Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-03. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:00Z : No. of bitstreams: 1 000847906.pdf: 2134043 bytes, checksum: d544b7fcf68a15d44f48104dd4595087 (MD5) / Este trabalho descreve o desenvolvimento de um dispositivo de geração de microdescargas de plasma operando à pressão atmosférica, sua caracterização e aplicação no tratamento de superfície polimérica. A microdescarga é produzida entre uma agulha e um eletrodo externo na forma de um cilindro. A agulha e o cilindro são dispostos coaxialmente com um capilar de borossilicato ou quartzo entre os mesmos. O sinal usado para excitar a descarga tinha a forma senoidal na frequência de 37 kHz. Estas microdescargas produziram plumas de plasma na extremidade da agulha. Medições da tensão de ruptura mostraram regimes distintos conforme a posição axial do cilindro em relação à agulha. Simulações com circuitos mostraram diferentes circuitos equivalentes ao dispositivo de microdescarga conforme esta posição relativa entre os eletrodos. Utilizando estas plumas no tratamento de superfícies de PET verificou-se redução do ângulo de contato com o tratamento que atinge um mínimo para tempos de 10 s. O ângulo de contato para diferentes posições em torno do ponto de tratamento foi ajustado à curvas baseadas em funções gaussiana e lorentziana. Isto possibilitou verificar o aumento da área tratada com o fluxo do gás quando a tensão na descarga se torna elevada. Para pluma de diâmetro menor que 1 mm o tratamento se estendeu em até 6 mm devido a dinâmica do gás da pluma. O dispositivo se mostrou confiável e com tratamento reprodutível na modificação das propriedades da superfície de materiais / This work describes the development and characterization of a microplasma jet device operating at atmospheric pressure and its application on the treatment of a polymeric surface. The micro discharge was produced between a needle and a coaxial cylindrical electrode with a borosilicate or quartz capillary between them. The discharge occurs in a small gap between the capillary and the needle and a plasma plume is produced at the tip of the needle. The signal used to excite the discharge was sinusoidal at frequency of 37 kHz. Breakdown voltage measurement showed distinct regimes according to the axial position of the cylinder relative to the needle. Simulations showed different equivalent circuits for the device according to the relative position between the electrodes. The plasma plumes were used to treat PET surfaces. It was observed the reduction of the contact angle with the treatment time that saturates around 10 s. The contact angle measurements at different positions around the treatment point were fitted using Gaussian and Lorentzian functions in order to estimate the diameter of treated circular area around the contact point of the plume with the surface. It was observed an increase of the treated area with the flow rate gas particularly at high applied voltage. Diameter up to 6 mm was achieved for plasma plumes with diameter smaller than 1 mm due to gas dynamic effects. The repeatability on the treatment showed that the plasma jet is reliable to modify surface properties of materials

Orientador: Milton Eiji Kayama / Banca: Konstantin Georgiev Koslov / Banca: Tessie Gouvea da Cruz / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um dispositivo de geração de microdescargas de plasma operando à pressão atmosférica, sua caracterização e aplicação no tratamento de superfície polimérica. A microdescarga é produzida entre uma agulha e um eletrodo externo na forma de um cilindro. A agulha e o cilindro são dispostos coaxialmente com um capilar de borossilicato ou quartzo entre os mesmos. O sinal usado para excitar a descarga tinha a forma senoidal na frequência de 37 kHz. Estas microdescargas produziram plumas de plasma na extremidade da agulha. Medições da tensão de ruptura mostraram regimes distintos conforme a posição axial do cilindro em relação à agulha. Simulações com circuitos mostraram diferentes circuitos equivalentes ao dispositivo de microdescarga conforme esta posição relativa entre os eletrodos. Utilizando estas plumas no tratamento de superfícies de PET verificou-se redução do ângulo de contato com o tratamento que atinge um mínimo para tempos de 10 s. O ângulo de contato para diferentes posições em torno do ponto de tratamento foi ajustado à curvas baseadas em funções gaussiana e lorentziana. Isto possibilitou verificar o aumento da área tratada com o fluxo do gás quando a tensão na descarga se torna elevada. Para pluma de diâmetro menor que 1 mm o tratamento se estendeu em até 6 mm devido a dinâmica do gás da pluma. O dispositivo se mostrou confiável e com tratamento reprodutível na modificação das propriedades da superfície de materiais / Abstract: This work describes the development and characterization of a microplasma jet device operating at atmospheric pressure and its application on the treatment of a polymeric surface. The micro discharge was produced between a needle and a coaxial cylindrical electrode with a borosilicate or quartz capillary between them. The discharge occurs in a small gap between the capillary and the needle and a plasma plume is produced at the tip of the needle. The signal used to excite the discharge was sinusoidal at frequency of 37 kHz. Breakdown voltage measurement showed distinct regimes according to the axial position of the cylinder relative to the needle. Simulations showed different equivalent circuits for the device according to the relative position between the electrodes. The plasma plumes were used to treat PET surfaces. It was observed the reduction of the contact angle with the treatment time that saturates around 10 s. The contact angle measurements at different positions around the treatment point were fitted using Gaussian and Lorentzian functions in order to estimate the diameter of treated circular area around the contact point of the plume with the surface. It was observed an increase of the treated area with the flow rate gas particularly at high applied voltage. Diameter up to 6 mm was achieved for plasma plumes with diameter smaller than 1 mm due to gas dynamic effects. The repeatability on the treatment showed that the plasma jet is reliable to modify surface properties of materials / Mestre

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:29:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_Wanderley_D.pdf: 7898803 bytes, checksum: a3cfeddad1f4454d1be226768affcb5b (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O silício grau metalúrgico (SiGM) é largamente produzido através da carboredução do quartzo (Si02) a altas temperaturas, em processo sob fomo de arco submerso. Entretanto, para se obter uma composição química de 98% a 99,5% em. peso, toma-se necessário submeter a uma ou mais etapas de refino através da injeção de nitrogênio e/ou oxigênio ao silício em estado fundente. Desta forma, conduz-se a reações entre estas impurezas presentes no material fundido e os gases, originando as denominadas escórias, que correspondem ao volume de ~10% do volume total de SiGM produzido. No Brasil, a geração anual destas escórias é de ~20,000 toneladas. Normalmente, estas escórias contêm 50% de silício total e 25-30% de Si livre (sendo o restante encontrado disperso sob a forma de óxidos, carbetos, silicatos e silicetos, tais como: SiO2, CaSiO4, SiC, CaSi, CaO, e FeO). A caracterização da composição química e da estrutura cristalina da escória de silício foi realizada aplicando-se as técnicas de espectroscopia de fluorescência de raios-X (FRX) e difração de raios-X (DRX). Observou-se que os elementos majoritários são Si (39-45%), Ca (5-11%), Fe (1-2%), e Al (1-8%). As principais fases cristalinas detectadas foram: silício, siliceto de ferro e silicato de cálcio. As concentrações destas fases foram determinadas por DRX usando o método de padrão interno. Outra contribuição relevante desta pesquisa foi o desenvolvimento de um processo de extração do silício metálico a partir das escorias por plasma térmico, que resulta na obtenção de um silício com pureza equivalente ao silício grau metalúrgico (SiGM) / Abstract: Metallurgieal Grade Silicon (MGSi) is produced by a well-established industrial process that consists of the carbo-reduction of quartz in a submerged are fumace under high temperature. The process is an intensive energy consumption method (13 - 15 kWh to each kilogram of produced MGSi). After tapered, the MGSi is submitted to some purification stages in order to archive the commereial chemieal purity (98% to 99.5% of silicon). These purification stages consist of the injection of reactive gases, mostly nitrogen or oxygen, in order to remove the most reactive impurities like aluminum, calcium, magnesium, and with minor effectiveness iron. The material formed on these chemical reactions involving the impurities and the gas-stream constitutes the slag. The total slag amount formed in the silicon process ranges from 7% to 10% of the total silicon produced. In Brazil, the amount of produced slag ranges about 20,000 t/y. Afier the refining stage, the silicon is left to cooling, being mechanically separated from slag. These slags usually have about 50% of total silicon and 25% to 30% of free-silicon. Silicon is presented in other forms mainly oxides, carbides, silicates and silicides like SiO2, CaSiO4, SiC, CaSi, and FeSi. The chemical composition and the crystalline structure of silicon slag were characterized by X-ray fluorescence spectrometry (XRF) and X-ray Diffraction (XRD), respectively. It was observed that the major elements of silicon slags are: Si (39-45%), Ca (5-11%), Fe (1-2%), and Al (1-8%) and the main crystalline phases are: silicon, iron silicide and calcium silicate. Their concentrations were determined by XRD with the internal standard method in several samples. This research work presents also the results of a thermal plasma process employed to recover the free-silicon present in the process slag. The process consists of a laboratory-scale closed reactor, lined with refractory and insulating materials, a cooled anode at the fumace bottom and a DC arc-transferred plasma torch. The furnace feed could be continuous or in batch mode. The overall recovering of silicon and the material's quality presented here points to a very promising technology that could help to avoid wasting non-renewable raw materials (like quartz), charcoal and energy / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica