O apelo estético da odontologia moderna tem impulsionado a busca por materiais cerâmicos de alto desempenho estético e mecânico. Este trabalho objetivou o desenvolvimento de fibras cerâmicas de alumina/aluminato de gadolínio (Al2O3/GdAlO3) obtidas por meio de fusão a laser (laser heated pedestal growth LHPG) e a sua aplicação como reforço de materiais odontológicos. Os pedestais foram obtidos a partir da mistura dos pós precursores (óxido de gadolínio (Gd2O3) e óxido de alumínio (Al2O3) pré-sinterizados para a obtenção de fibras de Al2O3/GdAlO3 de 0,8 mm de diâmetro médio. Variou-se: a velocidade de puxamento das fibras de 48mm/h a 240mm/h, em pedestais de composição eutética; e em outro grupo a composição dos pedestais (da composição eutética (23 mol% de Gd2O3 e 77 mol% de Al2O3) a 5 % (em peso) de excesso de Al2O3), puxadas com velocidade fixa de 96 mm/h. A melhor condição de obtenção da fibra foi com a velocidade de puxamento de 240mm/h que forneceu fibras com 0,6m de espaçamento médio entre as fases e 1790 MPa de resistência à flexão. Quando as fibras foram aplicadas como reforço de porcelana odontológica houve um aumento da resistência à flexão de 91MPa para 218MPa. Por meio desta metodologia, observou-se que as fibras cerâmica de Al2O3/GdAlO3 apresentaram elevado desempenho mecânico e compatibilidade com porcelanas odontológicas que indicam uma grande potencialidade de uso como reforço estrutural de cerâmicas odontológicas. / The esthetic appeal of modern Dentistry has prompted the search for ceramic materials with high esthetic and mechanical performance. This research aimed at the development of Al2O3/GdAlO3 ceramic fibers, obtained by laser heated pedestal growth (LHPG) and its application as reinforcement of dental materials. Pedestals were obtained from the mixture of precursor powders (Gd2O3 e Al2O3), pre-sintered to form Al2O3/ GdAlO3 fibers with average diameter of 0,8 mm. Variables were: fiber pulling rates (in pedestals of eutectic composition): from 48 mm/h to 240 mm/h; and pedestal composition: from eutectic composition (23 mol% of Gd2O3 and 77 mol% of Al2O3) to 5 wt% of excess Al2O3, pulled at 96 mm/h. The best results were obtained with a pulling rate of 240 mm/h, which originated fibers with average distance between phases of 0.6 m and three-point bending flexural strength of 1790 MPa. When fibers were used as re-enforcement of dental porcelain (Cerabien- Noritake), an increase in flexural strength from 91 MPa to 218 MPa was obtained. The methods employed in this study allowed the observation that Al2O3/GdAlO3 ceramic fibers presented high mechanical performance and compatibility with dental porcelain, indicating a significant potential as re-enforcement of dental ceramics for infrastructure.

O apelo estético da odontologia moderna tem impulsionado a busca por materiais cerâmicos de alto desempenho estético e mecânico. Este trabalho objetivou o desenvolvimento de fibras cerâmicas de alumina/aluminato de gadolínio (Al2O3/GdAlO3) obtidas por meio de fusão a laser (laser heated pedestal growth LHPG) e a sua aplicação como reforço de materiais odontológicos. Os pedestais foram obtidos a partir da mistura dos pós precursores (óxido de gadolínio (Gd2O3) e óxido de alumínio (Al2O3) pré-sinterizados para a obtenção de fibras de Al2O3/GdAlO3 de 0,8 mm de diâmetro médio. Variou-se: a velocidade de puxamento das fibras de 48mm/h a 240mm/h, em pedestais de composição eutética; e em outro grupo a composição dos pedestais (da composição eutética (23 mol% de Gd2O3 e 77 mol% de Al2O3) a 5 % (em peso) de excesso de Al2O3), puxadas com velocidade fixa de 96 mm/h. A melhor condição de obtenção da fibra foi com a velocidade de puxamento de 240mm/h que forneceu fibras com 0,6m de espaçamento médio entre as fases e 1790 MPa de resistência à flexão. Quando as fibras foram aplicadas como reforço de porcelana odontológica houve um aumento da resistência à flexão de 91MPa para 218MPa. Por meio desta metodologia, observou-se que as fibras cerâmica de Al2O3/GdAlO3 apresentaram elevado desempenho mecânico e compatibilidade com porcelanas odontológicas que indicam uma grande potencialidade de uso como reforço estrutural de cerâmicas odontológicas. / The esthetic appeal of modern Dentistry has prompted the search for ceramic materials with high esthetic and mechanical performance. This research aimed at the development of Al2O3/GdAlO3 ceramic fibers, obtained by laser heated pedestal growth (LHPG) and its application as reinforcement of dental materials. Pedestals were obtained from the mixture of precursor powders (Gd2O3 e Al2O3), pre-sintered to form Al2O3/ GdAlO3 fibers with average diameter of 0,8 mm. Variables were: fiber pulling rates (in pedestals of eutectic composition): from 48 mm/h to 240 mm/h; and pedestal composition: from eutectic composition (23 mol% of Gd2O3 and 77 mol% of Al2O3) to 5 wt% of excess Al2O3, pulled at 96 mm/h. The best results were obtained with a pulling rate of 240 mm/h, which originated fibers with average distance between phases of 0.6 m and three-point bending flexural strength of 1790 MPa. When fibers were used as re-enforcement of dental porcelain (Cerabien- Noritake), an increase in flexural strength from 91 MPa to 218 MPa was obtained. The methods employed in this study allowed the observation that Al2O3/GdAlO3 ceramic fibers presented high mechanical performance and compatibility with dental porcelain, indicating a significant potential as re-enforcement of dental ceramics for infrastructure.

Espectros de absorção, fluorescência e excitação do íon Eu+3 em GdAlO3 na região do visível são mostrados neste trabalho. Todos os níveis 7Fj (j= 0, 1, 2 e 4) e 5Dj (j= 0 a 2) foram medidos e quase todas as transições do íon, na região do visível, foram identificadas nos espectros. A abertura dos níveis de energia verificada está de acordo com a simetria C5 do campo cristalino. Medidas de absorção polarizada foram feitas com o intuito de verificar a natureza das transições de dipolo e para determinar as representações irredutíveis dos níveis de energia 7F0, 7F1 e 5Dj (j= 0 a 2). Linhas da impureza Er+3 (não intencional) foram identificadas no espectro de absorção e sua presença no cristal foi verificada através dos valores conhecidos dos níveis de energia do íon Er+3 em GdAlO3 [III-4]. Além disso, medidas dos níveis de energia 7F2 do íon Eu+3 através da técnica espectroscópica não linear CARS, foram tentadas. Medidas preliminares destes níveis e dos níveis vibracionais do benzeno e da calcita são mostrados no final da dissertação. / Absorption, fluorescence and excitation of the Eu+3 íon in GdAlO3 in the visible region are presented in this work. All of the 7Fj (j= 0, 1, 2 and 4) and 5Dj (j= 0 to 2) energy levels were measured and almost all of the transitions in the visible region of the ion were seen in the spectra. The splitting of energy levels verified is according to the C5 symmetry of the crystal field. Polarized absorption techniques are used to check the nature of the dipole transitions and to determine the irreducible representations of the 7F0, 7F1 and 5Dj (j= 0 to 2) energy levels. Unintentional Er+3 impurities lines were identified in the absorption spectra and its presence in our crystal was checked through the known values of energy levels of GdAlO3:Er+3 [III-4]. Besides it we began to measure the 7F2 energy levels of them Eu+3 ion by using the nonlinear optical spectroscopy technique known as CARS firsts measurements of these energy levels and of the vibrational mode of benzene and calcite are shown in the end of the dissertation.

Nós observamos o processo de Transferência de energia induzida por luz entre o Cr+3 e o Gd+3 no cristal de GdAlO3 dopado com cromo, o que acreditamos ser a primeira observação clara de ocorrência desse processo em sólidos. Também obtivemos os espectros de absorção, luminescência e excitação dos cristais de GdAlO3 e GdAlO3:Cr+3 e medimos os tempos de decaimento da excitação do Gd+3 no GdAlO3:Cr+3. As montagens experimentais utilizadas para a obtenção dos espectros de transferência de energia induzida, luminescência e excitação bem como a montagem para medida do tempo de vida dos estados excitados foram desenvolvidas por nós. / We have observed the Light induced energy transfer process between Cr+3 and Gd+3 in the GdAlO3 crystal doped with chromium, believed to be the first clear observation of the occurrence of this process in solids. We have also obtained the absorption, luminescence and excitation spectra of the GdAlO3 and GdAlO3:Cr+3 crystals as well as the decay time of excitation of the Gd+3 in the GdAlO3:Cr+3. The experimental apparatus used to obtain the luminescence, excitation and induced energy transfer spectra and the one used to measure the decay time of the excited states have been developed by us.

Nós observamos o processo de Transferência de energia induzida por luz entre o Cr+3 e o Gd+3 no cristal de GdAlO3 dopado com cromo, o que acreditamos ser a primeira observação clara de ocorrência desse processo em sólidos. Também obtivemos os espectros de absorção, luminescência e excitação dos cristais de GdAlO3 e GdAlO3:Cr+3 e medimos os tempos de decaimento da excitação do Gd+3 no GdAlO3:Cr+3. As montagens experimentais utilizadas para a obtenção dos espectros de transferência de energia induzida, luminescência e excitação bem como a montagem para medida do tempo de vida dos estados excitados foram desenvolvidas por nós. / We have observed the Light induced energy transfer process between Cr+3 and Gd+3 in the GdAlO3 crystal doped with chromium, believed to be the first clear observation of the occurrence of this process in solids. We have also obtained the absorption, luminescence and excitation spectra of the GdAlO3 and GdAlO3:Cr+3 crystals as well as the decay time of excitation of the Gd+3 in the GdAlO3:Cr+3. The experimental apparatus used to obtain the luminescence, excitation and induced energy transfer spectra and the one used to measure the decay time of the excited states have been developed by us.

Espectros de absorção, fluorescência e excitação do íon Eu+3 em GdAlO3 na região do visível são mostrados neste trabalho. Todos os níveis 7Fj (j= 0, 1, 2 e 4) e 5Dj (j= 0 a 2) foram medidos e quase todas as transições do íon, na região do visível, foram identificadas nos espectros. A abertura dos níveis de energia verificada está de acordo com a simetria C5 do campo cristalino. Medidas de absorção polarizada foram feitas com o intuito de verificar a natureza das transições de dipolo e para determinar as representações irredutíveis dos níveis de energia 7F0, 7F1 e 5Dj (j= 0 a 2). Linhas da impureza Er+3 (não intencional) foram identificadas no espectro de absorção e sua presença no cristal foi verificada através dos valores conhecidos dos níveis de energia do íon Er+3 em GdAlO3 [III-4]. Além disso, medidas dos níveis de energia 7F2 do íon Eu+3 através da técnica espectroscópica não linear CARS, foram tentadas. Medidas preliminares destes níveis e dos níveis vibracionais do benzeno e da calcita são mostrados no final da dissertação. / Absorption, fluorescence and excitation of the Eu+3 íon in GdAlO3 in the visible region are presented in this work. All of the 7Fj (j= 0, 1, 2 and 4) and 5Dj (j= 0 to 2) energy levels were measured and almost all of the transitions in the visible region of the ion were seen in the spectra. The splitting of energy levels verified is according to the C5 symmetry of the crystal field. Polarized absorption techniques are used to check the nature of the dipole transitions and to determine the irreducible representations of the 7F0, 7F1 and 5Dj (j= 0 to 2) energy levels. Unintentional Er+3 impurities lines were identified in the absorption spectra and its presence in our crystal was checked through the known values of energy levels of GdAlO3:Er+3 [III-4]. Besides it we began to measure the 7F2 energy levels of them Eu+3 ion by using the nonlinear optical spectroscopy technique known as CARS firsts measurements of these energy levels and of the vibrational mode of benzene and calcite are shown in the end of the dissertation.