Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-09-19T12:22:26Z No. of bitstreams: 1 TeseCPFP.pdf: 16852900 bytes, checksum: 991b5d30d97ee5d78d0a4b21dc713ac9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T18:12:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCPFP.pdf: 16852900 bytes, checksum: 991b5d30d97ee5d78d0a4b21dc713ac9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T18:13:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCPFP.pdf: 16852900 bytes, checksum: 991b5d30d97ee5d78d0a4b21dc713ac9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T18:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCPFP.pdf: 16852900 bytes, checksum: 991b5d30d97ee5d78d0a4b21dc713ac9 (MD5) Previous issue date: 2015-11-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / This thesis aimed the synthesis via in situ by Pechini method and the sintering by conventional and unconventional methods (microwave and spark-plasma) of particulates magnetoelectrics composites (ME) of ferroelectric systems 0,9Pb(Zn1/3Nb2/3O3)-0,1PbTiO3 (PZN-PT) and 0,675Pb(Mg1/3Nb2/3O3)- 0,325PbTiO3 (PMN-PT), combined with cobalt ferrite Fe2CoO4 (FCO), with 0,1≤x≤0,5 molar ratios of biphasic ferroelectric/ferromagnetic, aiming high densification, reduction in average grain size and microestructural controlling of constituent phases. The synthesis in situ by Pechini of both PZN-PT/FCO and PMN-PT/ FCO) composite systems was developed in an unprecedented way in this work, resulting successfully in two-phase systems without the presence of secondary phases, highly homogeneous distribution of constituent phases with an average size of nanometric particles and ensuring reproducibility of the method. The presence of FCO phase favored the 100% stabilizing of perovskite phase in PZN-PT system. Both (0,9PZN-0,1PT/FCO e PMN-0,325PT/FCO) systems, after conventional sintering, microwave and SPS showed no formation of secondary phases indicating that the stability of the perovskite phase in the PZN-PT and PMN-PT ferroelectrics phases were ensured. Unconventional sintering methods (microwave and SPS) allowed reach a percolation threshold in the compositions with high FCO content, beyond narrow distribution and lower average grain size favoring the obtaining of fine microstructures. All particulate composite systems sintering by the three techniques presented high resistivity values, even with the presence of high ferrite content which allowed its magnetoelectric characterization at low frequencies. Thus, the high degree of difficulty in getting the magnetoelectric composites, and the absence of studies of sintering microwave and spark-plasma and their effect on the physical and microstructural properties were the main motivation for the development of this work. / A presente Tese teve como objetivo a síntese por Pechini via in situ e sua sinterização por métodos convencional e não convencionais (micro-ondas e spark-plasma) de compósitos magnetoelétricos particulados (ME) dos sistemas ferroelétricos 0,9Pb(Zn1/3Nb2/3O3)-0,1PbTiO3 (0,9PZN-0,1PT) e 0,675Pb(Mg1/3Nb2/3O3)-0,325PbTiO3 (PMN-0,325PT), combinados à ferrita de cobalto, Fe2CoO4 (FCO), em concentrações molares de 0,1≤x≤0,5 das fases (1-x)ferroelétricas/(x)ferromagnética, visando alta densificação, redução do tamanho médio de grão e controle microestrutural das fases constituintes. A síntese in situ por Pechini de ambos os sistemas compósitos (0,9PZN- 0,1PT/FCO e PMN-0,325PT/FCO) foi desenvolvida de forma inédita neste trabalho, resultando com sucesso em sistemas bifásicos sem presença de fases secundárias, distribuição altamente homogênea das fases constituintes com tamanho médio de partículas nanométricos e garantia de reprodutibilidade do método. A presença da fase FCO favoreceu a estabilização da fase perovskita em 100% no sistema 0,9PZN-0,1PT. Ambos os sistemas (0,9PZN- 0,1PT/FCO e PMN-0,325PT/FCO), após sinterização por método convencional, por micro-ondas e por spark plasma (SPS), não apresentaram formação de fases secundárias indicando que foi garantida a estabilidade da fase perovskita nas fases ferroelétricas. Os métodos não convencionais de sinterização (microondas e SPS) permitiram atingir o limite de percolação nas composições de alto teor de FCO, além de permitir uma distribuição estreita e menor tamanho médio de grãos favorecendo a obtenção de microestruturas finas. Todos os sistemas compósitos particulados sinterizados pelas três técnicas apresentaram relativos altos valores de resistividade, mesmo com a presença de alto teor de ferrita, o que permitiu a sua caracterização magnetoelétrica a baixas frequências. Desta forma, o alto grau de dificuldade na obtenção dos compósitos magnetoelétricos, bem como a inexistência de estudos da sinterização por micro-ondas e SPS e seu efeito nas propriedades físicas e microestruturais foram a principal motivação para o desenvolvimento deste trabalho.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-10-05T13:31:48Z No. of bitstreams: 1 TeseHEA.pdf: 5446854 bytes, checksum: 1248f4ea9e4ea3dc2901a34e0516a216 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-13T20:28:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseHEA.pdf: 5446854 bytes, checksum: 1248f4ea9e4ea3dc2901a34e0516a216 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-13T20:29:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseHEA.pdf: 5446854 bytes, checksum: 1248f4ea9e4ea3dc2901a34e0516a216 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T20:29:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseHEA.pdf: 5446854 bytes, checksum: 1248f4ea9e4ea3dc2901a34e0516a216 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The development of solid electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells is a challenge to enabling this technology as sustanaible energy resource. Ceramics based on Yttrium doped- Barium cerate are potential candidates for this application due high protonic electrical conducitivity at intermediate temperatures, 500~600o C. In this present work, BaCe0,9Y0,1O3 based ceramics were prepared by solid state reaction and wet chemical route, specifically amorphous citrate process. The sintering parameters were controlled by dwell temperature, dwell time and heating rate. X ray diffraction was performed to powders, green and sintered ceramics and the perovskite phase was obtained but it was observed that lattice symmetry shows strongly dependent on dwell sintering and powders preparation route. The scanning electronic microscopy and sintering at dilatometer were performed and have shown a liquid phase sintering. A model to BaCe0,9Y0,1O3 sintering was proposed which the partial substitution of Yttrium atoms at host site of Cerium leads to a liquid phase formation at eutectic point of BaCeO3 composition and this promotes densification. The following step is dedicated to re-incorporation of Yttrium atoms to lattice and returning to conductive phase. The success of this step is favored by higher temperatures and chemical homogeneity of powders. The electrical conductivity shows stronger dependence on sintering profile at wet chemical powder than at solid state reaction powder. Among sintered ceramics with density at least 95% than theoretical density, the higher conductivity was achieved with lower temperature sintering and better chemical homogeneity, with =10-2 S.cm-1 at 500ºC in humidity atmospheres. / O desenvolvimento de eletrólitos sólidos para Células a Combustível caracteriza um desafio para a implementação dessa tecnologia como fonte de energia. As cerâmicas de cerato de Bário dopado com Ítrio são candidatas em potencial para aplicação por apresentam excelente condutividade elétrica protônica em temperaturas intermediárias, 500~600º C. No presente trabalho, cerâmicas a base de BaCe0,9Y0,1O3 foram produzidas através de pós preparados por reação em estado sólido e por rota química com reação em estado líquido através de processo citrato amorfo. As condições de sinterização foram controladas através da alteração de temperatura de patamar, tempo de patamar, taxa de aquecimento e número de etapas de sinterização. As amostras sinterizadas foram analisadas por difração de raios X e foi obtida a fase perovskita com a simetria dependente da temperatura de sinterização e rota de preparação dos pós. A análise de microestrutura através de microscopia eletrônica de varredura em conjunto com a análise de sinterização em dilatômetro indicaram que a sinterização ocorre por fase líquida. Um modelo para a sinterização de BaCe0,9Y0,1O3 foi proposto onde a substituição parcial dos átomos de Ítrio na posição do Cério favorece a formação de fase líquida em pequenas quantidades no ponto eutético da composição BaCeO3 auxiliando a densificação e a fase seguinte da sinterização é dedicada a entrada dos átomos de Ítrio na rede retomando a fase de interesse. A eficiência dessa fase é determinante na densidade e formação de fase dos corpos cerâmicos e é favorecida pela temperatura e pela homogeneidade química dos pós. A condutividade elétrica mostrou-se mais dependente das condições de sinterização nas cerâmicas preparadas através de rota química. Dentre os corpos sinterizados e com densidade superior a 95% a maior condutividade elétrica foi observada para a menor temperatura de sinterização e maior homogeneidade química, com valores de 10-2 S.cm-1 a 500ºC, sendo correspondente às exigências para eletrólitos sólidos.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-04-03T17:52:08Z No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-18T13:29:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-18T13:30:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T14:08:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) Previous issue date: 2016-03-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Polytetrafluoroethylene (PTFE) has excellent properties such as chemical inertness and useful mechanical properties at high and low temperatures. After melt, the PTFE viscosity is so high that the extrusion and injection processing are impracticable. Alternatively, the PTFE powder is cold pressed and sintered. During the sintering, heterogeneous temperature distributions may occur because of the low thermal conductivity of PTFE and induce thermal stresses. Cracks will be initiated if such stresses exceed the failure one. Considering the raw material cost (10 US$ kg−1)) and its density (2,2 g cm−3) cracks in the sintered PTFE may cause financial losses for the manufacturing industry, which justifies the studies about this process. The main mechanisms that cause permanent strains are the crystallinity change and the closure of voids from the pressing, which makes the satisfactory modeling of the PTFE sintering be complex. This work aims to characterize the strains assigned to the crystallinity changes and develop a computational model with such mechanism concerning the sintering of PTFE parts shaped by cold pressing. An experimental apparatus for the application of optical dilatometry assisted by Digital Image Correlation (DIC) was developed and used to estimate the specific volume of the amorphous and crystalline phases during sintering. The model was implemented using the UEXPAN AbaqusTM sub routine and model’s variables were obtained from literature and / or experimentally characterized. The model was validated by an experiment with thermal gradient induced strains in a PTFE specimen and the simulation results showed good correspondence with the DIC ones. For future works, it is suggested the improvement of the model implementing the void closure mechanism and the melting and crystallization kinetics, hence, the characterization of material properties in the temperature range of the process. / O politetrafluoretileno (PTFE) possui excelentes propriedades como alta resistência química, alta capacidade de isolamento térmico e elevada gama de temperaturas de serviço. A elevada viscosidade do PTFE no estado fundido inviabiliza seu processamento por extrusão e injeção, portanto, recorre-se às rotas de fabricação não tradicionais para polímeros como a prensagem a frio seguida da sinterização do pó (ou dos pellets) do PTFE. Como o PTFE é um mau condutor de calor, podem surgir trincas na peça devido aos gradientes de deformação ocasionados pela distribuição heterogênea de temperatura durante a sinterização. Isso causaria grandes prejuízos à indústria transformadora ao se considerar o custo da matéria prima (10 US$ kg−1) e sua densidade (2,2 g cm−3), o que justifica estudos acerca do processo de sinterização. Os principais mecanismos que causam deformações permanentes são a variação do grau de cristalinidade, a qual depende das cinéticas de fusão, cristalização e degradação do PTFE, e o fechamento de vazios provenientes da prensagem. Estes mecanismos fazem com que a modelagem satisfatória da sinterização do PTFE não seja simples. O objetivo deste trabalho é caracterizar experimentalmente as deformações atribuídas à variação do grau de cristalinidade e desenvolver um modelo computacional contendo este mecanismo para a sinterização de peças de PTFE moldadas por prensagem isostática a frio. Foi desenvolvido um aparato para ensaios de dilatometria óptica assistida pela técnica de Correlação de Imagens Digitais, que foi utilizado para a caracterização dos volumes específicos das fases amorfa e cristalina do PTFE em função da temperatura e do grau de cristalinidade durante a sinterização. O modelo numérico foi implementado utilizando a sub-rotina UEXPAN do software AbaqusTM e suas variáveis foram obtidas da literatura e/ou caracterizadas experimentalmente. As potencialidades do modelo foram avaliadas em ensaio com gradiente térmico induzido e os valores provenientes da simulação mostraram boa correspondência com os experimentais, indicando que a implementação foi satisfatória dentro das simplificações utilizadas. Como perspectivas, destacam-se a sofisticação do modelo pela implementação do mecanismo de fechamento de vazios e das cinéticas de fusão e cristalização, bem como obtenção de propriedades do material que não foram encontradas na literatura para o intervalo de temperaturas do processo. / CNPQ: 130970/2014-0

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Alessandro Roger Rodrigues / Resumo: As exigências e a competitividade atual levam, cada vez mais, à busca por soluções mais baratas e eficazes, para qualquer segmento de mercado. Com isso, o ramo aeronáutico tem procurado por ferramentas que possibilitem o mais alto rendimento possível aliado à redução de custos. Este trabalho de furação em placas de titânio 6Al4V tem origem em função da comunalidade de uso deste material nas indústrias, por manter alta resistência mecânica e a altas temperaturas. As ferramentas escolhidas foram brocas de metal duro e brocas de aço rápido sinterizado objetivando um estudo comparativo entre estas, nas mais variadas condições de corte, desde a refrigeração em abundância com utilização de óleo solúvel, passando pela usinagem à seco e finalizando com o sistema da Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL) com óleo de corte puro. Os parâmetros de corte adotados foram conforme literatura técnica, para brocas de metal duro, utilizou-se velocidade de corte de 28 m/min, avanço total de 72 m/min e rotação de 2123 RPM e para as brocas de aço rápido sinterizado, velocidade de corte de 11 m/min, avanço total de 29 mm/min e rotação de 876 RPM. Anterior ao inicio dos testes, foi aplicado a ferramenta de Análise do Modo e Efeito de Falha a fim de identificar e prevenir possíveis discrepâncias na execução do processo de furação. A usinagem ocorreu em passes de 8mm de profundidade com interrupção a cada 200mm a 250mm para recolhimento de amostra de cavaco e avaliação parcial dos diversos possíveis desgastes nas ferramentas. Os parâmetros iniciais de finalização de cada broca foram estabelecidos com desgaste de 0,1mm ou tolerância de furos finais acima de H12. Os testes foram repetidos para ambas as brocas sempre em condições idênticas a fim de permitir uma comparação de resultados entre as ferramentas, geração ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The current requirements and the competitiveness lead, increasingly, to the search for cheaper and more effective solutions, to any segment of the market.Thus the aeronautics the aviation industry has been searching for tools that allow the highest possible income combined with the cost reduction.. This work of drilling in 6Al4V titanium plates originates due to the commonality of use of this material in industries, for maintaining high mechanical strength and high temperatures. The tools chosen were carbide drills and drills of sintered high speed steel aiming at a comparative study between these, in the most varied cutting conditions, since refrigeration in abundance with use of oil soluble, through dry machining and finishing with the system of Minimal Quantity of Lubrication with neat cutting oil. The cutting parameters were adopted as technical literature, for carbide drills, used cutting speed of 28 m/min, total advance of 72 m/min and 2123 RPM rotation and sintered high speed steel drills, cutting speed of 11 m/min, total advance of 29 mm/min and 876 RPM rotation. Prior to the start of the tests, was applied to the analysis tool mode and effect of failure in order to identify and prevent possible discrepancies in the execution of the drilling process. The machining occurred in 8 mm deep steps with interruption every 200 mm to 250 mm for chip sample and partial evaluation of the various possible wear on tools. The initial parameters of completion of each drill were set with 0,1mm wear or tolerance of final holes above H12. The tests were repeated for both drills always in identical terms in order to allow a comparison of results between the tools, chip generation and final diameter. The diameters were measured with standard pins every 20 holes where, even after intense damage, there was no pre-established dimensional limits variation i.e. ... (Complete Abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: Foi estudada a influência de cinza de bagaço de cana e rocha sedimentar, adicionadas a um material argiloso, durante o processo de sinterização. O material argiloso e os aditivos foram caracterizados utilizando Difratometria de Raio X, Espectrometria de flurescência de Raio X e Análise Térmica. As amostras de cinza e rocha foram moídas, peneiradas a 0,088 mm e 0,125 mm, respectivamente, e incorporadas nos teores de 0, 20, 40, 60 e 80% em massa ao material argiloso. Foram preparados corpos de prova, prensados uniaxialmente a 19 Mpa, para cada corpo de prova, em uma prensa manual. As peças foram sinterizadas nas temperaturas de 500, 800, 900, 1000, 1100 e 1200º C, usando um forno tipo mufla e, posteriormente, submetidos a análise difratométrica e a ensaios físicos e mecânicos de absorção de água, retração linear de queima, massa específica aparente, perda de massa ao fogo, porosidade aparente e módulo de ruptura à flexão. A difratometria de raios X mostrou que a cinza é composta de material cristalino, predominantemente quartzo; a rocha sedimentar apresentou, além de quartzo, argilominerais micáceos e o material argiloso teve como fase principal a caulinita, contendo ainda hidróxido de alumínio e óxidos de ferro em menores concentrações. A análise química mostrou que, além do silício, a cinza e a rocha sedimentar apresentaram concentrações de óxidos de alumínio, potássio, cálcio, ferro e magnésio, enquanto que no material, os óxidos de silício, alumínio, ferro e titânio foram predominantes. As análises térmicas das diferentes misturas mostraram algumas reações que indicam transformação (inversão do quartzo), decomposição (perda de hidróxidos) e formação de fase (mulita) durante o aquecimento das amostras. Difração de raios X sustentou as hipóteses levantadas nos termograms das amostras... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The influence of sugar cane bagasse ash and sedimentary rock, added to clay material, in the sintering process was studied. The clay material and the additives were characterized by X-ray diffraction, X-ray spectroscopy and thermal analysis. The ash and rock samples were triturated, sieved to 0.088 mm and 0.125 mm, respectively, and incorporated at 0, 20, 40, 60, and 80% in the clay material. Prismatic probes were prepared, each pressed at 19 Mpa in a manual press. The pieces were sintered at 500, 800, 900, 1000, 1100 ans 1200ºC, and then characterized by X-ray diffraction and tests for water absorption, linear shrinkage, apparent specific mass, loss on ignition, apparent porosity and flexural strength. X-ray diffraction showed that the ash was composed of crystalline material, predominantly quartz; the sedimentary rock contained, besides quartz, mica; and the main phase of the clay material was kaolinite, but also contained aluminum hydroxide and iron oxides in lower concentrations. Chemical analysis showed that, besides silicon, the ash and the sedimentary rock also contained concentrations of oxides of aluminum, potassium, calcium, iron and magnesium, while in the clay material, silicon oxide, aluminum, iron and titanium were predominant. Thermal analyses of the different of the mixtures showed some reactions that indicated transformation (inversion of the quartz), decomposition (loss of hydroxides) and phase formation (mullite) during the heating of the samples. X-ray diffraction supported the findings in the thermal analysis of the analyzed samples. The tests showed that both the ash and sedimentary rock worsened the mechanical properties of the clay material, although they contributed to the improvement of other attributes. The presence of quartz in the ash and rock hindered the formation of the mullite phase formed during the sintering process... (Complete abstract click electronic acess below) / Orientador: Elson Longo da Silva / Coorientador: Silvio Rainho Teixeira / Banca: Carla dos Santos Riccardi / Banca: Marcos Augusto de Lima Nobre / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Mestre

Orientadora: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Banca: André Luiz Jardini Munhoz / Banca: Ricardo Tadeu Lopes / Banca: Orivaldo Lopes da Silva / Banca: Ana Lia Anbinder / Resumo: O objetivo desse estudo in vivo foi verificar a resposta óssea de scaffolds porosos revestidos processados pela técnica de Sinterização Direta de Metais a laser (DMLS) associado à terapia de ultrassom de baixa intensidade. Os scaffolds foram processados empregando a técnica DMLS e tratados termicamente a 1000°C por 24 horas. Três tipos de tratamento de superfície foram avaliados: Alcalino, biomimético e imobilização de alendronato de sódio. Para o tratamento alcalino, as amostras foram imersas na solução de NaOH (5M) a 60ºC por 24 horas. O tratamento biomimético consistiu na imersão dos scaffolds em solução SBF (SimulatedBodyFluid) enquanto a imobilização do alendronato foi realizada a partir da imersão dos scaffolds em uma solução formada por SBF e medicamento durante 5 dias. As superfícies dos scaffolds foram avaliadas para cada etapa empregando microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise por difração de raios-X. Os scaffolds foram implantados na tíbia direita de 85 ratos machos da raça wistar com idade média de 12 semanas. A microtomografia computadorizada (µCT) e análise histológica foram realizadas para avaliar o reparo ósseo no defeito. As micrografias das superfícies obtidas mostraram mudanças no aspecto da superfície e composição química de acordo com o tratamento. O tratamento biomimético promoveu o crescimento da apatita sobre a superfície enquanto a imobilização com alendronato suprimiu sua formação. As imagens obtidas na microtomografia mostraram elevado valor de densidade óssea para o último grupo. No entanto, análises histológicas mostraram a formação de cápsula fibrosa em torno dos scaffolds a qual foi minimizada usando ultrassom pulsado de baixa intensidade. No entanto, mais estudos precisam ser realizados para avaliar a influência da geometria dos scaffolds na incorporação de medicamentos / Abstract: The objective of this in vivo study was to verify the bone response of coated Ti6Al4V porous scaffolds processed by Direct Metal Laser Sintering (DMLS) technique associated to low intensity pulsed ultrasound therapy. Scaffolds were processed by using Direct Metal Laser Sintering technique (DMLS) and heat treated at 1000 °C for 24 hours. Three types of surface treatments were evaluated: alkaline, biomimetic and sodium alendronate immobilization. For alkaline treatment, samples were immersed in a NaOH (5M) solution at 60ºC for 24 hours. Biomimetic treatment consisted in the immersion of the scaffolds into Simulated Body Fluid solution while for sodium alendronato immobilization the scaffolds were immersed in the solution formed by SBF plus drug during 5 days. The scaffolds surfaces were evaluated after each step employing SEM (Scanning Electron Microscopy)and X-rays diffraction analysis(XRD). Scaffolds were implanted into right tibia of 85 male Wistar rats with average age of 12 weeks. X-rays micro-computed tomography (µCT) and histological analysis were carried out to evaluate the bone repair on the defect. Micrographs analysis showed that the aspect of the surfaces and chemical composition changed according treatment. Biomimetic treatment promoted the growth of the apatite on the surface; in contrast the immobilization of alendronate suppressed apatite formation. Micro CT images showed higher value of bone density for the last group. However, histological analysis showed the formation of encapsulation fibrous around the scaffolds. This formation was minimized by using low intensity pulsed ultrasound technique, however, more studies can be carried out to evaluate the influence of scaffolds geometry in the drug incorporation / Doutor

Este trabalho teve por objetivo desenvolver um processo de sinterização a plasma utilizando gaiola catódica para a sinterização de amostras de alumínio, para atmosferas de argônio, hidrogênio e nitrogênio. Avanços recentes na sinterização a plasma motivaram a investigação sobre seus benefícios para o alumínio e se a técnica de tela ativa, em particular com o uso de gaiola catódica, é capaz de contornar alguns problemas encontrados na sinterização deste material, como a presença de uma camada passiva de óxido e a expansão volumétrica após a sinterização para certos parâmetros de processo. A sinterização foi realizada em três processos: convencional, plasma direto e plasma com gaiola catódica. Para o processo convencional utilizou-se atmosferas de argônio e nitrogênio e, para os processos a plasma, utilizou-se atmosferas de argônio, hidrogênio e nitrogênio. Houve queda na densificação média após a sinterização em todos os processos. Tanto o processo a plasma direto e com gaiola catódica resultaram na menor queda de densificação. A atmosfera de nitrogênio mostrou-se a mais efetiva nos processos avaliados, indo ao encontro com o reportado na literatura consultada. Houve aparente endurecimento superficial das amostras sinterizadas a plasma direto. As amostras sinterizadas a plasma com gaiola catódica obtiveram homogeneidade nos valores de microdureza superficial e transversal entre as atmosferas, concordando com o esperado do uso desta técnica. O processo a plasma direto produziu amostras com maior rugosidade em comparação com os outros processos, não havendo influência significativa da atmosfera de sinterização neste aspecto. Foi detectada a presença de zinco na superfície de amostras provenientes do processo convencional com nitrogênio e do processo a plasma com gaiola catódica utilizando argônio e nitrogênio, sendo confirmado pela análise química. Houve formação de nitreto de alumínio apenas no processo convencional com nitrogênio. O processo a plasma com gaiola catódica mostrou-se o mais promissor por apresentar bons resultados em relação aos obtidos nos outros processos avaliados e por ser capaz de preservar a integridade superficial das amostras. É possível promover a melhora das propriedades superficiais do alumínio com o uso de gaiola catódica através de tratamentos termoquímicos concomitantes com a sinterização, tendo em vista os benefícios relatados na literatura. / This study aimed to develop a plasma sintering process using cathodic cage for sintering aluminum samples for argon, hydrogen and nitrogen atmospheres. Recent advances in plasma sintering motivated the research into its benefits for the aluminum and if the active screen technique, in particular the use of cathodic cage, can overcome some problems encountered in the sintering of this material, as the presence of a passive oxide layer and volumetric expansion after sintering for certain process parameters. Sintering was carried out in three processes: conventional, direct plasma and plasma with cathodic cage. For the conventional process was used argon and nitrogen atmospheres and for the plasma processing was used argon, hydrogen and nitrogen atmospheres. There was a decrease in average densification after sintering in all processes Both the direct plasma and cathodic cage plasma processes resulted in the smallest drop of densification. The nitrogen atmosphere proved to be the most effective in al processes evaluated, meeting with the reported in the literature. There was apparent superficial hardening of the samples sintered in direct plasma. Samples sintered in cathodic cage plasma obtained homogeneity in values of surface and cross section hardness between the atmospheres, according to the expected use of this technique. The direct plasma process produced samples with higher surface roughness compared with other processes, with no apparent influence of the atmosphere in this respect. It was detected the presence of zinc in the sample surface from the conventional process with nitrogen and cathodic cage plasma process with argon and nitrogen being confirmed by chemical analysis. The phase analysis on the sintered samples with nitrogen accused the formation of aluminum nitride for the conventional process. The cathodic cage plasma process proved to be the most promising for showing good results compared to those obtained in the other processes evaluated and to be able to preserve the surface integrity of the samples. It is possible to promote the improvement of the surface properties of aluminum with the use of active screen via thermochemical treatments concomitant with the sintering, in view of the benefits reported in the literature.

A técnica de sinterização por plasma, também conhecida como processo SPS (Spark Plasma Sintering), é um processo para consolidação e sinterização de pós, em que corrente elétrica alternada pulsada e pressão de compactação são aplicadas simultaneamente aos componentes ferramentais (molde, punções, etc.). O molde utilizado neste processo tradicionalmente é cilíndrico, composto por grafite e permite a fabricação de amostras com geometria circular. Esse processo também possibilita a sinterização de um grande número de materiais, em especial, Materiais com Gradação Funcional (MGF). Tendo em vista os aspectos de geometria e composição da amostra, um projeto de otimização de moldes pode ser desenvolvido visando a fabricação de amostras com geometrias e gradação complexas. Com isso, é possível adequar a geometria do molde ao formato e composição da amostra que se deseja sinterizar, visando uma sinterização uniforme. Portanto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para projetos de moldes utilizados na sinterização por plasma. Esta metodologia consiste na implementação de um algoritmo de otimização baseado no Método de Otimização Topológica (MOT), considerando três tipos de abordagem: a primeira abordagem, a qual visa a geometria da amostra, busca obter um molde prismático considerando amostras com geometria arbitrária, como por exemplo quadrada, triangular ou em cruz, com o objetivo de uniformizar o campo de temperaturas na amostra: na segunda abordagem, que considera moldes para a fabricação de amostras (MGF, os moldes podem ser projetados de modo a produzirem um gradiente de temperatura, na direção axial, através da variação da espessura da parede do molde; a terceira abordagem considera um molde constituído por material compósito. Nesta última abordagem é proposto um novo conceito de molde, onde se busca trabalhar não apenas com a geometria, como também com a microestrutura do molde dada por um material anisotrópico. Para a implementação do algoritmo de otimização, um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), é desenvolvido considerando o processo SPS como um problema de acoplamento eletrotérmico. Na implementação do MOT utiliza-se um modelo de material baseado no SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) e Programação Linear Sequencial (PLS) para resolver o problema de otimização do molde. Todo algoritmo de otimização é implementado na linguagem própria do ambiente Matlab® e o pós-processamento, para verificação e validação dos resultados, é executado no software comercial Comsol®. / The Spark Plasma Sintering (SPS) technique is a powder consolidating and sintering process, in which pulsed DC electric current and pressure loads are applied simultaneously in the tool system components (graphite die, punchers, etc.) in order to perform the sintering process. Generally, a cylindrical graphite die is used for circular samples manufacturing and through this process the sinterization of a large number of materials, including Functionally Graded Materials (FGM), is possible. Considering the geometry and sample material aspects, an optimization die design technique can be developed based on the manufacturing of samples with complex geometry and gradation. Thus, it is possible to adjust the die geometry to the sample geometry or gradation in order to achieve a uniform sinterization. Therefore, the aim of this work is the development of a methodology to be applied in the design of dies used in SPS sintering process. This methodology consists of implementing an optimization algorithm based on the Topology Optimization Method (TOM), considering three approaches: in the first one a prismatic die is designed to process a sample with arbitrary geometry, for example square, triangular and cross sample; in the second approach the change of the die wall thickness is considered to achieve a predefined temperature gradient in the gradation direction of MGF samples and the third approach the same previous objective is considered, however the focus is the optimization of thermal conductive fibers. In the latest approach, a new die concept is proposed, where the objective is to optimize not only the die geometry but he microstructure considering a die composed by an anisotropic material. T implement the optimization algorithm a computational model based on the Finite Element Method (FEM) is developed considering the SPS process as an electrothermal coupled problem. In the TOM implementation a material model based on SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) is adopted and the Sequential Linear Programming is used to solve the optimization problem. The optimization algorithm is implemented using the Matlab® environment and the pos-processing, for verification and validation of the obtained results is carried out by using Comsol®.

O objetivo do trabalho foi fabricar ferramentas de corte para usinagem a partir de materiais em gradação funcional (Functionally Graded Materials FGM), fazendo uso da técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering SPS), a qual permite taxa de aquecimento e resfriamento maior do que as técnicas tradicionais, menor temperatura e tempo de operação, melhor controle energético e alta repetibilidade. Os materiais utilizados foram pós cerâmicos a base de alumina (Al2O3-ZrO2 e Al2O3-TiC) e metal duro (WC-Co), de modo que dois insertos foram desenvolvidos, um de cerâmica branca (Al2O3-ZrO2) em gradação com metal duro e outro de cerâmica mista (Al2O3-TiC) em gradação com metal duro. A metodologia experimental levou em conta a aplicação de um modelo termomecânico para estimar a tensão residual térmica ao longo da espessura da ferramenta, estudo da influência dos parâmetros de sinterização por SPS (Temperatura e Pressão) sobre a qualidade do sinterizado (caracterização da propriedade física, densidade), com base nesses dados foi escolhida a melhor condição de operação para fabricar corpos de prova (CPs) para os ensaios mecânicos de resistência à flexão, dureza e tenacidade à fratura, além de insertos em FGM para os ensaios de usinagem em ferro fundido cinzento fazendo uso da operação de torneamento. Os resultados mostraram que o parâmetro de máquina que mais influenciou a densidade foi a Temperatura, os FGMs de AlTiC e AlZr obtiveram um aumento de 126 e 73% na resistência à flexão em relação às suas respectivas cerâmicas homogêneas, seguindo a sequência dos materiais, a dureza foi avaliada em 13,8 e 15,8 GPa, enquanto a tenacidade à fratura em 4,91 e 5,04 MPa.m1/2. Quanto aos ensaios de usinagem, as ferramentas de FGM AlZr apresentaram menor desgaste do que as de FGM AlTiC, as forças de corte foram influenciadas pelas variáveis Avanço e Velocidade de corte, finalmente, o Avanço foi a variável que mais influenciou os resultados de rugosidade. / The aim was fabricating cutting tools from functionally graded materials (FGM) by spark plasma sintering method (SPS), which allow heating and cooling rates higher than traditional methods, lower temperature and shorter time sintering, better energy control and high reproducibility. The materials used were ceramic powders based on alumina (Al2O3-ZrO2 and Al2O3-TiC) and cemented carbide (WC-Co), so that two inserts were developed, one of white ceramic (Al2O3-ZrO2) graded with cemented carbide and the other of mixed ceramic (Al2O3- TiC) graded with cemented carbide. The experimental methodology was developed from thermo-mechanical model application to estimate thermal residual stress along with tool thickness, study into the influence of SPS sintering parameters (Temperature and Pressure) over sintered quality (physical properties characterization, density), on the basis of these data, the best operating condition was chosen to fabricate workpieces for mechanical tests of flexural strength, hardness and fracture toughness, besides FGM inserts to machining tests in grey cast iron using turning operation. The results showed the machine parameter that mostly influenced density was Temperature; the AlTiC and AlZr FGMs got an increase of 126 and 73% in flexural strength in relation to their homogeneous ceramics. Following the materials sequence, the hardness was evaluated at 13.8 and 15.8 GPa, whereas the fracture toughness was 4.91 and 5.04 MPa.m1/2. For the machining tests, FGM AlZr cutting tools showed lower wear than FGM AlTiC ones; the cutting forces were influenced by Feed Rate and Cutting Speed. Finally, the Feed Rate was the variable that mostly influenced the roughness results.

Os objetivos deste trabalho foram a implantação e a otimização da técnica de sinterização por varredura a laser de filmes espessos, o estudo da cinética do processo e a avaliação das propriedades do composto BaTi0.85Zr0.15O3 (BTZ) sinterizado a laser, em comparação com os filmes sinterizados em forno. Pós nanocristalinos de BTZ foram sintetizados em baixas temperaturas com sucesso pela primeira vez (600ºC), por meio do método dos precursores poliméricos modificado. Foram obtidos pós nanométricos com tamanho de partículas primárias de ~20 nm e com aglomeração controlada, uma inovação para pós de BTZ preparados por rotas químicas. Para a deposição dos filmes, a estabilidade das suspensões de partida foi estudada e filmes espessos com excelente homogeneidade foram depositados utilizando a técnica de eletroforese (EDP). O desenvolvimento da técnica permitiu o controle da espessura do filme a partir dos parâmetros de deposição. A montagem experimental para a sinterização a laser foi otimizada de modo a permitir a sinterização de filmes com dimensões de até 70 mm de comprimento por 10 mm de largura e espessuras variáveis. Os tempos de patamares em cada etapa foram dependentes da velocidade e do número de varreduras. A temperatura máxima que se pode atingir no filme espesso, durante cada varredura e para uma potência nominal do laser fixa, foi correlacionada com a densidade relativa. Os processos térmicos envolvidos durante a varredura a laser atuaram de modo similar á sinterização em duas etapas (two step sintering). Com o intuito de melhorar a densificação dos filmes, passamos a adicionar o composto Bi4Ti3O12 (BIT) (1 e 2 mol %) ao BTZ durante a deposição. A utilização do sistema desenvolvido para a sinterização por varredura a laser em conjunto com o acréscimo do aditivo BIT resultou em uma diminuição no tamanho de grão dos filmes e uma importante diminuição da porosidade aparente. Para a aditivação com 2 mol% de BIT obtivemos filmes de ótima densidade (porosidade aparente de ~4%) e reduzido tamanho de grão (~200 nm), resultado inédito em se tratando de filmes espessos. A sinterização a laser resultou em filmes com maior permissividade dielétrica em relação ao filme sinterizado em forno elétrico. As reações que ocorrem entre o BTZ e o BIT foram exploradas usando conjuntamente as técnicas de espectroscopia de impedância, análise térmica e difratometria de raios-X. / The goals of this work were the implantation and optimization of the technique of sintering by laser scan of thick films, the kinetic study of the process and the evaluation of the physical properties of the laser sintered compound BaTi0.85Zr0.15O3 (BTZ), compared to thick films sintered in conventional furnace. Nanocrystalline powders of BTZ were for the first time, successfully synthesized at low temperatures (600ºC) using the modified polymeric method. Nanometric powders with primaries particles of ~20nm sizes and controlled agglomeration were obtained which was an innovation for BTZ powders prepared by chemical methods. For the films deposition, the suspensions stability was studied and thick films with excellent homogeneity were deposited using the electrophoresis technique (EDP). The developing of the technique allowed the thicknesses control using the deposition parameters. The characteristics of the experimental apparatus were optimized in such a way as to allow the sintering of thick films whose dimensions were up to 70mm in length, 10mm in width and variable thicknesses. The step times in each stage were dependent on the velocity and scan number. The maximum temperature that can be achieved in the thick film, during each scan, and for a fixed rated laser power was correlated with the relative density. The related thermal process during the continuous laser scan acted in a similar way as a two-step sintering. To improve the densification of the films, we started to add the compound Bi4Ti3O12 (BIT) (1 e 2 mol %) to BTZ during the deposition. The utilization of the system developed for the sintering by laser scan alongwith the adding of the BIT resulted in a grain size decrease and a significant decrease in apparent porosity. For the 2mol% additivation we obtained films with excellent density (apparent porosity of ~4%) and reduced grain size (~200nm), which is an unpublished result for thick films. The laser sintering resulted in films with a higher dielectric permittivity in relation to the conventionally sintered film. The reactions between BTZ and BIT were explored using the techniques of impedance spectroscopy, thermal analysis and X-ray diffraction.