Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LENA, Eleomar.pdf: 3273064 bytes, checksum: d7d21ed4ddfa4969702a9c497ccaccc4 (MD5) Previous issue date: 2012-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work studied the influence of oxidizing atmospheres of calcination and sintering temperature on the electrical properties, densification and grain size of yttria doped with 4.5 mol% zirconia synthesized by a sol-gel process followed by calcination at 600 ºC/2h in O2 and air. Used for uniaxial pressing with pressures between 150 MPa and 1.6 GPa. Sintered by Two Step Sintering (TSS): 1550 °C / 5 min and 1200, 1300, 1400 °C, remaining at these temperatures for 2 and 10 hours. Characterized by X-ray diffraction, apparent density,scanning electron microscopy, impedance spectroscopy. The density measurements were above 94% of theoretical density and grain size between 304 and 477 nm, activation energies of 0.68 and 0.90 eV. The TSS was formed in sintering and grain submicrométicos prevented their excessive growth during the final sintering.The calcination atmosphere had little influence on the values of density and porosity, but caused changes in crystallite size and influenced the values of conductivity / Neste trabalho foram estudadas as influência de atmosferas oxidadante de calcinação nas propriedades elétricas das temperaturas de sinterização, densificação e tamanho de grão em compactos de zirconia dopada com 4,5% em moles de oxido de itrio sintetizado por processo sol-gel seguido de calcinação a 600 °C/2h ao ar e O2. Compactados uniaxialmente com pressoes entre 150 MPa e 1,6 GPa. Sinterizados pelo processo Two Step Sintering (TSS): 155 °C/5 min e 1200, 1300 e 1400 °C, permanescendo por 2 e 10 horas. Caracterizados por difração de raios X, densidade aparente, microscopia eletronica de varredura e espectrocopia de impedancia. As As medições de densidade foram acima de 94% da densidade teórica e tamanho de grão entre 304 e 477 nm, as energias de activação de 0,68 e 0,90 eV. A TSS foi formou na sinterização grãos submicrométicos e impediu seu crescimento excessivo durante o final de sintering. A atmosfera calcinação teve pouca influência sobre os valores de densidade e porosidade, causando mudanças no tamanho de cristalito e influenciando os valores de condutividade Neste trabalho foram estudadas as influência de atmosferas oxidadante de calcinação nas propriedades elétricas das temperaturas de sinterização, densificação e tamanho de grão em compactos de zirconia dopada com 4,5% em moles de oxido de itrio sintetizado por processo sol-gel seguido de calcinação a 600 °C/2h ao ar e O2. Compactados uniaxialmente com pressoes entre 150 MPa e 1,6 GPa. Sinterizados pelo processo Two Step Sintering (TSS): 155 °C/5 min e 1200, 1300 e 1400 °C, permanescendo por 2 e 10 horas. Caracterizados por difração de raios X, densidade aparente, microscopia eletronica de varredura e espectrocopia de impedancia. As As medições de densidade foram acima de 94% da densidade teórica e tamanho de grão entre 304 e 477 nm, as energias de activação de 0,68 e 0,90 eV. A TSS foi formou na sinterização grãos submicrométicos e impediu seu crescimento excessivo durante o final de sintering. A atmosfera calcinação teve pouca influência sobre os valores de densidade e porosidade, causando mudanças no tamanho de cristalito e influenciando os valores de condutividade

The term nanoceramics is well known in the ceramic field for at least two decades. Even though there are many reports that nanoceramics are superior in terms of mechanical and other properties, no comprehensive and conclusive study on the grain size dependent variation in mechanical properties. So this study was an attempt to study the property variation with grain size and yttria content for a well known ceramic, yttria stabilised zirconia. High solids content but low viscosity YSZ nanosuspensions have been slip cast into -52% dense, very homogeneous green bodies in sizes up to 60 mm in diameter. Sintering cycles have been optimised using both hybrid and conventional two-step heating to yield densities >99.5% of theoretical whilst retaining a mean grain size of <100 nm. The sintered samples have been characterised for hardness, toughness, strength, wear resistance and hydrothermal ageing resistance. The results have been compared with that of a submicron zirconia ceramic prepared using a commercial powder. The strength of the nanoceramics has been found to be very similar to that of conventional submicron ceramics, viz. -10Pa, although the fracture mechanism was different. Two toughness measurement approaches have been used, indentation and surface crack in flexure. The results indicate that the nano 1.5YSZ ceramics may be best viewed as crack, or damage, initiation resistant rather than crack propagation resistant; indentation toughness measurements as high as 14.5 MPa m 112 were observed. Micro-Raman mapping was demonstrated to be a very effective technique to map the phase transformations in zirconia. The wear mechanism of nanozirconia has been observed to be different compared to that in conventional, submicron YSZ and the wear rates to be lower, particularly under wet conditions. In addition, and potentially most usefully, the nan03YSZ ceramics appear to be completely immune to hydrothermal ageing for up to 2 weeks at 245°C & 7 bar; conditions that see a conventional, commercial submicron ceramic disintegrate completely within 1 hour.

The influence of various pressure-less heating schedules (CRH - Constant Rate of Heating, TSS - Two Step Sintering, RCS – Rate Controlled Sintering) on the final microstructure of cubic zirconia ceramics was studied in this master´s thesis. There were used nanopowders ZrO2 (stabilized with 8 mol.% Y2O3) with initial particle size 80 nm (TZ-8Y) and 140 nm (TZ-8YSB). Powders were cold isostatically pressed and pressure-less sintered in air by different heating regimes. It was found that for both studied materials the modification of conventional sintering (CRH) using lower sintering temperatures and longer sintering dwell times can result in samples with finer microstructure. For example, the sintering of TZ-8YSB ceramics at a relatively low temperature (1270 °C) but for very long time (60 h) led to ceramics with the same final density (99,25 % of theoretical density) and almost identical grains (1,31 m vs. 1,27 m) in compare with TSS (1440 °C/ 1290 °C/ 15 h). On the other hand, RCS method showed no positive effect on the microstructure of both materials in comparison with CRH method. The obtained results indicate that the microstructure of c-ZrO2 ceramics can be influenced rather in its third sintering stage (by CRH and TSS methods) than in the second sintering stage (by RCS method).

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALEXEYOSA.pdf: 5421732 bytes, checksum: d315c8a952abc240783ef27ca2d03d74 (MD5) Previous issue date: 2011-03-30 / The ceramic materials have great potential for structural applications because of their have excellent mechanical properties, eg, high hardness, high mechanical strength and resistance to aggressive media. However their low toughness and bending resistance, limiting their range of applications and open interest for researchers for better mechanical properties. Inclusions of nanometric particles in ceramic matrix, called nanocomposites, and the control of ceramic processing, by controlling grain size and densification, can be used for produce ceramic products with higher strength and toughness. One method to control the microstructure that has been studied is the two-step sintering, which has been successfully applied for the densification of nanometric and ultra fine ceramic powders without grain growth. In this work, the two-step sintering of nanocomposite of alumina with 5% volume nanoparticles zirconia was studied. Two proposals in two-step of sintering were studied, of which one consisted to heat the nanocomposite to a high temperature and then rapid cool down to a lower temperature sintering, and on the other proposal was made a step at a temperature below the initiation of densification, followed by heating to the maximum densification rate temperature. The sintering temperature for steps were chosen from constant-heating-rate and conventional sintering. The results showed that the two proposals were efficient to control the grain growth and densification in alumina-zirconia nanocomposites, and, with the sintering in twosteps, it was possible to reduce the grain size up to 70% of the grain size of nanocomposite sintered conventionally. / Os materiais cerâmicos apresentam grande potencial para aplicações estruturais, pois possuem excelentes propriedades mecânicas como, por exemplo, alta dureza, alta resistência mecânica à compressão e inércia química. Porém, a sua baixa tenacidade à fratura e baixa resistência à flexão, limitam sua gama de aplicações e gera interesse para estudos em busca de melhores propriedades mecânicas. A inclusão de partículas nanométricas numa matriz cerâmica, que são os chamados nanocompósitos, e o controle do processamento cerâmico, através do controle do tamanho de grão e densificação, podem auxiliar na obtenção de produtos cerâmicos de maior resistência mecânica e tenacidade. Um método de controle da microestrutura que vem sendo estudado é a sinterização em duasetapas, a qual vem sendo aplicada com sucesso para a densificação de pós cerâmicos nanométricos e ultra finos sem crescimento de grãos. Nesse trabalho, foi estudada a sinterização em duas-etapas de nanocompósitos de alumina com 5% em volume de partículas de zircônia nanométrica. Duas propostas de sinterização em duas etapas foram estudadas. Uma consistiu em aquecer o nanocompósito rapidamente a uma alta temperatura e em seguida resfria-lo ao patamar de sinterização; na outra proposta foi feito um patamar de queima numa temperatura abaixo do início do processo de densificação, seguido do aquecimento do nanocompósito até a temperatura de máxima taxa de densificação. As temperaturas para as etapas de sinterização foram escolhidas a partir da sinterização a taxa de aquecimento constante e da sinterização convencional. Os resultados mostraram que a duas propostas estudadas foram eficientes para controlar o crescimento de grãos e a densificação nos nanocompósitos alumina-zircônia, sendo que, com as sinterizações em duas-etapas, foi possível reduzir o tamanho de grão em até 70% do valor do tamanho de grão do nanocompósito sinterizado convencionalmente.

The influence of Two-Step Sintering (TSS) process on the final microstructure of oxide ceramics materials with two different crystal structures was studied. Tetragonal zirconia (stabilized with 3mol%Y2O3, particle size 90nm and 140nm ) and cubic zirconia (8mol%Y2O3, 70nm) powders were cold isostatically pressed and pressure less sintered with different heating schedules. The microstructures achieved with TSS method were compared with microstructures achieved with conventional Single-Step Sintering schedule (SSS). The results showed that the efficiency of the TSS of these oxide ceramics was more dependent on their crystal structure than on their particle size and green body microstructure. The method of TSS brought only negligible improvement of the microstructure of tetragonal zirconia ceramics. On the other hand, TSS was successful in the sintering of cubic zirconia ceramics; it led to a decrease in grain size by a factor of 2.

V předložené diplomové práci bylo studováno slinování hexagonálního Al2O3 a kubického MgAl2O4 pomocí slinovacích cyklů složených z beztlakého předslinutí metodou dvojstupňového slinování s následným doslinutím s využitím tlaku (HIPováním). Cílem bylo pokusit se snížit (při zachování vysoké dosažené hustoty) střední velikost zrn a tím zvýšit tvrdost keramiky popř. optickou transparenci. Hlavní úsilí bylo věnováno optimalizaci předslinutí pomocí různých slinovacích cyklů. Přestože bylo vyzkoušeno velké množství různých kombinací teplot a prodlev dvojstupňového slinování, nepodařilo se výrazným způsobem zvýšit výslednou tvrdost vzorků. V případě kubického MgAl2O4 bylo dosaženo hustot blížících se teoretické hustotě, což se projevilo v optické transparentnosti vzorků.

Estudos recentes demonstram que o sistema cerâmico zircônia-escândia-céria (ScCeSZ) apresenta-se promissor para aplicações como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido de temperaturas intermediárias de operação (600 a 800 °C). Neste trabalho, foi realizada a sinterização convencional, de duas etapas e assistida por campo elétrico do ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 e 1% em mol de CeO2 comercializado pela Fuel Cell Materials visando melhorar a densificação com reduzido tamanho médio de grãos. A condutividade elétrica de amostras densas de ScCeSZ sinterizadas pelos diferentes métodos foi investigada por espectroscopia de impedância. Diferentes condições de sinterização foram analisadas. A taxa de retração dos compactos é máxima a 1180 °C, determinada pela análise de dilatometria. Foi confirmado por difração de raios X que a adição de céria à zircônia-escândia promove a estabilização da fase cúbica à temperatura ambiente. No entanto, dependendo das condições de sinterização pode haver a formação de fases secundárias, as quais foram detectadas por difração de raios X e espectroscopia Raman. A sinterização assistida por campo elétrico promoveu a formação das fases cúbica e tetragonal. Considerando os métodos convencional e de duas etapas, para a obtenção do material cúbico monofásico é necessária uma seleção cuidadosa das condições de sinterização. Os valores de condutividade elétrica estão de acordo com as condutividades do ScCeSZ reportadas na literatura. / Recent reports show that scandia-and ceria-doped zirconia (ScCeSZ) is a promising material for application as solid electrolyte in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures (600 - 800 °C). In this work, ZrO2 containing 10 mol% Sc2O3 and 1 mol% CeO2 commercial powder (Fuel Cell Materials) was used to investigate the densification along with the mean grain size in specimens sintered by different methods: conventional, two-step sintering and electric field assisted sintering. The electrical conductivity of dense sintered specimens was studied by impedance spectroscopy. The linear shrinkage was followed by dilatometry. The maximum shrinkage rate of powder compacts was obtained at 1180 ºC. X-ray diffraction experiments revealed that ceria stabilizes the cubic phase of scandia-doped zirconia at room temperature. However, secondary phases (rhombohedric and tetragonal) were detected by both X-ray diffraction and Raman spectroscopy depending on the sintering conditions. The field assisted sintering method resulted in specimens with cubic and tetragonal phases. In the case of conventional and two-step sintering methods, a careful selection of the temperatures and sintering times is essential to obtain a cubic single-phase material. Values of the electrical conductivity of ScCeSZ are in general agreement with those reported in the literature.

Estudos recentes demonstram que o sistema cerâmico zircônia-escândia-céria (ScCeSZ) apresenta-se promissor para aplicações como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido de temperaturas intermediárias de operação (600 a 800 °C). Neste trabalho, foi realizada a sinterização convencional, de duas etapas e assistida por campo elétrico do ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 e 1% em mol de CeO2 comercializado pela Fuel Cell Materials visando melhorar a densificação com reduzido tamanho médio de grãos. A condutividade elétrica de amostras densas de ScCeSZ sinterizadas pelos diferentes métodos foi investigada por espectroscopia de impedância. Diferentes condições de sinterização foram analisadas. A taxa de retração dos compactos é máxima a 1180 °C, determinada pela análise de dilatometria. Foi confirmado por difração de raios X que a adição de céria à zircônia-escândia promove a estabilização da fase cúbica à temperatura ambiente. No entanto, dependendo das condições de sinterização pode haver a formação de fases secundárias, as quais foram detectadas por difração de raios X e espectroscopia Raman. A sinterização assistida por campo elétrico promoveu a formação das fases cúbica e tetragonal. Considerando os métodos convencional e de duas etapas, para a obtenção do material cúbico monofásico é necessária uma seleção cuidadosa das condições de sinterização. Os valores de condutividade elétrica estão de acordo com as condutividades do ScCeSZ reportadas na literatura. / Recent reports show that scandia-and ceria-doped zirconia (ScCeSZ) is a promising material for application as solid electrolyte in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures (600 - 800 °C). In this work, ZrO2 containing 10 mol% Sc2O3 and 1 mol% CeO2 commercial powder (Fuel Cell Materials) was used to investigate the densification along with the mean grain size in specimens sintered by different methods: conventional, two-step sintering and electric field assisted sintering. The electrical conductivity of dense sintered specimens was studied by impedance spectroscopy. The linear shrinkage was followed by dilatometry. The maximum shrinkage rate of powder compacts was obtained at 1180 ºC. X-ray diffraction experiments revealed that ceria stabilizes the cubic phase of scandia-doped zirconia at room temperature. However, secondary phases (rhombohedric and tetragonal) were detected by both X-ray diffraction and Raman spectroscopy depending on the sintering conditions. The field assisted sintering method resulted in specimens with cubic and tetragonal phases. In the case of conventional and two-step sintering methods, a careful selection of the temperatures and sintering times is essential to obtain a cubic single-phase material. Values of the electrical conductivity of ScCeSZ are in general agreement with those reported in the literature.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaKBS_DISSERT.pdf: 2809247 bytes, checksum: 1069d6e1b2ca10f4084e4b1f2fd44c9b (MD5) Previous issue date: 2010-12-13 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Given the environmental concern over global warming that occurs mainly by emission of CO2 from the combustion of petroleum, coal and natural gas research focused on alternative and clean energy generation has been intensified. Among these, the highlight the solid oxide fuel cell intermediate temperature (IT-SOFC). For application as electrolyte of the devices doped based CeO2 with rare earth ions (TR+ 3) have been quite promising because they have good ionic conductivity and operate at relatively low temperatures (500-800 ? C). In this work, studied the Ce1-xEuxO2-&#948; (x = 0,1, 0,2 and 0,3), solid solutions synthesized by the polymeric precursor method to be used as solid electrolyte. It was also studied the processing steps of these powders (milling, compaction and two step sintering) in order to obtain dense sintered pellets with reduced grain size and homogeneous microstructure. For this, the powders were characterized by thermal analysis, X-ray diffraction, particle size distribution and scanning electrons microscopy, since the sintered samples were characterized by dilatometry, scanning electrons microscopy, density and grain size measurements. By x-ray diffraction, it was verified the formation of the solid solution for all compositions. Crystallites in the nanometric scale were found for both sintering routes but the two step sintering presented significant reduction in the average grain size / Diante da preocupa??o ambiental com o aquecimento global que ocorre principalmente pelas emiss?es de CO2 resultante da queima de combust?veis derivados do petr?leo, carv?o e g?s natural, as pesquisas voltadas para formas alternativas e n?o poluentes de gera??o de energia v?m se intensificando. Entre essas, destacam-se as c?lulas a combust?vel de ?xido s?lido de temperatura intermedi?ria (IT-SOFC). Para aplica??o como eletr?lito deste tipo de dispositivo, as cer?micas ? base de CeO2 dopadas com ?ons de terras raras (TR+3) t?m se mostrado bastante promissoras pelo fato de possu?rem boa condutividade i?nica e operarem em temperaturas relativamente baixas (500-800?C). Neste trabalho, foram estudadas cer?micas de c?ria dopada com eur?pio, sintetizadas pelo m?todo dos precursores polim?ricos para uso como eletr?lito s?lido. Foram estudadas tamb?m as etapas de processamento desses p?s (moagem, compacta??o e sinteriza??o convencional e por duas etapas), visando ? obten??o de produtos sinterizados de elevadas densidades e microestrutura homog?nea e reduzido tamanho de gr?o. Para isto, os p?s foram caracterizados por an?lise termogravim?trica, difra??o de raios X, granulometria, e MEV, j? as amostras sinterizadas foram caracterizadas por dilatometria, MEV, medidas de densidades e medidas de tamanho de gr?o. Os resultados de difra??o de raios X indicaram a forma??o de solu??es s?lidas com estrutura c?bica do tipo fluorita apresentando cristalitos nanom?tricos para todas as composi??es em estudo. Ambas as rotas de sinteriza??o mostraram-se eficientes para a produ??o de cer?micas com densidades adequadas para aplica??o como eletr?litos s?lidos em c?lula a combust?vel, mas a sinteriza??o em duas etapas apresentou significativa redu??o do tamanho m?dio de gr?os

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GislaineBPF_TESE.pdf: 3300091 bytes, checksum: 8adeb890624a95fdc27ae7d6a3f52ad8 (MD5) Previous issue date: 2012-12-19 / Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy in electrical energy by a reaction directly. The solid oxide fuel cell (SOFC) works in temperature between 900?C up to 1000?C, Nowadays the most material for ceramic electrolytes is yttria stabilized zirconium. However, the high operation temperature can produce problems as instability and incompatibility of materials, thermal degradation and high cost of the surround materials. These problems can be reduced with the development of intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) that works at temperature range of 600?C to 800?C. Ceria doped gadolinium is one of the most promising materials for electrolytes IT-SOFC due high ionic conductivity and good compatibility with electrodes. The inhibition of grain growth has been investigated during the sintering to improve properties of electrolytes. Two-step sintering (TSS) is an interesting technical to inhibit this grain growth and consist at submit the sample at two stages of temperature. The first one stage aims to achieve the critical density in the initiating the sintering process, then the sample is submitted at the second stage where the temperature sufficient to continue the sintering without accelerate grain growth until to reach total densification. The goal of this work is to produce electrolytes of ceria doped gadolinium by two-step sintering. In this context were produced samples from micrometric and nanometric powders by two routes of two-step sintering. The samples were obtained with elevate relative density, higher than 90% using low energy that some works at the same area. The average grain size are at the range 0,37 &#956;m up to 0,51 &#956;m. The overall ionic conductivity is 1,8x10-2 S.cm and the activation energy is 0,76 eV. Results shown that is possible to obtain ceria-doped gadolinium samples by two-step sintering technique using modified routes with characteristics and properties necessary to apply as electrolytes of solid oxide fuel cell / As c?lulas a combust?vel s?o dispositivos eletroqu?micos que convertem energia qu?mica em energia el?trica por uma rea??o direta. As c?lulas a combust?veis de ?xido s?lidos (Solid Oxide Fuel Cell - SOFC) operam em temperaturas entre 900 e 1000?C, com eletr?litos de cer?mica. Atualmente o material mais utilizado ? a zirc?nia estabilizada com ?tria, no entanto a alta temperatura de opera??o pode causar problemas de instabilidade e incompatibilidade de materiais, degrada??o t?rmica e alto custo dos materiais perif?ricos. Com a inten??o de minimizar esses problemas, s?o realizadas pesquisas para desenvolver c?lulas a combust?vel de ?xido s?lido de temperatura intermedi?ria (IT-SOFC) que operam na faixa de temperatura de 600 a 800?C, utilizando c?ria dopada com gadol?nia como um dos mais promissores materiais para eletr?litos de IT-SOFC devido ? alta condutividade i?nica e uma boa compatibilidade com os eletrodos. Formas de inibir o crescimento do gr?o durante a sinteriza??o para melhorar as propriedades dos eletr?litos s?o investigadas. Para tal, ? utilizada a t?cnica de sinteriza??o em dois passo (two-step sintering - TSS), que consiste em submeter a amostra a dois est?gios de temperatura. O primeiro est?gio visa atingir a densidade cr?tica para dar in?cio ao processo de sinteriza??o. Em seguida a amostra ? submetida a um segundo est?gio de temperatura capaz de dar continuidade ? sinteriza??o sem que haja acelerado crescimento de gr?o, at? sua total densifica??o. O principal objetivo deste trabalho foi produzir eletr?litos de c?ria dopada com gadol?nia pelo processo de sinteriza??o em dois passos. Neste contexto foram produzidas amostras a partir de p?s microm?tricos e nanom?tricos atrav?s de duas rotas de sinteriza??o em dois passos. Foram obtidas amostras com elevada densidade relativa, superior a 90%. Os tamanhos m?dios de gr?os obtidos est?o na faixa de 0,37 &#956;m a 0,51 &#956;m. Foram obtidas amostras com condutividade i?nica total de 1,8x10-2 S.cm e energia de ativa??o de 0,76 eV. A partir dos resultados obtidos neste trabalho, foi poss?vel obter amostras de c?ria dopada com gadol?nia atrav?s da t?cnica de sinteriza??o em dois passos, utilizando rotas modificadas com caracter?sticas e propriedades necess?rias para serem aplicadas como eletr?litos de c?lulas a combust?vel de ?xido s?lido