phase, and the chemical reactions at the solid surface are simulated by the DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) method. The simulations are performed by assuming different concentration of molecular species in the gas atmosphere and surface. The surface is assumed to be in non equilibrium temperature with the gas temperature. The results provide profiles of the gas composition in the working temperature and the profile of the film grown on the surface, under non-equilibrium conditions, along the simulation time. Comparisons have been made with models characterized by another approach, in order to test the mathematical model / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Filmes de carbeto de silício, SiC, cristalinos foram depositados sobre peças de mulita por meio da técnica de deposição química por vapor (CVD) a pressão atmosférica. As características da superfície do substrato determinam se o filme será denso ou poroso, enquanto a temperatura define a cristalinidade e a taxa de nucleação para formação do filme. Durante os procedimentos de preparação do substrato de mulita para a deposição do filme, observou-se o fenômeno da formação de whiskers de mulita quando adicionados 3%mol de terras raras a peça. O fenômeno de crescimento destes whiskers foi sistematicamente estudado para sua caracterização e compreensão do mecanismo de formação. A adição de terras raras promoveu um abaixamento na temperatura de mulitização e a formação de whiskers com uma composição cuja razão alumina / sílica é de 1,3, uma das mais baixas observadas. / Crystalline silicon carbide, SiC, films were deposited on mullite by atmospheric pressure chemical vapor deposition (CVD) method. The characteristic of substrate surface determinate if the film will be dense or porous, while the deposition temperature defines its crystalinity and nucleation rate in film formation. During the mullite substrate preparation process for film deposition, it was observed a whisker formation phenomenon when the piece was doped with 3%mol of rare earth. The growth phenomenon of these whiskers was studied systematically to its characterization and comprehension of its formation mechanism. The addiction of rare earth promote a reduction in mullitization temperature and the formation of whiskers with a composition that alumina / silica ration was 1.3, one of the lowest one ever observed.

Como conseqüência à necessidade de desenvolver-se projetos cada vez mais otimizados em termos de custos e desempenho, existe uma crescente utilização de aços com melhores características, adequadas a uma ampla variedade de aplicações. Embora em relação ao grande número de projetos de elementos mecânicos realizados com sucesso as falhas mecânicas sejam mínimas, o custo envolvido com a ocorrência das mesmas é enorme. Dentre os diversos modos de falha em metais, a falha por fadiga tem uma especial importância por ser responsável por 50 a 90% das ocorrências sendo que a maioria destas falhas ocorre de forma inesperada. O principal objetivo deste trabalho é explorar a utilização do aço SAE 4340, em uma aplicação anteriormente restrita aos aços ferramenta, e estudar a efetividade da deposição de nitreto de titânio quanto ao aumento da vida em fadiga deste aço. O projeto de experimento desenvolvido para o presente trabalho considera o teste de corpos-de-prova nos estados recozido, temperado / revenido e temperado / revenido e revestido por TiN. Como resultado, são obtidas as curvas S - N para cada condição, sendo possível estudar a aplicabilidade do aço SAE 4340 e a tendência de aumento da vida em fadiga para os corpos-de-prova revestidos.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de ferramentas cerâmicas de SiA1ON aditivado com AlN, Al2O3, Ce2O3 e Y2O3 e revestidas com filme de diamante por CVD para a usinagem de compósito carbono-carbono 2D. Numa primeira etapa, foram confeccionados corpos de prova através de sinterização à pressão atmosférica, caracterizados em seguida quanto às suas propriedades físicas (fases presentes, microestrutura e massa específica) e mecânicas (microdureza e tenacidade à fratura). Posteriormente à etapa de caracterização, foram produzidas ferramentas de corte a partir desses materiais em dimensões padronizadas e revestidas com diamante. Finalmente as ferramentas foram testadas na usinagem do compósito carbono-carbono 2D. A relevância dos compósitos de carbono-carbono (C/C) deve-se a algumas de suas propriedades como: elevadas resistências à ablação e ao choque térmico, boa resistência mecânica, alta rigidez, inércia química e baixa massa específica. Entretanto, os custos associados às etapas de fabricação deste material são muito elevados. Em face de suas propriedades interessantes em altas temperaturas, crescem as aplicações dos compósitos C/C nas indústrias aeronáuticas, aeroespaciais, nuclear, biomédicas e automotivas, e também a necessidade do aprimoramento do seu processo de usinagem. Porém, devido ao seu caráter estratégico, escassa literatura sobre sua usinabilidade, e por ser este material de difícil usinabilidade (devido à grande abrasão das fibras de carbono), torna-se muito importante um estudo da sua usinabilidade desse material. Nos ensaios de usinagem, foram utilizados parâmetros de corte variados para avaliar sua influência no comportamento das ferramentas. Foi utilizada também uma ferramenta comercial sem revestimento para efeito de comparação com uma das ferramentas produzidas, também sem o revestimento. Após os ensaios ficou evidente que as ferramentas cerâmicas sem revestimento, tanto a comercial como a desenvolvida, não suportaram a ação abrasiva do compósito, apresentando altos valores de desgaste para reduzidos tempos de usinagem. Em contrapartida, as ferramentas revestidas apresentaram bom desempenho, com baixos níveis de desgaste para longos períodos de usinagem. As novas ferramentas de SiA1ON revestidas com diamantes desenvolvidas neste trabalho apresentaram um bom desempenho na usinagem do compósito carbono-carbono 2D, com baixos níveis de desgastes permitindo uma vida maior de que as ferramentas se revestimento ( cerca de 41 vezes) alcançando longos comprimentos usinados (7000 m) em altas velocidades de corte.

Neste trabalho, os primeiros filmes de diamante não dopados e dopados com boro foram crescidos sobre substratos de CVR, pela técnica HFCVD, apresentando suficiente adesão para manipulação e ensaios eletroquímicos. Os filmes de diamante foram caracterizados quanto à morfologia e à qualidade cristalina utilizando-se as técnicas de MEV e espectroscopia de espalhamento Raman, respectivamente. A técnica de difração de raios X foi também utilizada para se caracterizar os substratos e os filmes obtidos. A deposição dos filmes em toda a extensão destes substratos tridimensionais, que apresentavam profundidades superiores a 4 mm, visou a obtenção de eletrodos de diamante com alta área superficial. Desta forma, ênfase foi dada aos estudos de variação de parâmetros de crescimento do diamante para maximizar a profundidade de obtenção desses filmes e conseqüentemente obter total cobertura do substrato poroso. A relação entre as propriedades dos substratos, produzidos a diferentes temperaturas de tratamento térmico, e as características morfológicas, qualitativas e eletroquímicas apresentadas pelos filmes, também foi explorada. Para a caracterização eletroquímica foi utilizada a técnica de voltametria cíclica. Estes dados foram importantes para se comparar os eletrodos, com concentração de boro em torno de 1019 átomos.cm-3, em relação aos eletrodos de diamante já amplamente estudados. A faixa de potencial de trabalho em meio aquoso (KCl e H2SO4), a área superficial eletroquímica específica e a reversibilidade do sistema em solução com par redox Fe(CN)63-/4- para os eletrodos de diamante/CVR e de CVR também foram investigadas.

Biomateriais nanoestruturados são promissores pelo fato de apresentarem similaridades com componentes nanoestruturados de matriz extracelular. Nanotubos de carbono de múltiplas paredes (MWCNT) possuem um grande potencial para aplicações biomédicas devido às suas propriedades únicas, tais como, condutividade elétrica, alta estabilidade química, alta resistência mecânica e facilitação para incorporação de grupos funcionais para produção de arcabouços para sustentação celular. Os objetivos deste trabalho são: 1) crescimento de MWCNT alinhados sobre diferentes substratos bidimensionais (silício, vidro e titânio) e tridimensional (fibras de carbono) usando deposição química via fase vapor (CVD) assistido por microondas; 2) modificação superficial de MWCNT verticalmente alinhados usando tratamento a plasma CVD por corrente DC pulsada; e 3) testes de biocompatibilidade in vitro. São avaliadas influência do tipo do catalisador, a densidade dos MWCNT e as modificações superficiais foram avaliadas. Foram mostradas as interações dos MWCNT alinhados e quatro linhagens de células (L-929, C57/BL6, C57/BL6-GFP e SaOS-2). A não toxicidade, viabilidade celular, proliferação e adesão celular são avaliadas por: (1) teste de brometo de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il) 2,5 difeniltetrazolio; (2) teste de liberação de lactato desidrogenase; (3) teste de incorporação do vermelho neutro; (4) técnica de microscopia eletrônica de varredura; e (5) testes de microscopia de fluorescência. As estruturas de MWCNT alinhados revelaram que um íntimo contato entre as estruturas das células e a nanotopografia é decisiva para garantir a bioatividade e eficiência no crescimento e espalhamento celular sem produzir efeitos citotóxicos. A superhidrofilicidade é fundamental para acelerar as ligações celulares estimulando a proliferação, e consequentemente, formando rapidamente monocamadas celulares, se comparados às superficies hidrofóbicas. Estes resultados de eficiência no espalhamento, crescimento e proliferação celulares apresentados pelos MWCNT alinhados são muito importantes para o desenvolvimento de nanobiomateriais em regeneração de tecidos.

Os eletrodos de filmes de diamante CVD dopados com boro crescidos sobre silício apresentam propriedades eletroquímicas e morfológico-estruturais favoráveis para serem utilizados em diferentes aplicações. Neste trabalho, apresenta-se a pesquisa desenvolvida na elaboração destes eletrodos, assim como, sua caracterização através de diversas técnicas eletroquímicas e de análise de superfície. Os eletrodos de diamante apresentaram uma superfície uniforme contendo grãos facetados, cujo tamanho é de aproximadamente 2-3 mm. A espectroscopia Raman mostrou uma diminuição da intensidade da linha característica do diamante em 1332 cm-1 e seu deslocamento para menores energias quando se aumenta o nivel de dopagem. Simultaneamente, surgem duas bandas em 460 cm-1 e 1220 cm-1 devido ao aumento da incorporação de boro na rede cristalina. Verificou-se um aumento do stress nos filmes quando se aumenta a incorporação de boro na rede, medido através de espectroscopia Raman. Filme de diamante altamente dopado apresentou uma resistividade 6 vezes menor em relação ao filme levemente dopado. As análises de deteção de recuo elástico e de Mott-Schottky apresentaram um aumento do número de átomos de boro nos filmes de diamante quando se aumenta o nível de dopagem. Através da análise XRD Sincrontron pode-se constatar a presença de WC em todos os filmes e que o tamanho de cristalito obtido é 2 ordens de grandeza menor que os observados por MEV. Foi verificado, também, uma menor concentração de defeitos para o eletrodo de 6000 ppm B/C. O eletrodo de diamante exibiu uma faixa de potencial de utilização em torno de 3,0V em eletrólitos aquosos e apresentou um comportamento fotocorrente-voltagem típico de um semicondutor tipo-p. Foram confirmadas as características de quase-reversibilidade através do estudo com as sondas eletroquímicas, indicando uma cinética de reação de transferência de carga mais veloz utilizando a solução de ferrocianeto e o eletrodo de 5000 ppm B/C. Foi verificado, também, através do estudo do pH, que a superfície do diamante não é tão inerte quimicamente, sofrendo interações, dependendo do meio.

Neste trabalho, filmes finos de diamante dopados com boro foram crescidos sobre substratos de liga de titânio (Ti6Al4V) com áreas superiores a 12 cm2, pela técnica CVD assistida por filamento quente. Ênfase no crescimento de diamante em substratos perfurados foi dada para se aumentar a área superficial além de promover um melhor fluxo do eletrólito na utilização destes eletrodos para tratamento de efluentes. Nos substratos perfurados, os filmes foram crescidos em ambos os lados. Os filmes de diamante dopados foram caracterizados quanto à morfologia e à qualidade cristalina utilizando-se as técnicas de MEV e espectroscopia de espalhamento Raman, respectivamente. As técnicas de EDX, de difração de raios-X e difração de raios-X em ângulo rasante foram também utilizadas para se caracterizar os substratos e as possíveis transformações ocorridas nos mesmos, como a formação de uma intercamada de carbeto de titânio. Na caracterização eletroquímica foi utilizada a técnica de voltametria cíclica e os resultados foram comparados com os de eletrodos de diamante/Si, já estudados em níveis de dopagem similares. Estes dados foram importantes para se analisar a repetibilidade e reprodutibilidade de tais eletrodos, incluindo a faixa de potencial de trabalho em meio aquoso do eletrodo de diamante/Ti6Al4V e a atividade eletroquímica para filmes com concentração de boro em torno de 1019 átomos.cm-3. Esta atividade eletroquímica foi estudada em diferentes eletrólitos: HCl, HNO3, H2SO4, KCl, KNO3 e Na2SO4. O comportamento quase-reversível do sistema redox Fe(CN)63-/4- nos eletrodos produzidos também foi investigado.O estudo da oxidação de compostos orgânicos foi feito utilizando-se os eletrodos de diamante/Ti6Al4V como anodo na eletrólise de uma solução de fenol, tido como um composto orgânico aromático padrão, e também um composto não-biodegradável e muito tóxico. A oxidação eletroquímica foi observada utilizando-se as técnicas de CLAE e COT no monitoramento das eletrólises. Por meio destas técnicas pôde-se acompanhar a queda da concentração de compostos orgânicos, identificar e quantificar alguns compostos resultantes das etapas do processo de oxidação. Desta forma, foi determinada a eficiência dos eletrodos de diamante nesta aplicação. Os resultados foram comparados com dados existentes na literatura, provenientes de experimentos em condições semelhantes com eletrodos de outros materiais ou eletrodos de diamante produzidos por outros grupos.