As técnicas de sinterização convencional de zircônia tetragonal parcialmente estabilizada com ítria (Y-TZP) vêm apresentando limitações quanto ao tempo e temperatura de sinterização, aumentando o custo do produto biocerâmico. Assim, a sinterização por micro-ondas se torna uma alternativa apropriada promovendo rápido aquecimento, elevadas densidades, controle de tamanho de grão, reduzindo o tempo total para produzir o material cerâmico desejado. O objetivo do presente trabalho foi comparar o efeito da sinterização por micro-ondas de cerâmicas comerciais Y-TZP pré-sinterizadas (grupos V-M e LP-M) e outra produzida a partir de pós sintetizados pela técnica de coprecipitação (grupo CP-M). Valores de densidade, tenacidade à fratura, tamanho de grão, translucidez e quantificação das fases cristalinas de amostras sinterizadas, antes e após envelhecimento em reator hidrotérmico, foram relatados. Os grupos V-M e CP-M de amostras foram sinterizados a 1450°C e 1350°C por 15 e 30 minutos e o grupo LP-M, sinterizado apenas a 1450°C, nos mesmos tempos. Os grupos sinterizados a 1450°C por 15 e 30 minutos apresentaram os maiores valores de densidade (média de 98% em relação à densidade teórica). O tamanho médio de grão das amostras de maior densificação variou de 309 a 355 nm. Os resultados de translucidez (ΔE) são próximos aos divulgados na literatura. A quantificação de fases por difratometria de raios X das amostras não envelhecidas, indicou que em sua maioria, são formadas por 89% de fase tetragonal e 11% fase cúbica. Os ensaios de envelhecimento hidrotérmico permitiram verificar o comportamento de degradação de fases das amostras sinterizadas em micro-ondas, demonstrando que, no caso das cerâmicas comerciais, essa técnica é uma alternativa viável para produção de cerâmicas Y-TZP mais resistentes à degradação. / Conventional sintering techniques of yttria-tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP) ceramics have presented limitations regarding the sintering time and temperature, increasing the cost of the final dental and biomedical products. Herein, microwave sintering comes to be an interesting alternative by providing fast heating, high densification and grain size control, reducing the overall processing time to produce the desired ceramic material. The aim of this study was to compare the effect of microwave sintering of a pre-sintered Y-TZP dental ceramics (V-M and LP-M groups) and other prepared from powders synthesized in a laboratorial scale by the precipitation route (CP-M group). Values of densification, fracture toughness, grain size, translucency and crystalline phases quantification of aged and non-aged sintered samples were reported. The groups V-M and CP-M were sintered at 1450°C and 1350°C for 15 and 30 minutes and the group LP-M was sintered at 1450°C at the same times. The sintered samples at 1450°C for 15 and 30 minutes presented the highest density values (around 98% related to theoretical density). The average grain size of highest density samples varied between 309 a 355 nm. The translucency (ΔE) results were similar to the reported literature. The X-ray diffraction crystalline phase quantification analysis indicated that the majority of the non-aged samples were formed by 89% tetragonal phase and 11% cubic phase. The hydrothermal tests allowed to verify the phase degradation behavior under wet environment of microwave sintered samples, indicating that in the case of commercial ceramics, this technique as an viable alternative for production of better degradation resistance Y-TZP ceramics.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5719.pdf: 12096641 bytes, checksum: c23f2ef5018b1d77100f32888481c5cf (MD5) Previous issue date: 2013-09-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / This thesis is aimed at one-step microwave sintering at frequencies of 2.45 GHz and 30 GHz and the development of two-step microwave sintering (MW-TSS) at 2.45 GHz of ZnO-based nanostructured semiconductor compositions for application in varistors. The synthesis of nanostructured additives Mn, Cu, Cr, Co and Bi oxides with particles below 100 nm, based on the cationic exchange of soluble salt/polymer was developed and improved. After preparation and conformation, the samples were ultra-rapidly sintered at heating rates of 100 °C/min at 2.45 GHz and 20 °C/min at 30 GHz, both at 10 minutes of holding time, and in the two-step sintering the t2 holding time did not exceed one hour. The MW-TSS technique enabled us to reduce the pure ZnO average grain size from 4.85 (micro) to 2.85 (micro) while increasing density from 96.9% to 97.9%. For the Matsuoka nano composition, sintering at 30 GHz proved more effective, reaching a non-linear coefficient (atto) of 37 and a density of 96.5%. The addition of copper to the composition improved the value of (atto) reaching 71.4 at 2.45 GHz. However, the two-step sintering by microwave permitted a reduction in the average grain size and an increase in the electrical properties, reaching of 40 in the copper-free composition, and with the addition of copper it reached 83 with the breakdown electrical field achieving 14 kV/cm, with average grain size always below 3 μm, and, in the best condition in which the electrical properties were optimized, of merely 1.84. Although the average grain size attained is not located within the nanometric scale, sintering by microwave proved effective in obtaining varistors with excellent electrical properties, achieving finer microstructures when the two-step sintering by microwave technique is applied, with greatly reduced times for both one-step and two-step sintering techniques. The accelerated diffusional processes relative to the possible nonthermal effects caused by the microwave processing were also discussed. / A presente tese teve como objetivo a sinterização por micro-ondas em uma etapa nas frequências de 2,45 GHz e de 30 GHz e o desenvolvimento da sinterização em duas etapas (two-step sintering) por micro-ondas (MW-TSS) em 2,45 GHz de composições semicondutoras nanoestruturadas à base de ZnO para aplicação em varistores. A síntese dos aditivos nanoestruturados dos óxidos de Mn, Cu, Cr, Co, e Bi com partículas inferiores a 100 nm baseada na troca catiônica de sal/polímero solúvel foi desenvolvida e aperfeiçoada. Após a preparação e conformação, as pastilhas foram sinterizadas ultrarrapidamente a uma taxa de aquecimento de 100°C/min a 2,45 GHz e a 20 °C/min a 30 GHz, ambas com patamar de 10 minutos, e, na sinterização em duas etapas, o tempo de patamar t2 não foi superior a uma hora. A MW-TSS possibilitou reduzir o tamanho médio de grão do ZnO puro de 4,85(micro) para 2,85 (micro) e o aumento da densidade, de 96,9% para 97,9%. Para a composição Matsuoka nano, a sinterização a 30 GHz mostrou-se mais efetiva, atingindo coeficiente de não linearidade (atto) de 37 e densidade de 96,5%. A adição de cobre à composição melhorou o valor de (atto) chegando a 71,4 em 2,45 GHz. No entanto, a sinterização em duas etapas por micro-ondas permitiu a redução do tamanho médio de grão e o aumento das propriedades elétricas, atingindo (atto) de 40 na composição sem cobre e, com a adição de cobre, 83 e o campo elétrico de ruptura chegando a 14 kV/cm, com tamanho de grão sempre inferior a 3 (micro) e, na melhor condição em que as propriedades elétricas foram otimizadas, de apenas 1,84 (micro). Embora o tamanho médio de grão atingido não se situe na escala nanométrica, a sinterização por micro-ondas mostrou-se efetiva na obtenção de varistores com excelentes propriedades elétricas, atingindo-se microestruturas mais finas quando a técnica de sinterização em duas etapas por micro-ondas é aplicada em tempos muito reduzidos para ambas as técnicas de uma etapa e duas etapas. Os processos difusionais acelerados relativos aos possíveis efeitos não térmicos causados pelo processamento em micro-ondas foram também abordados.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-05-26T20:13:25Z No. of bitstreams: 1 DiêgoPG_DISSERT.pdf: 3157583 bytes, checksum: 93d2e3a248fde9f22d2f942876892f0c (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-05-29T16:49:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DiêgoPG_DISSERT.pdf: 3157583 bytes, checksum: 93d2e3a248fde9f22d2f942876892f0c (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-05-29T16:50:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DiêgoPG_DISSERT.pdf: 3157583 bytes, checksum: 93d2e3a248fde9f22d2f942876892f0c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-29T16:50:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiêgoPG_DISSERT.pdf: 3157583 bytes, checksum: 93d2e3a248fde9f22d2f942876892f0c (MD5) Previous issue date: 2016-06-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In Brazil are located the two largest niobium reserves of the world – about 96% of the world production – and, for this reason, have been encouraged studies on its most diverse technological applications. Another aspect of prominent studies is currently the processing of ceramic materials with a microwave, which is presented as an alternative method of sintering in a muffle furnace – the use of microwave involves electromagnetic energy conversion instead of heat transfer, offering advantages when used for providing the obtainment of greater structural homogeneity of the material and a reduction of time and energy expended during processing. This work aims to perform the characterization of electrical properties of niobium pentoxide (Nb2O5) pure or doped with molybdenum (Mo) and to do an analysis of the influence of this doping when its sintering process occurs in muffle furnace or microwave. The properties characterized were the permittivity and loss tangent. Will be studied the viability of doping and/or processing the material for use as absorbent materials of electromagnetic radiation. The variation of concentrations in doping will indicate how effective, as a doping agent, molybdenum will be in the ceramic matrix, converting energy of microwave into heat energy. The results showed that the increase of doping of the niobium pentoxide with molybdenum (with 1% doping limit) combined with the sintering oven microwave increased the material conductivity values, making it more efficient in its use as absorber electromagnetic radiation / No Brasil estão localizadas as duas maiores reservas de nióbio do mundo – cerca de 96% da produção mundial –, e, por esta razão, têm sido incentivados os estudos sobre as suas mais diversas aplicações tecnológicas. Outra vertente de estudos em destaque atualmente é a do processamento de materiais cerâmicos com micro-ondas, que se apresenta como um método alternativo à sinterização em forno mufla – o uso de micro-ondas envolve conversão de energia eletromagnética, em lugar de transferência de calor, oferecendo vantagens ao ser usado por proporcionar a obtenção de uma maior homogeneidade estrutural do material e uma redução do tempo e da energia gasta durante o processamento. A proposta deste trabalho é a realização da caracterização de propriedades elétricas do pentóxido de nióbio (Nb2O5) puro ou dopado com molibdênio usando a tecnologia da metalurgia do pó e a análise da influência sobre estas dopagens quando seu processamento de sinterização se dá em forno mufla ou em forno de micro-ondas. As caracterizações feitas foram das propriedades elétricas de permissividade elétrica e tangente de perdas além de ter sido estudada a viabilidade da dopagem e/ou o tipo de processamento – na etapa de sinterização – do material para aplicação como materiais absorvedores de radiação eletromagnética. A variação das concentrações nas dopagens indicou o quão eficaz, como agente dopante, o molibdênio será na matriz cerâmica, convertendo a energia de micro-ondas em energia térmica. Os resultados mostraram que o aumento da dopagem do pentóxido de nióbio com molibdênio (com limite de dopagem de 1%) aliado à sinterização em forno de micro-ondas garantiu o aumento dos valores de condutividade do material, tornando-o mais eficiente para sua aplicação como absorvedor de radiação eletromagnética / 2017-05-26