Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4467.pdf: 16875412 bytes, checksum: a9b98090af34e136764245e2a2eb5e6a (MD5) Previous issue date: 2012-06-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / The structure and morphology of polymers and consequently their properties are dependent on the processing conditions. During the blown film process, high shear and elongational flows can induce a preferred orientation of the polymer chains; controlling the process conditions, it is possible to obtain films with anisotropic properties. Polymeric nanocomposites have attracted industrial and scientific interest due the possibility of obtaining materials with improved thermal, mechanical, and permeation properties by the addition of small contents of inorganic fillers. This dispersed phase can also be affected by the processing conditions and also develop a preferred orientation, and influence the three-dimensional structure of the composite and its properties. In this work, the influence of the nanoparticle s (NPs) shape and processing conditions on the structure (with emphasis on the orientation characteristics) of polyamide 6 (PA6) nanocomposites blown films was evaluated, by the incorporation of an one-dimensional NP (halloysite HNT, with a hollow tubular structure) and a two-dimensional NP (montmorillonite MMT, with lamellar structure) to the polymeric matrix. Using a constant NP content (fixed above the theoretical percolation threshold) and evaluating the presence or absence of the NP s superficial treatment, blown films were obtained in four different processing conditions, varying the take-up and blow-up ratios (TUR and BUR, respectively) and using a fixed mass flow. Unexpectedly, all the films exhibited a preferred orientation of the crystalline lamellae along the normal direction, i.e., along the film thickness, independently of the processing conditions. This behavior was explained by the cooling conditions and initial preferred orientation of the polymer chains in the annular die exit. On the other hand, the NPs presented a preferred orientation along the flow direction and were well distributed and dispersed through the matrix. The film s thermal dynamicviii mechanic, tensile, permeation and optical behaviors were consistent with the structure observed and significant improvements of these properties were achieved for the films of organically treated HNT and MMT PA6 nanocomposites. Regarding the NP s shape, greater aspect ratio and surface area, in the presence of good interfacial interactions, promoted a greater efficiency of reinforcement. / A estruturação e morfologia de materiais poliméricos e, consequentemente suas propriedades, são dependentes do tipo de processamento. Na obtenção de filmes tubulares, o polímero é conformado sob altas taxas de deformação em fluxos cisalhantes e elongacionais, gerando uma orientação preferencial das cadeias poliméricas, podendo-se controlar a anisotropia de propriedades através das condições de processamento. Nanocompósitos poliméricos vem despertando grande interesse industrial e cientifico pela possibilidade de se obter materiais com propriedades térmicas, mecânicas e de permeação superiores, através da adição de pequenas quantidades de cargas inorgânicas. Essa fase dispersa também pode ser afetada pelas condições de processamento e também desenvolver uma orientação preferencial, influenciando na estruturação tridimensional do compósito e em suas propriedades. Nesse trabalho avaliou-se a influencia da geometria da nanocarga e das condições de processamento na estruturação (com ênfase nas características de orientação) de filmes tubulares de nanocompósitos de poliamida 6, incorporando-se uma nanocarga unidimensional (haloisita - HNT, com formato tubular oco) e uma bidimensional (montmorilonita - MMT, com formato lamelar) à matriz polimérica. Utilizando-se um teor de nanocarga fixo, acima do limite de percolação teórico, e avaliandose a influencia da presença ou não de tratamento superficial de organofilização, foram obtidos filmes tubulares em quatro diferentes condições de processamento, variando-se as razões de estiramento e sopro, a uma vazão constante. Inesperadamente, os filmes apresentaram uma orientação preferencial das lamelas cristalinas ao longo da direção normal, ou seja, da espessura do filme, independentemente da condição de processamento. Esse resultado foi explicado pelas condições de resfriamento e orientação inicial das cadeias poliméricas na saída da matriz anelar. As nanocargas, por sua vez, se orientaram na direção do fluxo e apresentaram uma boa dispersão e distribuição pela matriz. Os comportamentos térmico dinâmico-mecânico, mecânico sob tração, de permeabilidade e ótico dos filmes foram coerentes vi com essa estruturação, verificando-se melhorias significativas de desempenho para os filmes de nanocompósitos de HNT e MMT tratados organicamente. Com relação à geometria da nanocarga, maiores razão de aspecto e área superficial, na presença de boas interações interfaciais, promoveram uma maior eficiência de reforço.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4579.pdf: 18742148 bytes, checksum: 1608773daed18a47b7aa9187cd4ea6b5 (MD5) Previous issue date: 2012-08-09 / The aim of this work is to conjugate a sort of known processing techniques in to a machining chips recycling route. These are generate during airframe primary parts from AA 7050-T7451, purchased according to AMS 4050H. The main processes assessed in this work were sprayforming, thermomechanical processes and heat treatments. According to the gathered data, the homogenization heat treatment after sprayforming has improved the investigated material properties significantly. The use of hot torsion test was fundamental in order to define the best processing route in order to define a refined microstructure. Beside the hot torsion tests survey, a methodology of experimental data treatment and analysis was developed and used accordingly. And based on these analyses, a new extrusion matrix was designed and manufactured. The new average grain size about 4.0 m obtained has presented good correlation with the size predicted by the method developed. Tensile test data has presented higher than the values specified in AMS 4050 H. Preliminary fatigue data has showed a dispersion within the MMPDS-06 (former MIL-HDBL-5), for similar testing condition, and fulfill the AMS 4050H fatigue requirements. / O objetivo deste trabalho é avaliar a conjugação de técnicas conhecidas de processamento para a definição de uma rota de reciclagem de cavacos de usinagem. Estes são gerados durante a manufatura de peças primárias a partir de placas da liga de alumínio 7050-T7451, adquiridas conforme AMS 4050H. Os principais processos utilizados nesta rota de reciclagem dos cavacos foram: refusão por conformação por spray, processamentos termomecânicos e tratamentos térmicos. O tratamento térmico de homogeneização antes da extrusão e a solubilização antes do envelhecimento melhorou significativamente a resposta do material ao tratamento térmico. A utilização do ensaio de torção a quente foi fundamental para definir a melhor condição de processamento para a obtenção de uma microestrutura refinada. Juntamente com os ensaios de torção a quente, uma metodologia de tratamento e análise dos dados de torção a quente foi desenvolvida. Baseado nos dados obtidos, uma nova matriz de extrusão foi projetada. O tamanho médio de grão de 4,0 m que foi obtido apresentou boa correlação com as análises do ensaio de torção a quente, para condições semelhantes de processamento. Os resultados obtidos durante a realização dos ensaios mecânicos de tração apresentaram resultados superiores aos especificados na AMS 4050 H. Da mesma forma, os dados preliminares de fadiga do material, mostraram que os dados obtidos estão na mesma nuvem de dispersão dos dados do MMPDS-06 (antigo MIL-HDBK-5), para condições semelhantes de ensaios, e atende aos critérios de fadiga da AMS 4050 H.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4599.pdf: 7979875 bytes, checksum: c0d9aa4bd13372cd7a30237ebacff3e0 (MD5) Previous issue date: 2012-07-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / The use of fused alumina-zirconia and mullite-zirconia eutectic aggregates can be an interesting choice to toughening high alumina castables, in order to produce good thermal shock damage resistant material. As a remarkable characteristic, the applying of such aggregates results in high fracture energy values, as a consequence of complex crack propagation process through the eutectic microstructure. However, the understanding of the relation between fracture energy and thermal shock damage requires special care, eventhough such relation is prospected by very know mathematical models. This is because the correct choice of sample dimentions showed to be very important to find relations between Hasselman s R -parameter and the experimental resistance to thermal shock The general results have indicated that the materials of the highest fracture energy values presented the highest thermal shock damage resistance. It was also verified that a high amount of aggregates in the castables did not produce reiforced microstructures, but more flexible materials, in a sense that the material s tolerance to crack opening had increased. This result is considered important because it shows that aggegates may play other roles besides the conventionaly known ones. / O uso de agregados eutéticos eletrofundidos de mulita-zircônia e alumina-zircônia pode ser uma interessante alternativa para a tenacificação de concretos refratários de elevado teor de alumina, com o objetivo maior de se produzir um material com elevada resistência ao dano por choque térmico. Como uma marcante característica, a incorporação desses agregados resulta em elevados valores de energia de fratura, sendo esta uma consequência do complexo processo de propagação de trincas através da microestrutura eutética. Porém, a relação entre energia de fratura e a resistência ao dano por choque térmico, embora contemplados por modelos matemáticos bem conhecidos, requer um olhar cuidadoso. Isto porque, na investigação realizada sobre a relação entre o parâmetro R de Hasselman com a resistência ao dano por choque térmico experimental, percebeu-se que a escolha correta das dimensões do corpo de prova era fundamental. Os resultados indicaram que, de modo geral, os materiais de elevada energia de fratura apresentaram maior resistência ao dano por choque térmico. Também, foi verificado que um maior teor de agregados nos concretos não proporcionou uma microestrutura mais reforçada e sim um material de maior flexibilidade, no sentido do material ter se tornado mais tolerante à abertura de trinca. Este resultado foi muito importante para se mostrar que agregados podem cumprir outros papéis, além daqueles conhecidos convencionalmente em termos de tenacificação.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4636.pdf: 4081013 bytes, checksum: 43647aa9920214a912b94ee9ef6ce97a (MD5) Previous issue date: 2007-12-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this work was to determine the microstructure and the mechanical properties of a spray formed Al-Si 380 alloy in different conditions as follow: co-injection of particles containing intermetallic phases, extrusion and heat treatment in the deposits. The wear resistance was also evaluated. The microstructure was determined as a function of two different composition applied in the co-injection, two processing routes (spray formed with or without extrusion) and two heat treatment condition (present or not). The composition of the co-injection particles was selected aiming to improve the formation of α-Al(Fe,Mn)Si instead of β-Al(Fe,Mn)Si intermetallic, with Thermocalc program. The microstructure of the deposit was characterized by scanning electron microscopy (SEM) coupled with microanalysis (EDS) and the length of the needle-like phases (-Al(Fe,Mn)Si) was measured. The processing condition that formed the smallest average length of the -Al(Fe,Mn)Si was extruded and heat treated. An extra heat was processed with Mg addition in order to improve the precipitation hardening. The samples were tested in tension at room temperature, 100 oC, 200 oC e 300 oC. The wear tests were carried out at a sliding speed of 0,48 m/s and at the load of 500g, 800g and 1000g, in a 2,5 mm diameter samples. The co-injection of the particles containing the α-Al(Fe,Mn)Si phase was effective in decreasing the β-Al(Fe,Mn)Si phase length and promote the increase of the elongation values. The artificial aging heat treatment was effective in increase the yield and ultimate tensile strengths without decrease significantly the elongation. The Mg addition promoted an additional increase of the yield and ultimate tensile strengths. The wear tests show that no statistical difference was observed among the evaluated samples, according to test parameters selected. / Este trabalho teve por objetivo determinar a microestrutura e as propriedades mecânicas da liga Al-Si 380 processada via conformação por spray, em diferentes condições, a saber: co-injeção de partículas contendo fases intermetálicas, extrusão dos depósitos e tratamento térmico. Foi avaliada também a resistência ao desgaste. A microestrutura foi determinada em função de duas composições diferentes que foram empregadas para co-injeção, duas condições de processamento (conformado por spray com e sem extrusão) e duas condições de tratamento térmico (presente/ausente). A composição das partículas co-injetadas foi projetada objetivando a formação da fase intermetálica α-Al(Fe,Mn)Si em detrimento a β-Al(Fe,Mn)Si, com emprego do programa Thermocalc. Os depósitos da liga Al-Si 380 foram caracterizados por MEV/EDS e as fases com morfologia de agulha (β-Al(Fe,Mn)Si) foram mensuradas. A condição com menor comprimento médio das partículas da fase β-Al(Fe,Mn)Si foi extrudada e tratada termicamente, além de sofrer adição de Mg em uma das condições. O ensaio de tração foi realizado à temperatura ambiente, 100 oC, 200 oC e 300 oC. O ensaio de desgaste foi realizado a uma velocidade de 0,48m/s, sendo aplicadas três cargas diferentes: 500g, 800g e 1000g, em um corpo de prova de 2,5 mm de diâmetro. A co-injeção das partículas da fase α-Al(Fe,Mn)Si foi efetiva em diminuir o comprimento da fase β-Al(Fe,Mn)Si no depósito e levou ao aumento do alongamento até a fratura do material obtido. O tratamento térmico de envelhecimento artificial aplicado foi efetivo em aumentar os limites de resistência e escoamento sem, entretanto, implicar em diminuição significativa do alongamento até a fratura. A adição de Mg aumentou ainda mais os limites de resistência e escoamento. Os ensaios de desgastes evidenciaram que não existem, estatisticamente, diferenças significativas dentre as amostras avaliadas, segundo os parâmetros do ensaio empregado.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4653.pdf: 4837566 bytes, checksum: 9cc17827cf2767235c66371832ec6134 (MD5) Previous issue date: 2012-08-16 / Universidade Federal de Sao Carlos / Glass-ceramics are materials obtained from the controlled crystallization of glass. The properties of these materials are controlled by the nature and proportions of the crystalline phases and residual glass present. Sintering with concurrent crystallization of glass powders is one of the routes for the development of these materials. One of the few models that describe sinter-crystallization is the Clusters model, which allows one to calculate the density of sintered compacts by knowing composition-dependent properties, such as viscosity (η), crystal growth rate (U) and surface tension (γ), and process-dependent parameters, such as particle size distribution and the density of surface nucleation sites (NS). The determination of input parameters for the model can be labor-intensive, which may difficult its use. In this work a critical assessment of the Clusters model and its bases was performed by checking its predictions against results of sintering of spherical and jagged diopside glass particles. Frenkel s model was capable of describing the initial stages of sintering only qualitatively, requiring an adjusting factor of ~1/3. With this correction, the Modified Clusters model described the powder densification in different conditions well. The effect of crystallization was slightly underestimated by the model, which could be explained by a mechanism of Ns increase in the pores surfaces as observed in a previous work. It has been demonstrated that the jagged particles increasingly round during the heat treatment causing the densification rate to gradually approximate that of spherical particles. Additionally, a model for the determination of crystallized fraction from the surface of particles was derived and can be applied for sintered particles or crystallization DSC studies. A new technique capable of the determination of the crystal growth rate in a temperature range using a single DSC run was developed and successfully tested for three different glasses. / Vitrocerâmicas são materiais produzidos a partir da cristalização controlada de vidros. As propriedades destes materiais são controladas pelas naturezas e proporções das fases cristalinas e da fase vítrea residual presentes. A sinterização com cristalização concorrente é uma das rotas de obtenção destes materiais. Um dos modelos que descrevem o processo de sinter-cristalização é o modelo de Clusters, que permite o cálculo da densidade de compactos sinterizados a partir de parâmetros relacionados à composição do vidro, como viscosidade (η), taxa de crescimento de cristais (U) e tensão superficial (γ), além de características das partículas, como distribuição granulométrica, formato, empacotamento e a densidade de sítios de nucleação superficial (NS). A obtenção dos parâmetros de entrada do modelo é uma tarefa bastante trabalhosa, dificultando sua utilização. Neste trabalho, foi realizada uma análise crítica do modelo de Clusters e suas bases, comparando-se os resultados do modelo à sinterização de partículas esféricas e irregulares de diopsídio vítreo. O modelo de Frenkel foi capaz de descrever os estágios iniciais de sinterização apenas de maneira qualitativa, sendo necessário um fator de ajuste de ~1/3. Com esta correção, o modelo de Clusters Modificado foi capaz de descrever adequadamente a densificação dos pós em diferentes condições. O efeito da cristalização foi ligeiramente subestimado pelo modelo, o que pode ser explicado por um mecanismo de aumento de NS nos poros observado em trabalho anterior. Foi demonstrado que as partículas irregulares arredondam durante o tratamento térmico, fazendo com que sua taxa de sinterização se aproxime gradualmente da apresentada por partículas esféricas. Adicionalmente, um modelo para o cálculo da fração cristalizada a partir de núcleos na superfície e no volume de um vidro foi deduzido, podendo ser aplicado para partículas sinterizadas e em estudos de cristalização por DSC. Um novo método capaz de determinar a taxa de crescimento de cristais em uma faixa de temperatura com uma única análise de DSC foi desenvolvido e testado com sucesso para três vidros diferentes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4964.pdf: 6780707 bytes, checksum: 78331d5d5ae016f8dd78d6d98480db66 (MD5) Previous issue date: 2012-12-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / Mg-based nanocomposites are considered promising materials for hydrogen storage in the solid state. In this work, Mg-based nanocomposites containing iron-based (Fe, Fe2O3, FeF3) and niobium-based (Nb, Nb2O5, NbF5) additives were processed by different processing routes involving high energy ball milling and severe plastic deformation techniques. The high energy ball milling techniques are represented here by the reactive milling under hydrogen atmosphere and by the cryogenic milling while the severe plastic deformation technique is represented here by extensive cold rolling. An alternative processing route including a previous short ball milling step before the cold rolling processing was evaluated. The study of the effect of additives according to the chosen processing routes and an extensive characterization of the hydrogen storage properties allowed a better understanding on the mechanisms which are responsible by the kinetics improvements related to the microstructural particularities. The materials prepared by the different processing techniques were characterized by micro and nanostructural analysis techniques such as, among others, x-ray diffraction followed by the Rietveld method, scanning and transmission electron microscopy. The desorption behavior was studied by differential scanning calorimetry and the kinetic behavior was investigated by absorption and desorption cycles. The correlation of the results obtained with the different processing routes showed that the beneficial effect of the additives in promoting the H-sorption kinetics is positively extended independently of the processing route; however, the acting mechanisms depend on strictly on the preparation methods and the combination of one or more factor related to the microstructure. Furthermore, the severe plastic deformation techniques showed a very good potential in comparison with the high energy ball milling techniques in processing Mg-based nanocomposites, resulting in materials with good hydrogen storage properties. / Nanocompositos a base de magnesio sao considerados materiais muito promissores para a armazenagem de hidrogenio em estado solido. No presente trabalho, nanocompositos a base de magnesio contendo aditivos a base de Ferro (Fe, Fe2O3, FeF3) e Niobio (Nb, Nb2O5, NbF5) foram processados por diferentes rotas de processamento envolvendo tecnicas de moagem de alta energia (MAE) e deformacao plastica severa (SPD). As tecnicas de MAE sao representadas aqui pela moagem reativa (MR) sob atmosfera de hidrogenio e pela moagem criogenica (MC) enquanto que a tecnica de SPD e representada pela laminacao a frio (CR). Uma nova rota alternativa de processamento composta por uma etapa previa curta de moagem antes do processo de laminacao foi avaliada. O estudo da influencia de aditivos conforme a rota de processamento empregada e a intensa caracterizacao das propriedades de armazenagem de hidrogenio permitiu um melhor entendimento sobre os mecanismos responsaveis pelas melhorias cineticas relacionadas com as particularidades microestruturais. Os materiais preparados pelos diferentes tecnicas de processamento foram caracterizados atraves de tecnicas de analise micro e nanoestrutural, incluindo, entre outras, difracao de raios-X (DRX) seguida pelo metodo de Rietveld, microscopia eletronica de varredura e transmissao. O comportamento durante a dessorcao foi estudado por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e a cinetica das reacoes foram investigadas atraves de ciclos de absorcao/dessorcao de H2. A correlacao entre os resultados obtidos com as diferentes rotas de processamento demonstraram que o efeito benefico dos aditivos em promover a cinetica das reacoes com o H2 se estende de maneira muito positiva independentemente da rota de processamento usada, porem, os mecanismos de atuacao dependem estritamente dos metodos de preparacao e da combinacao de um ou mais fatores relacionados a microestrutura. Alem disso, as tecnicas de SPD demonstraram um grande potencial frente as tecnicas de MAE no processamento de nanocompositos a base de magnesio, resultando em materiais com otimas propriedades de armazenagem de hidrogenio.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5196.pdf: 22493258 bytes, checksum: 562e3f2b87d44d3e5dd250f72475601c (MD5) Previous issue date: 2012-08-02 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we have obtained transparent nanoblends of poly(styrene-coacrylonitrile) (SAN) as matrix and poly(butylene terephthalate) as a nanometric phase. The materials were produced by means of reactive mixing in a twin screw extrude. The development of compatibilization systems, in order to diminish the dimension of dispersed phase in situ, can be seen as a great scientific challenge in nanoblends field. In such case, the compatibilizer optimizes the comminution and prevents the coalescence process of the dispersed phase. The compatibilization between SAN and PBT phases was performed using terpolymers of methyl methacrylate (MMA), glycidyl methacrylate (GMA), and ethyl acrylate (EA), denoted as MGE. Using bulk polymerization, we have applied different conditions for compatibilizer syntheses, in order to achieve a decreasing in the MGE molecular weight. The analyses of the reactivity of different compatibilizer with PBT were accomplished by using both torque rheometry and transmission electron microscopy. We have noticed that as the molecular weight of MGE decreases, the particles sizes of the dispersed phase diminishes accordingly. This part of the study culminated in the selection of the better MGE for nanoblends production. Blends with concentration varying from 3 to 30% wt were prepared in an extruder. These nanoblends were characterized with respect to thermal, dynamic-mechanical, rheological, mophorlogical and optical properties. We have shown that the MGE incorporation presents a high-efficiency for the decreasing of the PBT domains and plays an important role for the optical properties of the resulting nanoblends. / Neste trabalho nanoblendas polimericas transparentes a base de poli(estirenoco- acrilonitrila) (SAN) como matriz e o poli(tereftalato de butileno) (PBT) como fase nanometrica foram obtidas. Esses materiais foram produzidos por meio de mistura reativa em uma extrusora dupla rosca. Um grande desafio cientifico e tecnologico para a area de nanoblendas e desenvolver sistemas de compatibilizacao in situ a fim de reduzir as dimensoes da fase dispersa na matriz polimerica. Neste caso, o compatibilizante exerce a acao de otimizar o processo de cominuicao da fase dispersa e prevenir a etapa de coalescencia. A compatibilizacao entre as fases SAN e PBT foi realizada atraves de terpolimeros (MGE) sintetizados a partir dos monomeros metacrilato de metila (MMA), metacrilato de glicidila (GMA) e acrilato de etila (EA). Por meio do metodo de polimerizacao em massa, diferentes condicoes de sintese para o compatibilizante foram aplicadas a fim de alcancar uma reducao da massa molar do MGE. A reatividade de diferentes compatibilizantes com o PBT foi avaliada principalmente atraves de reometria de torque e microscopia eletronica de transmissao. Observou-se uma diminuicao no tamanho de particulas da fase dispersa em funcao do decrescimo da massa molar do terpolimero. Esta etapa do estudo culminou na selecao do MGE com melhor desempenho e potencial para que nanoblendas fossem alcancadas durante o processo de extrusao reativa. Blendas com concentracoes de PBT variando entre 3 e 30% em massa foram preparadas em extrusora. Essas nanoblendas foram caracterizadas quanto as suas propriedades termicas, dinamicomecanicas, reologicas, morfologicas e opticas. A incorporacao de MGE apresentou grande eficiencia na diminuicao do tamanho da fase dispersa de PBT na matriz de SAN e desempenhou papel fundamental nas propriedades opticas das nanoblendas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5211.pdf: 7028059 bytes, checksum: 2b71fd3d4f3fed6da55ab40a9fca68e0 (MD5) Previous issue date: 2013-04-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) are clean and efficient energy conversion devices, considered as one of the key enabling technologies for future hydrogen economy and for stationary power generation. However novel materials are needed for reducing the working temperature which limits the economic viability of fuel cells due to long-term stability problems. Ceria-based electrolytes, due to their high ionic conductivity with respect to traditional zirconia-based electrolytes, are amongst the most promising oxide-ion conductors to be used in intermediate temperature SOFCs operating at 500-700 ºC with high efficiency. The major difficulty in using ceria as electrolyte is related to Ce+4 to Ce+3 reductions, which occurs at low oxygen partial pressure and at high temperature (this is the electrolyte condition at the anode region). Another drawback in using ceria solid solutions is the poor sinterability which requires high temperatures (1400-1600 ºC) to achieve high densification (> 95%), makes the manufacturing process costly. Several approaches in research have been done to reduce the device working temperature and also the electrolyte sintering temperature. In the present work, the concomitant use of sintering aids (Co and Zn) and nanopowders was investigated. Besides this, three distinct processing routes were adopted and afterwards sintered by a two-step process. The sinterability, microstructure, electrical conductivity and electrolyte domain of Co or Zn-doped Ce0.8Gd0.2O1.9 samples were evaluated against the performance of undoped powders. Cobalt or zinc additions were effective as sintering aid allowing peak sintering temperatures about 950 °C to reach densifications in excess of 93%, showing no evidence for the presence of secondary phases. The electrical properties and microstructure were dependent of processing route, additives and sintering profile. The total conductivity at 800 °C of pressed samples sintered at 1200 °C-1000 °C/10h with 0,4 mol% Zn (6.7x10-2 S/cm) and 2 mol% Co (7.4x10-2 S/cm) were similar to undoped samples (7.2x10-2 S/cm), showing that Zn and Co had a positive effect on densification without compromising the electrical conductivity and electrolyte domain. / Pilha a combustível de óxido sólido (PaCOS) é um eficiente dispositivo de conversão de energia e tem sido considerada uma das principais tecnologias para inserção da economia de hidrogênio e para a geração de energia estacionária. Entretanto, devido à alta temperatura de operação deste dispositivo, o que o inviabiliza economicamente devido a problemas de estabilidade em longo prazo, faz com que haja uma intensa busca por novos materiais para reduzir a temperatura de operação. Eletrólitos sólidos de céria, devido à sua elevada condutividade iônica com relação aos eletrólitos de zircônia, estão entre os óxidos condutores iônicos mais promissores para PaCOS de temperatura intermediária, operando a 500-700 ºC com alta eficiência. Entretanto, a maior dificuldade em se utilizar céria está relacionada com a redução de Ce4+ em Ce3+ que ocorre em altas temperaturas e baixas pressões parciais de oxigênio (região do anodo à qual o eletrólito é submetido). Outra desvantagem na utilização de soluções sólidas de céria é a baixa sinterabilidade que requer altas temperaturas (1400-1600 ºC) para atingir elevadas densificações (> 95%) onerando o processo de fabricação. Vários enfoques têm sido dados às pesquisas visando diminuir a temperatura de operação do dispositivo e também da temperatura de sinterização dos eletrólitos. No presente trabalho o enfoque foi diminuir a temperatura de sinterização utilizando nanopós processados de diferentes maneiras associado ao uso de aditivos de sinterização (Co e Zn). Foram avaliadas a sinterabilidade, microestrutura, condutividade elétrica e domínio eletrolítico de amostras de Ce0,8Gd0,2O1,9 puro e com Co ou Zn. Os aditivos de sinterização foram eficazes permitindo temperaturas de pico de sinterização de 950 °C com densificações acima de 93% e sem evidência de presença de fases secundárias. As propriedades elétricas e microestruturais foram dependentes do tipo de processamento, aditivos e perfil de sinterização. A condutividade total a 800 °C de amostras sinterizadas a 1200 ºC-1000 ºC/10h com 0,4% mol de Zn (6,7x10-2 S/cm) e 2% mol de Co (7,4x10-2 S/cm) foram similares a de amostras não dopadas (7,2x10-2 S/cm), indicando que Zn e Co teve um efeito positivo sobre a densificação sem comprometer a condutividade elétrica e o domínio eletrolítico.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5262.pdf: 3387079 bytes, checksum: 19d617b19359bdd9491ef32e3667ecd0 (MD5) Previous issue date: 2012-12-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / Mixed matrix membranes based on a glassy polymer and a zeolite with organic character were developed, in order to evaluate whether the organic character of the ZIF-8 would favor its incorporation in the polymer matrix as a result of better compatibility between the phases and also the efficiency of this zeolite of improving the ideal selectivity of the polymer for two gas pairs, CO2/CH4 and CO2/N2. ZIF-8 particles were incorporated to the polymer matrix by solution mixing with an ultrasound. The membranes were prepared by solution casting, followed by solvent evaporation under a controlled atmosphere in a glove bag. Results showed a significantly improvement in CO2/N2 ideal selectivity with the incorporation of ZIF-8 when compared to the ideal selectivity of the membrane. A 17% increase in the ieal CO2/N2 selectivity was obtained with the incorporation of 30%wt of ZIF-8. The result was accompanied by a significantly increase in the membrane permeability. It is also presented the influence of residual solvent in the properties of the membranes. Finally strong experimental evidences of ZIF-8 compressibility were obtained. It can be concluded based on the results that the organic character of ZIF-8 favors its incorporation in the polymer matrix when compared to the inorganic zeolites and that zeolitic imidazolate framework can be considered a promising technology for the development of mixed matrix membranes for gas separation. / Foram desenvolvidas, neste trabalho, membranas de matriz mista baseadas em um polímero vítreo e uma zeólita com caráter orgânico (ZIF-8), com objetivo de avaliar se o caráter orgânico da ZIF-8 favoreceria a sua incorporação a matriz polimérica devido à compatibilidade entre as duas fases, além da eficiência desta zeólita em melhorar a seletividade do polímero a dois pares de gases, CO2/CH4 e CO2/N2. As partículas de ZIF-8 foram incorporadas ao polímero através de mistura em solução com auxílio de um aparelho de ultrassom. As membranas foram preparadas através da evaporação do solvente em atmosfera controlada. Os resultados mostraram um aumento significativo na seletividade ideal nas membranas de matriz mista quando comparadas com as membranas do polímero puro principalmente para o par CO2/N2. Foram obtidos aumentos de até 17% na seletividade ideal com a incorporação de 30%m/m de ZIF-8 na poliéterimida. Este aumento foi acompanhado por um aumento significativo na permeabilidade das membranas. Além disso, o trabalho mostra a influência da presença de solvente residual nas propriedades de transporte das membranas desenvolvidas. Por fim foram obtidos fortes indícios experimentais da ocorrência de compressibilidade na estrutura da ZIF-8. Pode-se concluir através dos resultados que a incorporação das ZIFs e a preparação de membranas são facilitadas, quando comparadas à utilização de zeólitas inorgânicas, pelo seu caráter orgânico que melhora a compatibilidade entre as fases e que a utilização destes materiais pode ser considerada uma alternativa promissora no desenvolvimento de membranas para separação de gases.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5267.pdf: 7187070 bytes, checksum: 77da98a4945af143b012e7d3e558993c (MD5) Previous issue date: 2013-06-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / The selection of good glass forming compositions is not a simple undertaking and many groups work on models and theoretical approximations in order to predict or at least guide the laborious and expensive experimental pinpointing of compositions in a given system. The DEMa-UFSCar group , in partnership with the solidification group of the EESC/SMM-USP , have worked in semi-empirical criteria based on a combination of topological aspects (criterion λmin), electronegativity (criteria Δe) and enthalpy of mixing of the elements [criterion Log(RC)] to predict compositions with high Glass Forming Ability (GFA). These criteria have shown good results to predict compositions with high GFA. The aim of this thesis was to contribute to the efforts being made to improve the efficiency and to expand the applications of these proposed criteria. For this study, we used the Log (RC) criterion and the combined criteria λmin x Δe. Using these criteria, nine composition of the Ti-Cu-Ni system were selected and were processed in the laboratory, so the theoretical and experimental results were compared. The experimental results were also compared with the theoretical results of other criteria reported in the literature. This study was performed with the use of rapidly solidified ribbons and analyzed by thermal analysis (DSC), Xray diffraction (XRD) and statistical tools. The results showed that the proposed criteria have low correlation with the experimental results; and to increase that correlation we proposed some improvements in the criteria. Additionally, through another study it was possible to determine the first stages of devitrification of the amorphous structure and to compare them with the predictions of the criteria Log (RC) and λmin x Δe. For this, we selected 4 alloys of the Ti-Cu-Ni system and a study of crystallization kinetics was performed using transmission electron microscopy (TEM), DSC and XRD analyzes. It was revealed that the experimental results are consistent with the theoretical results partially. / Uma das principais barreiras para a ampliação do uso de ligas com estrutura amorfa está no desenvolvimento de composições que apresentem alta Tendência de Formação de Estrutura Amorfa (TFA). O grupo de Metais Amorfos e Nano-estruturados do DEMa-UFSCar , em parceria com o grupo de Solidificação do SMM/EESC-USP , tem trabalhado em critérios semi-empíricos baseado em aspectos topológicos da estrutura e se mostram como ferramentas eficazes na predição de composições de ligas com alta TFA. O objetivo desta tese foi de contribuir com os esforços que vêm sendo realizados para avaliar a eficiência, aperfeiçoar e ampliar as aplicações desses critérios propostos. Para o presente estudo foi utilizado o critério que combina aspectos topológicos e eletronegatividade (λmin x Δe) e o critério Log(RC), que é baseado em λmin e na entalpia de mistura. Através desses critérios foram selecionadas nove ligas do sistema Ti-Cu-Ni que foram elaboradas e solidificadas rapidamente em forma de fitas. As amostras foram caracterizadas por difratometria de raios X (DRX) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Os resultados experimentais foram confrontados com os indicativos dos dois critérios, assim como com outros critérios reportados na literatura. Os resultados mostraram que os critérios propostos apresentam baixa correlação com os resultados experimentais e direções para aperfeiçoamento dos critérios foram apontadas. Dentre as 9 composições, foram selecionadas 4 para o estudo da cinética de cristalização. Esse estudo foi realizado através de aquecimento das 4 amostras amorfas e acompanhado de uma análise minuciosa por microscopia eletrônica de transmissão (MET), DSC e DRX, e teve como objetivo a determinação das primeiras fases a desestabilizar a estrutura amorfa e compará-las com as predições feitas pelos critérios Log(RC) e λmin x Δe. Esses resultados experimentais mostraram que as fases de cristalização condizem parcialmente com os resultados teóricos.