[pt] Neste trabalho foram estudadas as modificações na resistência à fratura do aço grau R4, largamente adotado na fabricação de componentes estruturais para sistemas de ancoragem de unidades offshore, através de variações microestruturais. Após a fabricação industrial de elos de amarras, corpos de prova para ensaios de tração e CTOD foram usinados do material. A primeira etapa do procedimento experimental consistiu em tratamentos térmicos de têmpera e revenido, com diferentes temperaturas de austenitização (860, 880, 900, 920 e 940(graus)C) e mantendo-se fixa a temperatura de revenido (680(graus)C). Com base nos resultados de CTOD de carga máxima apresentados pelo material, passou-se para a segunda etapa experimental, na qual foi adotada a temperatura de austenitização admitida como ótima na primeira etapa (900(graus)C) e variando-se as temperaturas de revenido (650, 660, 670, 680, 690 e 700(graus)C). Na primeira etapa, os resultados demonstraram que, com o aumento da temperatura de austenitização (860, 880 e 900(graus)C), houve um aumento da resistência à fratura do material. No entanto, os valores praticamente não variaram a partir das temperaturas mais altas (920 e 940(graus)C). Na segunda etapa, os valores do CTOD aumentaram com o aumento da temperatura de revenido, atingindo um valor máximo a 680 (graus)C. Para temperaturas superiores (690 e 700(graus)C) a tenacidade do material sofreu uma pequena redução. As variações da tenacidade do aço grau R4, em ambas as etapas experimentais, foram associadas com as microestruturas obtidas nos respectivos tratamentos térmicos. / [en] A study has been made concerning changes in the fracture resistance of the grade R4 steel, largely used for manufacturing offshore mooring structural components, due to microstrutural variations. After the industrial manufacturing of chain links, specimens for tensile and CTOD tests were machined from the material. The first part of the experimental procedure was related to quenching and tempering heat treatments making use of different austenizing temperatures (860, 880, 900, 920 and 940(Degrees)C) and tempering at a given temperature (680(Degrees)C). On the basis of the CTOD at the maximum load presented by the material, the second experimental part was started, in which the optimal austenitizing temperature obtained in the first part (900(Degrees)C) was adopted and different tempering temperatures (650, 660, 670, 680, 690 and 700(Degrees)C) were selected. According to the CTOD testing carried out during the first experimental part, the fracture resistance of the material has increased when increasing the austenitizing temperature (860, 880 and 900(Degrees)C). However, the material`s toughness did not change significantly when quenching from the highest temperatures (920 and 940(Degrees)C). In the second experimental part, the CTOD values increased when increasing the tempering temperature, reaching a maximum value for 680(Degrees)C. Concerning the highest temperatures (690 and 700(Degrees) C) the fracture resistance of the material presented a slight reduction. The changes in the fracture resistance of the grade R4 steel, in both experimental parts, were associated with the microstrutural characteristics of the heat treatments.

abstract: Shock loading is a complex phenomenon that can lead to failure mechanisms such as strain localization, void nucleation and growth, and eventually spall fracture. Studying incipient stages of spall damage is of paramount importance to accurately determine initiation sites in the material microstructure where damage will nucleate and grow and to formulate continuum models that account for the variability of the damage process due to microstructural heterogeneity. The length scale of damage with respect to that of the surrounding microstructure has proven to be a key aspect in determining sites of failure initiation. Correlations have been found between the damage sites and the surrounding microstructure to determine the preferred sites of spall damage, since it tends to localize at and around the regions of intrinsic defects such as grain boundaries and triple points. However, considerable amount of work still has to be done in this regard to determine the physics driving the damage at these intrinsic weak sites in the microstructure. The main focus of this research work is to understand the physical mechanisms behind the damage localization at these preferred sites. A crystal plasticity constitutive model is implemented with different damage criteria to study the effects of stress concentration and strain localization at the grain boundaries. A cohesive zone modeling technique is used to include the intrinsic strength of the grain boundaries in the simulations. The constitutive model is verified using single elements tests, calibrated using single crystal impact experiments and validated using bicrystal and multicrystal impact experiments. The results indicate that strain localization is the predominant driving force for damage initiation and evolution. The microstructural effects on theses damage sites are studied to attribute the extent of damage to microstructural features such as grain orientation, misorientation, Taylor factor and the grain boundary planes. The finite element simulations show good correlation with the experimental results and can be used as the preliminary step in developing accurate probabilistic models for damage nucleation. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Mechanical Engineering 2013

>Magister Scientiae - MSc / Vanadium dioxide (VO2) films have been known as the most feasible thermochromic nano-coatings for smart windows which self control the solar radiation and heat transfer for energy saving and comfort in houses and automotives. Such an attractive technological application is due to the fact that VO2 crystals exhibit a fast semiconductor-to-metal phase transition at a transition temperature TM of about 68°C, together with sharp optical changes from high transmitive to high reflective coatings in the IR spectral region. The phase transition has been associated to the nature of the microstructure, stoichiometry and some other surrounding parameters of the oxide. This study reports on the effect of the crystallographic quality controlled by the substrate temperature on the thermochromic properties of VO2 thin films synthesized by inverted cylindrical magnetron sputtering. Vanadium dioxide thin films were deposited on glass substrate, at various temperatures between 350 to 600 0C, deposition time kept constant at 1 hour. Prior the experiment, deposition conditions such as base pressure, oxygen pressure, rf power and target-substrate distance were carefully optimized for the quality of VO2 thin films. The reports results are based on AFM, XRD, RBS, ERDA and UV-VIS. The atomic force microscopy (AFM) was used to study the surface roughness of the thin films. Microstructures and orientation of grain size within the VO2 thin films were investigated by the use of X-ray diffraction technique. The stoichiometry and depth profiles of the films were all confirmed by RBS and ERDA respectively. The optical properties of VO2 were observed using the UV-Vis spectrophotometer.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Os aÃos inoxidÃveis superduplex sÃo ligas com boa resistÃncia mecÃnica e resistÃncia à corrosÃo, que vÃm sido utilizadas em substituiÃÃo aos aÃos inoxidÃveis austenÃticos convencionais, sendo muito utilizados na indÃstria do petrÃleo. No entanto, o efeito dos ciclos tÃrmicos de soldagem pode ser prejudicial Ãs propriedades destas ligas, atravÃs da alteraÃÃo no balanÃo microestrutural ferrita/austenita e da precipitaÃÃo de fases intermetÃlicas, exigindo uma criteriosa seleÃÃo dos parÃmetros de soldagem. Este problema tende a ser crÃtico na soldagem multipasse, onde hà a imposiÃÃo de vÃrios ciclos tÃrmicos. Desta forma, este trabalho tem como objetivo estudar o efeito dos parÃmetros de soldagem sobre as transformaÃÃes microestruturais e a resistÃncia à corrosÃo na soldagem multipasse do aÃo inoxidÃvel superduplex UNS S32750 pelo processo MIG/MAG. A fim de atingir este objetivo, os seguintes fatores de controle, com seus nÃveis, foram estudados: energia de soldagem (0,6 kJ/mm, 1,0 kJ/mm e 1,8 kJ/mm), gÃs de proteÃÃo (98%Ar + 2%CO2 e 60%Ar + 38%He + 2%CO2) e o formato de onda da corrente (contÃnua e pulsada). As soldagens foram realizadas em juntas com 22 mm de espessura, com geometria em âmeio Vâ e Ãngulo de 45 em uma bancada robotizada. Como planejamento experimental, foi adotado o fatorial fracional com nÃveis mistos, resultando em oito juntas soldadas. Foi realizada uma caracterizaÃÃo microestrutural das regiÃes da Zona Fundida (ZF) e Zona Afetada pelo Calor (ZAC) pelas de Microscopia Ãtica (MO) e Microscopia EletrÃnica de Varredura (MEV). Como caracterÃsticas de resposta, avaliou-se o teor mÃdio de ferrita e o espaÃamento entre os grÃos de austenita (ambos por anÃlise de imagens), a composiÃÃo quÃmica das fases ferrita e austenita (por Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X â EDS) e a resistÃncia à corrosÃo (pelas tÃcnicas eletroquÃmicas de polarizaÃÃo potenciodinÃmica e espectroscopia de impedÃncia eletroquÃmica). Os resultados indicaram que a energia de soldagem foi o fator que exerceu maior influÃncia sobre o teor mÃdio de ferrita na regiÃo do reforÃo das juntas. Na raiz, o formato de onda e o gÃs de proteÃÃo tambÃm influenciaram sobre esta caracterÃstica. Foi observado que o particionamento quÃmico entre as fases ferrita e austenita à maior na ZAC que na ZF, porÃm nÃo hà um comportamento claro da alteraÃÃo desta caracterÃstica em funÃÃo da energia de soldagem. A quantidade de austenita secundÃria (γ2) apresentou uma relaÃÃo nÃo linear com a energia de soldagem no reforÃo das juntas, sendo mais presente quando foi utilizado o nÃvel de energia de 1,0 kJ/mm, em mÃdia. Em relaÃÃo à resistÃncia à corrosÃo por pites, os ensaios de polarizaÃÃo potenciodinÃmica mostraram que a estabilidade dos pites depende da temperatura da soluÃÃo, e a nucleaÃÃo apresentou uma relaÃÃo com as regiÃes onde havia a precipitaÃÃo de nitretos. Somente nas regiÃes do reforÃo das juntas que apresentaram os maiores teores mÃdios de ferrita na ZF foi possÃvel observar a ocorrÃncia de pites estÃveis, em todos os outros casos estes ocorreram na ZAC. A espectroscopia de impedÃncia eletroquÃmica mostrou uma tendÃncia no aumento da resistÃncia à polarizaÃÃo nas juntas soldadas com o aumento do nÃvel de energia de soldagem. / Superduplex stainless steels are alloys that have good corrosion and mechanic resistance and, even more, are being used in substitution of austenitic stainless steels. However, welding thermal cycles may deteriorate these properties, affecting ferrite/austenite microstructural ratio and inducing intermetallic phases precipitation, thus requiring an adequate welding parameters selection. This problem might be critical in multipass welding due to repeated thermal cycles. Then, this work aims to study the effect of GMAW parameters on microstructural transformations and corrosion resistance of UNS S32750 superduplex stainless steel multipass welding. Thus, heat input (0,6 kJ/mm, 1,0 and 2,0 kJ/mm), shielding gas composition (98%Ar + 2%CO2 and 60%Ar + 38%He + 2%CO2), current wave shape (continuous and pulsed current) triangular weaving) were selected as the control factors and levels to be evaluated. Welds were performed on âhalf Vâ butt joints with 45 bevel angle and thickness of 22 mm. Mixed level fractional factorial technique was selected to the experimental design, resulting in eight butt joints welded. A microstructural characterization was performed on Weld Metal (WM) and Heat Affected Zone (HAZ) by Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). As response characteristics, one evaluated ferrite fraction and austenite mean spacing (both by image analysis), chemical composition of ferrite and austenite phases (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy - EDS) and corrosion resistance (by electrochemical potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy). The results indicated that the heat input was the factor that exerted the greatest influence on the average content of ferrite at the cap of the joints. At root, the waveform and the shielding gas also influenced on this trait. It was observed that the elemental partitioning between ferrite and austenite phases is higher in the HAZ than in the WM, but there is not a tendency of this characteristic as a function of the heat input. The secondary austenite fraction presented a nonlinear relationship at the cap of the joints and the presence was greater when 1,0 kJ/mm heat input was used. Regarding to pitting corrosion resistance, polarization tests showed that the stability of the pits depends on the temperature of the solution, and the nucleation presents a relationship with the regions where there was precipitation of nitrides. Only at the region of the cap that had the highest average levels of ferrite in WM was possible to observe the occurrence of stable pits in this region, in all other cases they occurred in the HAZ. The electrochemical impedance spectroscopy showed a tendency to increase the polarization resistance of the welded joints with increasing the heat input level.

O fenômeno de permeabilidade refere-se à capacidade com que um fluido é transportado através de um meio poroso, impulsionado por gradiente de pressão entre material e meio externo. Agentes de degradação são conduzidos ao interior de argamassas e concretos impelidos através desse tipo de fenômeno. Por isso, considera-se a permeabilidade como um dos principais parâmetros referentes à durabilidade e vida útil de materiais cimentíceos. Além disso, como esse tipo de avaliação está relacionada às condições estruturais dos vazios capilares de meios porosos, esse tipo de medida pode prover um indicativo das condições da estrutura porosa das argamassas no momento do ensaio, servindo ainda como método de controle de qualidade e avaliação dos processos de produção. Portanto, um novo procedimento de medida de permeabilidade ao ar, em regime de escoamento transiente, foi desenvolvido para avaliação de argamassas de revestimento através do método de vaccum-decay. O potencial do processo não se restringe apenas na determinação dos parâmetros clássicos de permeabilidade propostos por Henry Darcy, mas na avaliação das curvas de recuperação de pressão que fornecem um indicativo das condições microestruturais de diferentes estados da estrutura de meios porosos. Além disso, trata-se de um ensaio portátil, não destrutivo e de baixo custo de implementação para avaliação de argamassas de revestimento in situ. Para isto, neste trabalho foram avaliadas diferentes formulações de argamassas de revestimento tanto em ambiente laboratorial quanto in situ, em comparação ao método de Cembureau (referência), e se existe relação entre as duas diferentes condições apresentadas. A profundidade alcançada por esse tipo de ensaio superficial é uma dúvida recorrente deste e outros ensaios da mesma natureza, e por isso foi considerado no desenvolvimento do plano experimental. Ainda, as diferentes direções do fluxo de ar durante a medida podem influenciar as determinações das permeabilidades para diferentes configurações de experimentos realizados, e também foram considerados no desenvolvimento do método. / The phenomenon of permeability refers to the ability with which a fluid is transported through a porous medium, driven by pressure gradient between the material and the external environment. Degradation agents are conducted to the interior of mortar and concrete driven through such a phenomenon. Therefore, it is the permeability as a key parameters for durability and shelf life of cementitious materials. Moreover, as this type of evaluation is related to structural conditions of the empty capillary porous media, this type of measurement can provide an indication of the conditions of the porous structure of mortar at the time of trial, still serving as a method of quality control and evaluation production processes. Therefore, a new procedure for measuring air permeability in transient flow regime was developed for evaluation of mortar coating by the method of vacuum-decay. The potential of the process is not restricted only to the determination of the classical parameters of permeability proposed by Henry Darcy, but in assessing the recovery curve of pressure that provide a clear picture of states in different microstructural conditions of the structure of porous media. Moreover, it is a portable test, nondestructive and low cost of implementation for evaluation of mortar coating in situ. For this reason, this study evaluated different formulations of mortar coating in laboratory environment and in situ, compared to the Cembureau method (reference), and if there is a relationship between two different conditions presented. The depth reached by this type of test surface is a recurring question of this and other tests of the same nature, and so was considered in developing of this experimental plan. Still, the different directions of air flow during the measurement can influence the determination of permeability for different configurations of the experiments, and were also considered in developing the method.

Este trabalho visou estudar o efeito dos parâmetros microestruturais da liga de latão 60/40 isenta de chumbo, com enfoque na observação da influência de 4 diferentes frações volumétricas e morfologias da fase &#946 nos aspectos de usinabilidade. Os resultados foram comparados com duas referências comerciais de ligas de latão, sendo uma de corte livre com adição de chumbo, e outra de latão 70/30 isenta de fase &#946. Esta comparação foi feita por meio dos ensaios de caracterização microestrutural, ensaios mecânicos de dureza Vickers, tração uniaxial e ensaios de usinabilidade. Na avaliação da usinabilidade foram estudadas as morfologias macro e microestrutural dos cavacos, rugosidade final das peças usinadas, medição das forças de corte e análise da vida útil da ferramenta. Esta comparação de desempenho em usinabilidade busca viabilizar a gradativa substituição das ligas de latão com chumbo por ligas isentas de metais pesados, preenchendo uma demanda crescente de mercado por este tipo de produto. A fase &#946 exerce uma importante influência na redução das forças de corte e rugosidade, além do fato de que o efeito térmico cumpre um papel importante no comportamento em usinagem dos latões, evidenciado pela alteração das frações volumétricas das fases µ e &#946 no cavaco analisado, a qual é associada a uma transformação de ordem-desordem. / This work presents a study of microstructural features of lead-free 60/40 brasses on their machinability, which was focused on the observation of four different volumetric fractions and morphologies of &#946 phase. Two commercial brasses were used as base materials: a free cutting brass with lead and a 70/30 brass without &#946 phase, respectively. These materials were manufactured through hot extruded, cold worked and heat treated rods of these three different alloys, and submitted a microstructure analysis, and mechanical characterization by Vickers hardness and a uniaxial tensile test. Machinability tests were conducted to evaluate the morphology and microstructure of the chips and the final roughness of the workpieces, cutting forces and tool wear test. The results help to evaluate the feasibility of substitution of the leaded brasses for brasses without heavy metals, filling a growing demand for this product in the industry. The &#946 phase has a strong influence on cutting forces and roughness reduction as well as the thermal effect plays an important role in the volume fraction of µ and &#946 phases of the analyzed chip, which was related to the presence of &#946 phase and an order-disorder transformation.

Ao longo dos anos o crescente interesse pelo aumento das propriedades mecânicas de resistência dos aços, bem como busca por uma tenacidade à fratura aumentada, tem levado o desenvolvimento de novos aços de ultra-alta resistência. Essa classe de aços se demonstra bastante adequada a uma série de aplicações em componentes de alta responsabilidade, como os da indústria aeronáutica. O aço VART 100 é um desenvolvimento da Villares Metals S.A. e é um aço diferenciado, por seu maior teor de níquel, cromo e molibdênio e pela introdução de cobalto em sua composição química que se apresenta como um aço nacional para substituição com vantagens do aço SAE 300M. No mercado internacional existe um aço que tem sido utilizado para este tipo de aplicação com grande sucesso que é o aço AerMet 100. Vários ciclos de tratamentos térmicos podem ser utilizados no VART 100 levando a uma elevada resistência mecânica que pode ter sérias implicações na sua tenacidade à fratura e resistência a fadiga. Este trabalho faz parte de um estudo maior do aço VART100, onde as propriedades mecânicas de tenacidade ao impacto, tenacidade à fratura, vida em fadiga e resistência a propagação de trinca por fadiga estão sendo estudados. Especificamente neste trabalho foram realizadas analises microestruturais, ensaios de dureza Rockwell, ensaios de tração, propagação de trinca por fadiga, curvas da/dN x ΔK e de tenacidade à fratura,KIC, além da avaliação dos micromecanismos de fratura. Os resultados da análise microestrutural mostrou que os grãos da austenita anterior possuem um tamanho médio de 11,6 μm e uma distribuição homogênea de finos precipitados na matriz de martensita envelhecida. Os parâmetros de resistência mecânica obtidos no ensaio de tração do aço VART 100 se apresentaram muito similares aos dos aços SAE 300M e AerMet 100, entretanto os parâmetros de ductilidade apresentaram valores superiores em relação tanto ao 300M quanto em relação ao Aermet 100. Do ensaio de tenacidade à fratura, observa-se que em relação ao aço SAE 300M, o aço VART 100 apresenta uma superior tenacidade à fratura, entretanto com relação ao AerMet 100, ainda que os parâmetros de resistência são similares, o AerMet 100 apresenta uma destacada superioridade na tenacidade à fratura (cerca de 57% superior). Dos parâmetros obtidos nos ensaios de propagação de trinca por fadiga, observamos que os valores de ΔK0 da Região I são semelhantes independente das direções ensaiadas R-C e LR, mas há uma pequena redução nesse valor quando a razão de carga aumentou de 0,1 para 0,5. A região de Paris foi insensível a variação da razão de carga. Assim, os parâmetros C e m obtidos na Região II, fornece valores bastante similares, que comparados através da utilização da equação de Forman modificada, nos permite notar um desempenho levemente superior do Aermet 100 comparado ao VART 100. / Over the years a growing interest in increasing the mechanical strength of steels, as well as, the search for an increased fracture toughness, has led to the development of new ultra-high resistance steels. This class of steels demonstrated to be well suited to a variety of applications in components of high responsibility, such as the ones for the aerospace industry. The VART 100 steel is a Villares Metals S.A. development and is a distinctive steel, for its higher content of nickel, chromium and molybdenum and the introduction of cobalt and Ti in its chemical composition that presents as a national option for replacement, with advantages, for the SAE 300M steel . In the international market there is a steel that has been used for this type of application with great success, it is named AerMet 100. Different heat treatment cycles can be used in VART 100 leading to high mechanical resistance that may cause serious implications on their fracture toughness and fatigue resistance. This work is part of a larger study with the VART100 steel, where the mechanical properties, such as impact resistance, fracture toughness, fatigue life, and fatigue crack propagation resistance are being studied. Specifically in this work the microstructural analysis, Rockwell hardness testing, tensile, fatigue crack propagation curves da / dN x ΔK and fracture toughness, KIC, were carried out. The microstructural results showed that the prior austenite grains have an average size of 11.6 μm and a homogeneous distribution of fine precipitates in a aged martensite matrix. The mechanical strength obtained in the tensile test of the VART 100 steel are very similar to both the SAE 300M steels and AerMet 100, however the ductility parameters showed higher values than the ones for 300M and Aermet 100 steels. From the fracture toughness test, it was observed that the VART 100 exhibits superior fracture toughness than the SAE 300M, but in relation to the AerMet 100 steel, although the strength parameters are similar, the AerMet 100 presented an outstanding superior fracture toughness (about 57% higher). From the fatigue crack propagation tests, we observed that the values of K0 (Region I) are similar regardless of the tested R-C and L-R directions, but there is a small reduction in value when the load ratio increased from 0.1 to 0.5 . The Paris region was insensitive to variation of the load ratio. Thus, the C and m parameters, obtained in Region II, provided very similar values, if compared by using the modified Forman equation, allows us to observe a slightly higher performance of AerMet 100 when compared to VART 100.

O refratário dolomítico é amplamente utilizado como revestimento de trabalho para panelas no processo de Aciaria, por sua excelente refratariedade em condições de serviço, principalmente em usinas que produzem aços acalmados ao silício. O emprego deste refratário é em virtude de uma formação natural de uma capa protetora, a qual potencializa a vida do refratário, acarretando em um aumento da vida útil do equipamento. O trabalho baseia-se em um estudo comparativo entre dois tijolos dolomíticos nomeados aqui como tijolos A e B. Os testes em escala industrial foram dados pela montagem de seis revestimentos, de cada tijolo, colocados sob as mesmas condições, monitorando-se a temperatura e o grau de oxidação do banho metálico. Ao final da campanha da panela se realizou alguns testes POST MORTEM, onde se destaca as medidas dos residuais. Além disso, para completar este estudo comparativo, separaram-se tijolos novos de cada marca, os quais foram submetidos às análises microestruturais via MEV, análises termogravimétricas, análises químicas por EDS e DRX, entre outros ensaios. Os resultados mostraram que o tijolo A teve um desempenho 20% superior ao tijolo B. O tijolo A tem maior pureza, microestrutura com agregados arredondados, com maior homogeneidade, uma ótima distribuição entre partículas finas e médias, favorecendo o empacotamento o que justifica sua maior tenacidade à fratura e resistência à corrosão. Também foi evidenciada de forma clara a presença de carbono grafite no tijolo A, conferindo-lhe uma maior resistência ao choque térmico e à corrosão. / The refractory dolomite is widely used as coating for ladles work in steelmaking process for its excellent refractoriness in terms of service. The use of this refractory is due to a natural formation of a protective layer, which enhances the life of the refractory, resulting in increased equipment life. This work is based on a comparative study between two bricks dolomite named here as A and B. Tests were given on an industrial scale by assembling six coatings of each brick placed in the same conditions by monitoring the temperature and the degree of oxidation of the metal bath. At the end of the campaign applied some tests POST MORTEM, how measurements of residual stresses. Moreover, to complete this comparative study, separated from each brand new bricks, which were subjected to microstructural analyzes via MEV, thermogravimetric analysis, chemical analysis by EDS and XRD, among other tests. The results showed that the performance of brick A was 20% higher than brick B. The Brick A has a higher purity, microstructure with rounded aggregates with greater homogeneity, optimal distribution between fine and medium particles, favoring the packaging which justifies a higher fracture toughness and corrosion resistance. It was also clearly evidenced the presence of graphitic carbon in the brick A, giving it a higher resistance to thermal shock and corrosion.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:37:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01908.pdf: 6409813 bytes, checksum: a4da653568b2a1fde0228c02cc3838b9 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A usinagem de estruturas micrométricas pode ser feita com pulsos laser de nano, pico ou fentossegundos. Destes, porém, somente os mais curtos podem resultar em uma interação não térmica com a matéria, o que evita a fusão, formação de rebarba e zona afetada pelo calor. Devido à sua baixa potência média, contudo, a sua utilização na produção em massa somente pode ser considerada em casos muito especiais, isto é, quando o processamento não-térmico é essencial. Este é o caso da usinagem de semicondutores, aços elétricos, produção de MEMS (sistemas micro eletro-mecânicos), de micro canais e diversos dispositivos médicos e biológicos. Assim, visando a produção destes tipos de estruturas, uma estação de trabalho foi construída com capacidade de controlar os principais parâmetros de processo necessários para uma usinagem micrométrica com laser de pulsos ultracurtos. Os principais problemas deste tipo de estação são o controle da fluência e do posicionamento do ponto focal. Assim, o controle do diâmetro do feixe (no foco) e da energia devem ser feitos com grande precisão. Além disso, o posicionamento do ponto focal com precisão micrométrica nos três eixos, também é de fundamental importância. O sistema construído neste trabalho apresenta soluções para estes problemas, utilizando diversos sensores e posicionadores controlados simultaneamente por um único programa. A estação de trabalho recebe um feixe vindo de um laser de pulsos ultracurtos localizado em outro laboratório, e manipula este feixe de maneira a focalizá-lo com precisão na superfície da amostra a ser usinada. Os principais parâmetros controlados dinamicamente são a energia, o número de pulsos e o posicionamento individual de cada um deles. A distribuição espacial da intensidade, a polarização e as vibrações também foram medidas e otimizadas. O sistema foi testado e aferido com medidas de limiar de ablação do silício, que é um material bastante estudado neste regime de operação laser. Os resultados, quando confrontados com a literatura, mostram a confiabilidade e a precisão do sistema. A automatização, além de aumentar esta precisão, também aumentou a rapidez na obtenção dos resultados. Medidas de limiar de ablação também foram realizadas para o metal molibdênio, levando a resultados ainda não vistos na literatura. Assim, de acordo com o objetivo inicial, o sistema foi desenvolvido e está pronto para utilização em estudos que levem à produção de estruturas micrométricas. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP