Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-27T03:07:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335763.pdf: 3050797 bytes, checksum: 4de0c9487803bc2871096a0677946bbd (MD5) Previous issue date: 2015 / Espumas vitrocerâmicas pertencentes ao sistema Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3 (LZSA) foram preparadas com sucesso pelo método de gelcasting. Este método associado à aeração das suspensões cerâmicas contendo um agente espumante (Alkolan CP 30 EG) permitiu a produção de estruturas com elevada porosidade aberta (? 90%), com poros tendendo à forma esférica, elevada interconectividade celular e boa resistência mecânica à verde. Alguns parâmetros de processo, como por exemplo, variação no teor de sólidos da suspensão cerâmica, quantidade de monômeros orgânicos e de agente espumante, foram estudados a fim de se estabelecer correlações destes com as características do produto final. As espumas vitrocerâmicas obtidas foram impregnadas (com nitrato de níquel e nitrato de cobalto hexahidratados), calcinadas, reduzidas e avaliadas como suportes catalíticos frente à reação de decomposição de etanol, nas temperaturas de 550 e 700 °C. Os produtos gasosos e líquidos das reações foram analisados por cromatografia gasosa e os materiais sólidos (materiais carbonáceos) foram analisados por TG/DSC, Raman e MET. Os resultados mostraram que os materiais estudados foram ativos para a produção de hidrogênio. O aumento do teor metálico e/ou temperatura resultou em maior conversão do etanol e maior produção de hidrogênio. Este resultado foi maior para as reações usando o Ni como fase ativa, indicando ser melhor catalisador para a reação de decomposição do etanol. Todas as reações levaram a deposição de carbono nanoestruturado (nanofibras e/ou nanotubos de carbono).<br> / Abstract : Glass-ceramics foams belonging to the Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3 (LZSA) were successfully prepared by gelcasting method. This method associated with the aeration of ceramic suspensions containing a foaming agent (30 EG Alkolan CP) allowed the production of structures with a high open porosity (> 90%), with spherical pores, high cellular interconnectivity and good green mechanical strength. Some process parameters, such as changes in the solid content of the ceramic suspensions, the amount of organic monomers and foaming agent were studied in order to establish correlations with the characteristics of the final product. The obtained glass-ceramic foams were impregnated (with nickel nitrate and cobalt nitrate hexahydrated), calcined, reduced and evaluated as catalyst supports in the ethanol decomposition reaction at temperatures of 550 to 700 °C. Gaseous and liquid products of the reactions were analyzed by gas chromatography and solid materials (carbonaceous materials) were analyzed by TG/DSC, Raman and TEM. The results showed that the studied materials were active for hydrogen production. By increasing the metal content and/or temperature resulted in higher conversion of ethanol and hydrogen production. This result was higher for the reactions using Ni as active phase, indicating that it is a better catalyst for the decomposition reaction of ethanol. All reactions lead to deposition of nanostructured carbon (nanofibers and/or carbon nanotubes).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318384.pdf: 1125788 bytes, checksum: 10c484cc0747fd9e5fd0f2490084178e (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho, misturas de precursor vitrocerâmico particulado (matriz vitrocerâmica) de composição 9,56Li2O.22,36.ZrO2.68,08SiO2 (5 µm) e partículas (350 nm) de Al2O3- , (1-40 vol.%) foram preparadas e processadas com o propósito de estudar a influência da alumina sobre as propriedades térmicas e elétricas dos compósitos (LZS/Al2O3- ) obtidos para aplicações na tecnologia LTCC. Os compósitos obtidos, sinterizados entre 800 e 950ºC por 30 a 120 min, com densidades relativas entre 85 e 93%, apresentaram silicato de zircônio e espodumênio-? como principais fases cristalinas. A resistência à flexão máxima (290 MPa) foi alcançada para compósitos com 1% Al2O3- . Para compósitos contendo entre 1 e 10% Al2O3- , sinterizados a 900ºC/30 min, as condutividades elétrica e térmica e o coeficiente de expansão térmica linear, variaram entre 3,35 e 1,21 x 10-10 S/cm, 4,65 e 2,98 W/mK, 9,54 e 3,36 x 10-6 °C-1, respectivamente. <br>

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-19T23:18:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 204157.pdf: 1809872 bytes, checksum: 1f17e3e778e1db42567a6e9719e83988 (MD5) / Este trabalho tem como objetivo a obtenção de vitrocerâmicos que derivem de vidros constituídos basicamente por elevadas quantidades de cinza pesada de carvão mineral e que, simultaneamente, correspondam a um ponto do diagrama ternário base SiO2 - Al2O3 - CaO. Foram preparadas e verificadas as tendências de cristalização de 8 (oito) vidros [composição base de 70% cinza pesada + 30% Volastonita (CaSiO3)]. O agente nucleante utilizado foi TiO2 (incorporado a mistura na forma de Rutilo Comercial). Para a determinação da temperatura de máxima taxa de nucleação (Tn) e do tempo ótimo de nucleação (to), foi utilizado o método baseado nos recursos da Análise Térmica Diferencial (DTA). Outras técnicas utilizadas foram: Fluorescência de Raio-X (Análise química), Granulometria, Difração de Raio-X (DRX), Dilatometria, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Viscosimetria, Flash de Laser (difusividade térmica), Grau de Cristalinidade (Método de Ruland), Ataque Químico e Resistência a Flexão. O vidro, com composição estequiométrica na região da Anortita (CaAl2Si2O8), evoluiu através de tratamentos térmicos para um material vitrocerâmico. Cristais de Ortoclásio e Rutilo também foram identificados.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Na busca por materiais resistentes ao desgaste, atenção tem sido dada as cerâmicas de alumina, pois apresentam uma série de propriedades que permitem sua aplicação em locais onde as condições ambientais são severas. A alta temperatura de sinterização e os elevados patamares praticados promovem o crescimento de grão que em geral prejudica as propriedades deste material, como a resistência ao desgaste. A introdução de uma segunda fase adequada em composições de alumina pura, que durante o aquecimento forme fase líquida e no resfriamento cristalize, pode tanto colaborar para otimização da sinterização, bem como para a melhoria das propriedades desta cerâmica. A maior densificação reflete em elevada resistência mecânica, aumento do módulo de elasticidade, que corroboram para um bom desempenho frente a solicitações de desgaste. Neste sentido, com o objetivo de desenvolver um compósito alumina-vitrocerâmico do sistema LZSA que apresente elevada resistência ao desgaste erosivo, utilizaram-se aluminas com diferentes tamanhos de partícula, as quais foram adicionados percentuais de vitrocerâmico variando de 5 a 15%, seguindo planejamento experimental. A frita LZSA foi moída, e misturada à alumina em solução aquosa com 50% em sólidos que, em seguida foram atomizadas. Os corpos de prova foram obtidos por prensagem uniaxial. A temperatura e o tempo de sinterização variaram para cada composição. As caracterizações efetuadas foram densidade aparente, retração linear e porosidade das composições. As fases formadas nos materiais e as tensões geradas entre a o vitrocerâmico e a alumina foram investigadas por difração de raios X. As propriedades mecânicas medidas foram resistência mecânica à flexão, módulo de elasticidade, tenacidade à fratura, energia de fratura, tamanho de defeito natural e taxa de desgaste erosivo. Para análise da interação entre a alumina e o vitrocerâmico as microestruturas foram avaliadas em microscópio eletrônico de varredura em superfícies fraturadas, e para a avaliação do tamanho dos grãos de alumina as amostras foram polidas, atacadas e recobertas com ouro. As composições com 15% de vitrocerâmico apresentaram os maiores valores de tenacidade à fratura, chegando a 4,93 MPa.m0,5 para a alumina de tamanho de partícula fina, porém as taxas de resistência ao desgaste não foram melhoradas em função desta propriedade. A adição de 5% de vitrocerâmico em alumina de tamanho de partícula fina gerou MRF de 273 MPa e módulo de elasticidade de 298 GPa. O desgaste erosivo demonstrou-se dependente do módulo de elasticidade, que para o seu maior valor gerou a menor taxa de desgaste.As menores taxas de desgaste foram obtidas com as composições AG5 (1,9x10-5 cm³/g), AF5 (2,33x10-5 cm³/g) e AF15 (2,05x10-5 cm³/g). Relação entre taxa de desgaste e tamanho de grão demonstrou ser secundária à interação entre alumina/vitrocerâmico, e ao formato dos grãos, já que tanto as composições com tamanho de grão fino e grosseiro apresentaram baixas taxas de desgaste.Os resultados demostraram que o vitrocerâmico LZSA apresenta potencial para melhoria do comportamento de desgaste da alumina.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade de obtenção de materiais vítreos e vitrocerâmicos a partir de resíduo de mineração de carvão, resíduo de galvanização contendo zinco e argilito (taguá), utilizando planejamento de misturas para formulação das composições. Os materiais obtidos pelo processo de fusão a 1600 °C foram moídos e caracterizados quanto a sua composição química por FRX (análise química). A cinética de cristalização foi analisada usando ATD (análise térmica diferencial) e dilatometria (óptica e de contato) foi utilizada para verificar a tendência à vitrificação das formulações. A partir dos resultados obtidos, foi possível determinar o perfil de viscosidade das amostras que formaram vidros. A tendência à cristalização e sua cinética utilizando analise térmica diferencial mostraram que a energia de ativação pelos métodos de Kissinger e Matussita é de 1014,5 kJ/mol e a energia de ativação pelo método sugerido por Ozawa foi de 1034,1 kJ/mol. A fase gahnita foi detectada no material vitrocerâmico depois do tratamento térmico realizado em 900 ºC.

É consenso que o reaproveitamento de materiais descartados pela indústria constitui uma importante fonte de matérias-primas para novos produtos. Entretanto a atuação dos mesmos deve ser analisada com critério para assegurar a funcionalidade e qualidade dos produtos acabados. Este trabalho estuda a viabilidade de se obter materiais vítreos utilizando-se resíduos sólidos galvânicos (indústria metalúrgica) como principal matéria prima. Para ajustes de composição foram empregados os resíduos sólidos industriais de finos de sílica (indústria cerâmica), de rochas graníticas (rochas ornamentais) e reativos comerciais. Os materiais foram concebidos a partir de formulações baseadas nos vidros soda-cal, utilizando-se o sistema B2O3-CaO-Na2O-SiO2-MO (M = Cr, Ni, Cu, Zn). A funcionalidade dos metais de transição na estrutura do vidro foi avaliada em função da variação da concentração presente na estrutura e da resistência química oferecida pelos produtos. As estruturas foram analisadas utilizando-se principalmente técnicas espectrométricas que forneceram informações importantes no esclarecimento sobre a incorporação e inertização destes metais de alto risco ambiental. Obteve-se materiais vítreos formulados com os resíduos propostos. O arranjo estrutural destes vidros é similar ao do vidro soda-cal, permitindo o planejamento de vidros e vitrocerâmicos utilizando resíduos sólidos industriais como componente das estruturas da rede vítrea. Obteve-se materiais vítreos utilizando-se até 22,5% em massa de finos de sílica, 8,3% de pó de rochas graníticas e 50,5% de lodo galvânico, com boa resistência química (taxa de dissolução em meio aquoso de 1,5.10-8 [g.cm2.s-1]). GLASS / The reuse of industrial waste materials is considered as an important source of raw-materials to be employed at new products. However proper criteria is needed in order to obtain vitreous materials from industrial solid wastes like solid galvanic waste (metallurgical industry) as main raw material. Ajusting the composition silica fine powder (ceramic industry) and granite stones wastes (ornamental) were used. In the present work, the formulations are based in soda lime glasses, where the relevant system is B2O3-CaO-Na2O-SiO2-MO (M= Cr, Ni, Cu, Zn).The functional characteristics of such components into the glass structure, in special the transition metals, are evaluated regarding the actual concentration variation and concerning the products chemistry stability. The structures are mainly analyzed by spectrometric techniques which give important informations about immobilization of hazardous environment related metals lead to there inertization.Vitreous materials formulation with the proposed wastes are obtained. The glass structural arrangements is similar to the soda lime glass, allowing ceramic glass materials project based on industrial solid wastes as the main component. Several vitreous materials are obtained contained silica fine powder wastes about 22,5 %wt, granite rocks powder wastes about 8,3%wt and galvanic sludge wastes up to 50,5%wt, with showing good chemistry resistance (dissolution rate in aqueous media of 1,5.10-8[g.cm2.s-1]).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-03-04T20:04:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307630.pdf: 2744246 bytes, checksum: 78750cbf9c27cbcc674c211743b54ed2 (MD5) / Esta tese de doutorado está relacionada ao estudo de material vitrocerâmico do sistema LZS e ao projeto e à obtenção de uma ferramenta de usinagem com geometria definida. Essa ferramenta foi caracterizada do ponto de vista de suas propriedades típicas, visando a uma aplicação específica que inclui a definição de parâmetros de usinagem e tipos de materiais para usinagem. Uma composição vitrocerâmica de formulação 9,56Li2O.22,36.ZrO2.68,08SiO2 (% em massa) foi preparada e obtida, sob a forma de uma frita, a qual foi caracterizada química e fisicamente e, posteriormente foi moída, compactada uniaxialmente (100 MPa) e tratada termicamente (sinterização/cristalização) nas temperaturas de 800, 850, 900 e 950ºC durante diferentes intervalos de tempo (15, 30, 60 e 120 min). As principais fases cristalinas, identificadas por difração de raios X, após os tratamentos térmicos, foram o silicato de zircônio e o dissilicato de lítio. Os vitrocerâmicos obtidos foram caracterizados do ponto de vista físico-mecânico e térmico. As melhores propriedades, tipicamente requeridas para uma ferramenta de corte, foram alcançadas para amostras tratadas a 900°C por 120 min. As amostras preparadas, na condição otimizada, apresentaram densidade relativa de 96,0±1,6% com resistência mecânica à flexão, ?f=191±12 MPa, dureza, HV300g=8,14±0,53 GPa , módulo de elasticidade, E=115,7±1,1 GPa e tenacidade à fratura, KIc=3,6±0,2 MPa.m-1/2. O coeficiente de expansão térmica linear foi ?=12,5±0,1x10-6 °C-1 e a condutividade térmica, k=4,89±0,03 Wm-1K-1. As ferramentas de corte produzidas foram submetidas a testes de usinagem de torneamento de longa duração em aço AISI/ABNT 1019, ferro fundido cinzento FC200 e bronze TM23, utilizando velocidade de corte entre 100 e 200 m/min, profundidade de corte de 1 mm e avanço de 0,2 mm/rot sem uso de fluido de corte. Os testes de usinagem indicaram que a ferramenta produzida é adequada para a usinagem de bronze com velocidades de corte de até 150 m/min. O mecanismo de desgaste da ferramenta, predominante na usinagem dos materiais considerados neste estudo, foi o desgaste por abrasão. / This doctoral thesis is related to the study of a glass-ceramic material belonging to the LZS system and to the design and production of a cutting tool with defined geometry which was characterized under the point of view of its typical properties aiming a specific application including the definition of machining parameters and selection of materials to be machined. A 9.56Li2O.22.36.ZrO2.68.08SiO2 (wt.%) glass-ceramic composition was prepared and obtained as a glass frit which was chemically and physically characterized and then milled, uniaxially compacted (100 MPa) and heat-treated (sintering/crystallization) at 800, 850, 900 e 950ºC during different time intervals (15, 30, 60 and 120 min). The main crystalline phases, identified by X-ray diffraction, after heat-treatments, were zirconium silicate and lithium dissilicate. The obtained glass-ceramics were characterized under the view point of its physical-mechanical and thermal properties. The best typically required properties for a cutting tool were achieved for samples heat-treated at 900ºC for 120 min. The samples prepared in the optimized condition showed relative density of 96.0±1.6% with bending strength, sf=191±12 MPa, hardness, HV300g=8.14±0.53 GPa, Young's modulus, E =115.7±1.1 GPa and fracture toughness, KIc=3.6±0.2 MPa.m-1/2. The coefficient of thermal expansion was a=12.5±0.1x10-6 °C-1 and the thermal conductivity, k=4.89±0.03 Wm-1K-1. The cutting tools produced were subjected to long time machining tests using an AISI/ABNT 1019 steel, a FC200 gray cast iron and a TM23 bronze by applying cutting speeds between 100 and 200 m/min, depth of cut of 1mm and advance of 0.2 mm/rotation without the use of cutting fluid. The tests indicated that the machining cutting tool produced is suitable for the machining of bronze with cutting speeds of up to 150 m/min. The predominant cutting tool wear mechanism for the machining of the materials considered in this study was the abrasion wear.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:34:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319088.pdf: 1536145 bytes, checksum: 1e47215f77f45f77a94ae62bdf2acd4c (MD5) Previous issue date: 2013

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-21T16:31:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho visa ao estudo da viabilidade de obtenção de peças vitrocerâmicas via moldagem de pós por injeção (MPI). Este processo se caracteriza pela forte interação e dependência entre as suas principais etapas: mistura, moldagem, remoção do ligante e sinterização. Para o desenvolvimento do trabalho - orientado à expansão das fronteiras da tecnologia de injeção - foram utilizados resultados de experiências anteriores com materiais cerâmicos para formular ligantes e otimizar o seu processo de extração. Quanto ao tipo de pó empregado, foi selecionado para o presente estudo uma composição vitrocerâmica pertencente ao sistema LZSA (LiO2-ZrO2-SiO2-Al2O3), fazendo com que especial atenção fosse destinada à etapa de sinterização, já que os processos de sinterização e devitrificação podem ocorrer simultaneamente. O comportamento das formulações vitrocerâmicas contendo compostos orgânicos na forma de ligantes foi investigado mediante medidas reológicas, térmicas, morfológicas e mecânicas. Ensaios reológicos demonstraram que os requisitos de injetabilidade são atendidos para um volume de pó vítreo (precursor) de, no máximo, 55%. A remoção do ligante foi realizada por duas vias: a química e a térmica, sendo a primeira realizada em solvente hexano e a segunda a uma temperatura de 400oC, valor estimado a partir de análise termogravimétrica. Na etapa de sinterização foram utilizadas cinco temperaturas (650, 700, 750, 800 e 850oC) e quatro tempos (15, 30, 60 e 120 min), gerando um total de vinte condições de tratamento térmico para o material injetado. As temperaturas empregadas na sinterização estão baseadas no histórico térmico do pó vítreo e em dados de retração linear do material compactado uniaxialmente. O material tratado termicamente na condição 700oC/30min apresentou a maior densidade relativa (97,2%) em relação às outras condições e por conseqüência a menor porosidade, estas por sua vez foram determinantes em conferir um maior módulo de resistência à flexão a esta condição. Pôde-se também relacionar o aumento nos valores de porosidade e resistência ao desgaste por abrasão a quantidade e ao tipo de fases cristalinas presentes nas amostras. Para a maioria das amostras, favorecidas em sua cristalização, encontraram-se valores de resistência à flexão dentro de uma faixa de valores reportados na literatura para sistemas geradores das mesmas fases cristalinas. A concomitância nos processos de cristalização e densificação tem seus efeitos visíveis mediante análise dos resultados de densidade relativa e porosidade, na qual a relação tempo-temperatura exerce grande influência na obtenção de um corpo com baixa porosidade e propriedades mecânicas otimizadas.

O desenho planar para as células a Combustível de Óxido Sólido (SOFC) é melhor do que o tubular devido a sua maior densidade de corrente e menor custo de fabricação. No entanto, o projeto de SOFC planar requer selantes para evitar o vazamento de combustível e a mistura de gases em altas temperaturas. Os vidros e os vitrocerâmicos têm demonstrado serem os mais adequados por apresentarem boa compatibilidade com outros componentes da célula nas temperaturas de trabalho das SOFCs (700-1000°C). No presente estudo, uma série de composições pertencentes ao sistema BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) com a adição de B2O3 foram sintetizados tomando as proporções apropriadas de cada óxido constituinte. Propôs-se melhorar este sistema utilizando-se formadores e teores relevantes de modificadores estruturais, de forma a compatibilizar tanto o desempenho térmico por meio do coeficiente de expansão térmica (CET) como a compatibilidade química com os demais componentes da célula. A originalidade deste estudo está na busca destas características em regiões de composições ainda não exploradas, localizadas dentro do triangulo de compatibilidade BS-B2S-BAS2 na região rica em bário do sistema ternário. Entre estes vidros sintetizados quatro composições (BAS-4, BAS-5, BAS-6 e BAS-7) foram escolhidas porque são as mais adequadas às solicitações termomecânicas exigidas para um material vítreo atuar como selante em SOFC. / The design for planar cells Fuel Solid Oxide (SOFC) is better than the tubular due to its higher current density and lower manufacturing cost. However, the design of planar SOFC requires sealant to prevent leakage of fuel and the mixture of gases at high temperatures. Glasses and glass-ceramics have proven to be the most suitable because they have good compatibility with the other components of the cell at working temperature (700-1000°C). In the present study, a series of compositions belonging to the BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) system with the addition of B2O3 were synthesized having the appropriate proportions of each component oxide. It was proposed to improve this system using relevant levels of formers and structural modifiers oxides, in order to match both the thermal performance of thermal expansion coefficient (TEC) and chemical compatibility with other components of the cell. The originality of this study is to search for these characteristics in regions of compositions not yet explored, located inside the compatibility triangle BS-B2S-BAS2 at the barium rich part of the ternary diagram. Among the synthesized glasses four batch compositions (BAS-4, BAS-5, 6-BAS, BAS-7) were chosen because best matched the thermo-mechanical required for a glassy material to act as SOFCs sealant.