Neste trabalho são apresentados resultados experimentais do processo de filtração tangencial de uma suspensão in natura (soro de leite) aplicada na retenção de bactérias do grupo coliforme. No estudo do processo de separação utilizaram-se tubos microporosos de -alumina (Al2O3) e membranas comerciais de tamanho médio de poros no valor de 0,8 e 1,2m. Os tubos microporosos cerâmicos foram sinterizados à temperatura entre 1400 e 1450ºC, os quais foram caracterizados pela técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio, constatando o tamanho médio de poros de 0,3 a 0,5µm. Após a sinterização, os tubos cerâmicos foram sujeitos à impregnação com citrato de prata (material bactericida). As membranas comerciais também passaram pelo mesmo processo de impregnação. Com o uso da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi realizada uma caracterização da morfologia e da composição dos meios microporosos. Ensaios experimentais do processo de microfiltração foram realizados com soro de leite, com o objetivo de estudar a influência de parâmetros fluidodinâmicos tais como: número de Reynolds e pressão transmembrana, além de analisar a retenção da bactéria, Escherichia coli, em regime de escoamento para Reynolds entre 2700 e 32000 e pressões transmembrana entre 1 e 4 bar. O permeado foi analisado seguindo normas da 20ª. Edição dos Métodos Padrões para Análise de Água e Esgoto, e todos os experimentos seguiram padrões de segurança para minimizar a possibilidade de contaminação do meio junto à análise do material filtrado. A manutenção fisiológica das bactérias foi controlada com os parâmetros de pH e temperatura, respectivamente mantidos entre 6 e 7,0 e de 25 - 30ºC ± 1 ºC. Nestas condições de escoamento, da solução e do meio filtrante, o processo foi considerado satisfatório com vazões transmembrana entre 10 L/(h.m2) e 120 L/(h.m2). / This work reports experimental results of the crossflow microfiltration of emulsion (whey of milk) applied in the microrganism retention of the coliform group. In the study of the separation process were used micro-porous tubes of -alumina (Al2O3) and commercial membranes of average size pores of 0,8 and 1,2m. The micro-porous tubes were sinterised with temperature between 1400 and 1450 ºC and after, were characterized by technique of porosimetry for mercury intrusion, verifing average size of pores between 0,3 and 0,5µm. After the sintering, the ceramic tubes were treated with a citrate of silver solution (bactericidal substance), and submitted to synthesis for removed the organic matters. The commercial membranes were also impregnated by this process. With the scanning eletronic microscopy made the characterization of the morfology and micro-porous structures composition. Experimental tests of the crossflow microfiltration process were performed with whey of milk, with objective to study the influence of fluid dynamics parameters (Reynolds number and flux transmembrane) and to analyse the bacteria retention in turbulent regime, having Re between 2700 and 32000, transmembrane pressure (enters 1 to 4bar) and transmembrane flux between 0,5 and 300 L/h.m2. The permeate was analysed by the 20ª. Edition of the Standard Methods for Examination of Water, and all the experiments followed standards of security to restrict the possibility of contamination of the permeated and the atmosphere. The physiology of the bacteria was controlled by parameters of pH and temperature, respectively keeped between 6 and 7,0 and of 25 - 30ºC ± 1 ºC. In the conditions of flow, of the solution and system flow, the retention was considerated satisfactory with transmembrane flux between 10 L/(h.m2) and 120L/(h.m2).

Devido a crescente preocupação com relação ao efeito estufa e com o objetivo de obter produtos de maior valor agregado a partir dos gases CH4 e CO2, este trabalho estudou catalisadores de níquel suportados em diferentes óxidos (Al2O3, CeO2, MgO e ZrO2) promovidos com ZnO aplicados na reação de reforma seca de metano para obter gás de síntese (H2 + CO). Primeiramente foram estudados catalisadores de níquel suportados em ZrO2 dopados com diferentes teores de zinco: 0%, 5%, 12,5% e 25% a fim de selecionar o catalisador mais promissor para estudos posteriores. Também foram utilizados dois métodos de preparo: impregnação e co-precipitação. Os resultados de DRX mostraram que a adição de zinco estabilizou a fase tetragonal da zircônia em todos os teores de zinco e em ambos os métodos de preparo. As análises de RTP mostraram que os catalisadores impregnados sofreram maior redução do que os co-precipitados e para maiores teores de zinco foram necessárias maiores temperaturas de redução. Os testes catalíticos mostraram que o aditivo zinco não exerceu efeito sobre os catalisadores impregnados, porém para as amostras co-precipitadas notou-se um teor ótimo com relação à conversão de reagentes na reação e o catalisador 5Ni12ZZc apresentou os melhores resultados. A deposição de carbono também foi menor nos catalisadores co-precipitados. No estudo dos diferentes suportes, as análises de DRX sugerem a dopagem de todos os óxidos com zinco, pois houve mudanças no parâmetro de rede em todas as amostras. As análises de RTP mostraram que a adição de zinco diminui a temperatura de redução do catalisador suportado em alumina e, no suporte CeO2 o efeito é o contrário. Nos testes catalíticos observaram-se efeitos distintos: nos catalisadores Ni-ZnO-CeO2 e Ni-ZnO-MgO o efeito da adição de zinco causou diminuição na conversão dos reagentes, por outro lado, causou diminuição na deposição de carbono e inibição da formação do carbono grafite; nos catalisadores Ni-ZnO-Al2O3 a conversão de reagentes não se alterou com a adição de zinco porém houve uma diminuição na deposição de carbono. Os melhores resultados, portanto, foram apresentados pelo catalisador 5NiZnAl que converteu acima de 80% dos reagentes e não sofreu desativação pela deposição de carbono. / Due to the increasing concern related to the greenhouse effect and aiming to obtain products with higher added-value from CH4 and CO2 gases, nickel catalysts supported on different oxides (Al2O3, CeO2, MgO and ZrO2) promoted with ZnO were studied and applied to the dry reforming of methane reaction to obtain syngas (H2+CO). Firstly, ZrO2 supported Nickel catalysts doped with different zinc content: 0, 5, 12,5 and 25% molar ratio were used to identify and select the best amount of zinc to further studies. Two preparation methods were investigated: impregnation and co-precipitation. The XRD results showed that the zinc addition stabilized the zircon tetrahedral phase of all catalysts from both preparation methods. The TPR analyses showed that the impregnated catalysts reduced more than the co-precipitated ones and higher reduction temperature was needed for the catalysts with higher zinc content. The catalytic tests indicated that the zinc content did not have any effect over the impregnated catalysts, whilst for the co-precipitated samples, a great content was noted and the 5Ni12ZZc catalyst showed the best results. The co-precipitated catalysts also had lower carbon deposition. In the study of different supports, the XRD analyses showed that the zinc interacts with all the used oxides, because there were changes of the cell parameter of all samples. The TPR analyses indicated that the zinc addition lowers the reduction temperature of the alumina supported catalyst and the effect is opposite for the CeO2 support. Different effects were observed during the catalytic tests: for the CeO2 and MgO supported catalysts the effect of zinc addition caused a decrease in the conversion of reactants, but it lowered the deposition of carbon and inhibited the formation of graffiti carbon; for the Al2O3 supported catalysts, the reactant conversion was the same with the addition of zinc, however there was a reduction on the carbon deposition. Therefore, the best results were obtained for the 5NiZnAl catalyst, which converted over 80% of the reactants and wasn\'t deactivated by carbon deposition.

Neste trabalho, foram caracterizados eletricamente capacitores MOS com alumina (Al2O3) e aluminato de háfnio (AlxHf1-xOy) como dielétricos de porta, além disso, estes filmes dielétricos foram caracterizados fisicamente. A alumina foi obtida da oxidação anódica de filmes de alumínio evaporados sobre p-Si (100) através de imersão em ácido nítrico por 4 ou 6 min, para diferentes etapas de limpeza finais do substrato: solução diluída de ácido fluorídrico (DHF) ou solução de peróxido sulfúrico (SPM). Análises de retroespalhamento de Rutherford (RBS), espectroscopia por dispersão em energia (EDS) e espectroscopia por dispersão de comprimento de onda (WDS) indicam a formação da alumina estequiométrica, sendo que a difração de raios-X (XRD), mostrou o caráter amorfo do dielétrico. Por intermédio de curvas capacitância x tensão (CV) foram obtidas a espessura equivalente ao óxido de silício (EOT2,8nm), a densidade de estados de interface (Dit1,4x1011ev-1cm-2) e a permissividade elétrica da alumina (high-k10,6). A admitância associada à corrente de fuga em capacitores MOS foi modelada através de emissão por Frenkel-Poole, tunelamento por Fowler-Nordheim e/ou corrente de fuga constante. Os aluminatos de háfnio (AlxHf1-xOy) foram obtidos sobre p-Si (100), através de deposição atômica por camadas (ALD) para diferentes proporções molares de háfnio (25, 50 ou 75%) e para diferentes tratamentos posteriores (1000ºC, 60s em N2 ou N2+O2 ou laser). A espessura e a rugosidade foram obtidas com a ajuda da técnica de reflectometria de raios-X (XRR). A proporção molar de háfnio adotada no processo de obtenção dos filmes foi confirmada através de análises RBS e WDS. Por XRD, foi verificado o caráter amorfo e a separação de fases nos aluminatos e, por espalhamento de raios-X em ângulo-rasante e pequena abertura (GISAXS), foram analisadas as novas fases formadas. Por fim, da análise CV, foram obtidos EOT9,54nm, resistência série (Rs68,3) e a permissividade elétrica para o aluminato de háfnio (high-k15,2). Finalmente, uma modelagem da admitância associada à corrente de fuga em função da frequência foi proposta para as estruturas MOS. / In this work, MOS capacitors were electrically characterized using alumina (Al2O3) and hafnium aluminate (AlxHf1-xOy) as gate dielectrics; also, the same dielectrics films were physically characterized. Anodic alumina was obtained from oxidation of evaporated aluminum films immersed in nitric acid for 4 or 6 min for different last step cleanings of the p-Si (100) substrates: diluted hydrofluoric acid (DHF) or sulfur peroxide mixture (SPM). Rutherford Backscattering (RBS), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Wavelength Dispersive Spectroscopy (WDS) have shown the formation of stoichiometric alumina and the dielectric amorphous structure was revealed by X-Ray Diffraction (XRD). From Capacitance x Voltage curves (CV), it was obtained the equivalent oxide thickness (EOT2.8nm), interface trap density (Dit1.4x1011ev-1cm-2) and Al2O3 dielectric constant (high-k10.6). The admittance that represents the leakage process was modeled according to Frenkel-Poole emission, Fowler-Nordheim tunneling and/or constant leakage admittance. Hafnium aluminates (AlxHf1-xOy) were obtained on (100) silicon wafer surfaces by Atomic Layer Deposition (ALD) for different hafnium molar ratios (25, 50 or 75%) and for different treatments (1000ºC, 60s in N2 or N2+O2 or laser). Thickness and roughness were extracted from X-Ray Reflectometry (XRR) spectra. The hafnium molar ratios used in ALD process were confirmed by RBS and WDS. XRD analysis was used to establish the amorphous structure and phase separation in the aluminates after thermal treatments and Grazing-Incidence Small-Angle X-Ray Scattering (GISAXS) was used to analyze the new phases formed. From CV analysis, it was extracted EOT9.54nm, series resistance (Rs68.3) and dielectric constant from hafnium aluminate (high-k15.2). Finally, the admittance that represents the leakage was modeled in function of the frequency for the MOS structures.

Cerâmicas porosas encontram um vasto campo de aplicações tecnológicas, tais como isolantes térmicos em equipamentos siderúrgicos, filtros de fluidos em altas temperaturas e biomateriais. A obtenção dessas estruturas por meio de moldagem direta de suspensões aquosas é uma interessante técnica de conformação, pois, peças com geometrias complexas e de grandes volumes podem ser produzidas. Neste caso, a consolidação ocorre, geralmente, pela ação de um ligante hidráulico, cuja função é garantir níveis mínimos de resistência mecânica à verde. Em sistemas refratários, os ligantes mais utilizados são o cimento de aluminato de cálcio (CAC) e alumina hidratável (AH), devido à alta refratariedade e custos competitivos destes materiais. Nas estruturas porosas à base de alumina, particularmente, eles podem proporcionar valores distintos de porosidade e diferentes tipos de microestruturas. Este trabalho teve como objetivo entender como o CAC e a AH interagem com a alumina. Foram avaliados a evolução microestrutural e os efeitos do teor (10 até 40% em volume de ligante hidráulico) e do tamanho das partículas da matriz (alumina fina e grossa) nas amostras à verde e durante o aquecimento inicial até 1500°C. De modo geral, maiores volumes de ligantes permitiram a obtenção de estruturas à verde mais rígidas e resistentes, porém menos porosas. Além da porosidade total (PT), as microestruturas decorrentes das transformações de fases cristalinas ou amorfas também influenciaram os resultados mecânicos. No caso do CAC, as fases formadas durante as reações in situ ajudaram a melhorar as propriedades mecânicas das amostras, mesmo que acompanhado por um acréscimo em porosidade. Em proporções estequiométricas, os cristais de hexaluminato de cálcio (CA6) formados após tratamento a 1500°C inibiram a densificação, ajudando na manutenção da PT (36,7-46,5%), ainda com boa resistência (acima de 20 MPa em compressão diametral). Nos sistemas ligados com AH, observou-se grandes perdas em propriedades mecânicas antes da sinterização, as quais foram relacionadas ao aumento de densidade real dos precipitados do ligante e à perda de conexão entre as partículas da matriz. Em altas temperaturas, os precipitados de AH auxiliaram a sinterização e garantiram a obtenção de peças porosas quando se utilizou alumina grossa (PT: 44,3-47,7%). / Porous ceramics have a wide range of technological applications, such as thermal insulation in steelmaking furnaces, filter for high temperature fluids and as biomaterials. Obtaining these structures through the direct casting of aqueous suspensions is an interesting conformation method since pieces with complex geometries and large volumes can be produced. In this case, the consolidation usually occurs by the action of a hydraulic binder, which provides the minimum levels of mechanical strength in green samples. In refractory systems, the most used binders are calcium aluminate cement (CAC) and hydratable alumina (HA), due to the high refractoriness and competitive costs of these materials. Particularly, in porous alumina-based structures, they can provide distinct values of porosity and different types of microstructures. The purpose of the present work is to understand how CAC and HA interact with alumina. The effects of the binder content (from 10 up to 40% in volume) and the particle size of the matrix (fine and coarse) during initial heating up to 1500°C were studied. In general, larger volumes of binders provided green samples with less porosity but higher mechanical strength. Besides total porosity (TP), the microstructures generated from the transformations of crystalline or amorphous phases also influenced the mechanical results. In the case of CAC, the phases formed by in situ reactions improved the mechanical properties of the samples, despite the increase in porosity. In stoichiometric proportions, the crystals of calcium hexaluminate (CA6) formed after treatment at 1500°C inhibited the densification, favoring to maintain total porosity (36.7-46.5%), even with acceptable mechanical properties (above 20 MPa under diametric compression). In HA-bonded systems, before the sintering begins, a decrease in mechanical properties was noted and related to the increase in density of the precipitates and loss of connection between the matrix particles. At high temperature, the precipitates from HA aided the sintering and guaranteed porous samples in coarse alumina composition (TP: 44.3- 47.7%).

[pt] Os compósitos Cu-Al2O3 possuem excelente resistência a recozimentos em altas temperaturas bem como altas condutividades térmica e elétrica. Uma dispersão nanométrica uniforme de partículas cerâmicas na matriz metálica confere características únicas ao material, possibilitando a sua utilização como, por exemplo, resfriadores ativos. Por outro lado, estas propriedades são essencialmente dependentes da microestrutura do material, que por sua vez, varia de acordo com o método de preparação adotado. Os principais objetivos do presente trabalho são a introdução de um novo método de síntese e a caracterização microestrutural dos nano-compósitos Cu- Al2O3 e Ni- Al2O3. Este método é dividido em dois processos, ambos combinando as características de uma rota química para a preparação de uma mistura em pó de CuO ou NiO e Al2O3, com as vantagens do processamento in-situ de materiais, através da redução preferencial com H2 do CuO ou NiO. No processo 1, o Al2O3 é formado in-situ através da adição de uma solução de Al(NO3) 3 ao pó de CuO ou NiO. No processo 2, tanto o CuO ou NiO como o Al2O3 são formados in-situ a partir de uma solução contendo os nitratos de Cu ou Ni e Al. Os estudos termodinâmicos e cinéticos apresentados mostraram que as reduções do CuO para Cu e do NiO para Ni são viáveis, mesmo em baixas temperaturas (200-400oC). Amostras de Cu- Al2O3 (0,5, 1 e 5% em peso) foram analisadas por difração de Raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), e microscopia eletrônica de transmissão (MET) convencional, de alta resolução e de varredura. Os cristais de Cu da matriz variam de 50 a 250/300 nm para o Cu- Al2O3 (5% em peso)-processo 1 e possuem um tamanho médio de 500/600 nm para os compósitos contendo 0,5 e 1% em peso de Al2O3, também preparados pelo processo 1. O diâmetro das partículas de Al2O3 varia de 10 a 60/70 nm. Os nano- compósitos Cu- Al2O3 (0,5, 1 e 5 % em peso)-processo 2 possuem uma microestrutura formada por uma distribuição homogênea de Cu, Al e O. Os nano-compósitos preparados por ambos os processos apresentaram a formação de uma terceira fase, que pode ser CuAlO2 ou CuAl2O4. Nano-compósitos Ni- Al2O3 (0,5% em peso)-processo 2 também foram obtidos com sucesso, apresentando uma microestrutura similar a do Cu- Al2O3. Ligas Cu-Ni também foram obtidas em baixas temperaturas (400oC) através da redução por H2 de uma mistura de CuO-NiO preparada através do processo 2. / [en] Cu-Al2O3 composites are reported to have excellent resistance to high temperature annealing as well as high thermal and electrical conductivities. The uniform dispersion of nanometric ceramic particles in the metallic matrix provides unique characteristics to the material, enabling their application in high temperature and corrosive atmospheres. The special physico-chemical and mechanical properties are essentially dependent on the material`s microstructure, which in turn, will vary according to the composite preparation method. The main objectives of the present work are the introduction of a novel method for the preparation of Cu-Al2O3, Ni-Al2O3 nano- scale composites and their characterization. The preparation method is divided into two processes. In process 1, Al2O3 is formed in-situ by the addition of Al (NO3)3 solution to CuO powder, while in process 2, CuO or NiO and Al2O3 are formed in-situ from a water solution containing the dissolved nitrates of Cu or Ni and Al. Both the processes combine the advantages of chemical routes with that of in-situ processing, through the preferential H2 reduction of the CuO or NiO, contained in the mixture. The thermodynamics and kinetics studies presented have shown that the reductions of CuO to Cu and NiO to Ni are viable at a very low temperature (200-450oC). The Cu-Al2O3 (0.5, 1 and 5 wt%) specimens thus prepared have been examined by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and conventional, high resolution and scanning transmission electron microscopy (CTEM, HRTEM and STEM). The Cu crystals range from 50 to 300 nm for the Cu-Al2O3 (5 wt%)-process 1 and have an average grain size of 500/600 nm for the Cu-Al2O3 (0,5 and 1 wt%)-process 1, while the Al2O3 particles range from 10 to 60/70 nm in all cases. The Cu- Al2O3 (0.5, 1 and 5 %Peso)-process 2 composites are composed of a homogeneous dispersion of Cu, Al and O. Composites prepared by both the processes, have exhibited the formation of a third phase, which is suggested to be CuAlO2 and/or CuAl2O4. The Ni-Al2O3 (0.5 wt%) nano-scale composites have also been successfully prepared through process 2 and their characterization revealed a microstructure similar to that of the Cu-Al2O3 samples. By applying process 2, it has also been possible to co-form CuO and NiO. This co-formed oxide mixture has been reduced in H2 atmosphere at a low temperature of 400oC to produce a homogeneous nano-powder of a Cu-Ni (50 at%) alloy.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raphael Euclides Prestes Salem.pdf: 3931677 bytes, checksum: c378168a7c789517c20cf8c142c060f0 (MD5) Previous issue date: 2012-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Alumina is a ceramic material of great technological importance, due to its mechanical, electrical, thermal and optical properties. At industrial scale, alumina is obtained from bauxite, by the Bayer process. By this process, α phase, the most stable one, is obtained at temperatures above 1200°C, through a reconstructive transformation of its precedent transition phase, followed by nucleation and growth of particles. With the advance of technology, chemical methods for synthesis of powdered materials have been much studied, due to the need to obtain materials with improved properties. Pechini method was a method developed in the decade of 1960 in order to obtain ceramic oxides through simple procedures and using relatively low temperatures, allowing the production of materials with smaller particle size, controllable properties and high purity. This work aims to synthesize α-alumina powders by Pechini method with addition of α-alumina seeds, thus promoting the formation of α-phase in lower temperature than in the traditional methods. Also, the objective is to study the influence of an oxygen flow in the calcination process and in the elimination of organic matter from the precursor resin. After the synthesis and the formation of precursor resins, the obtained samples with and without the addition of seeds were calcined at temperatures between 500°C a nd 1100°C. The precursor resins were characterized by infrared spectroscopy and differential thermal analysis associated with thermogravimetry, and the calcined powders were characterized by differential thermal analysis associated with thermogravimetry, X-ray diffraction, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The seeding process promoted a significant reduction in the temperature of formation of α-phase, consequently allowing to form particles with smaller crystallite size, although as strong agglomerates irregularly shaped. The incidence of an oxygen flow on the calcination process contributed in a less significant way to eliminate the residual organic matter, present in the calcined samples even at high temperatures. It is observed that seeding the reaction medium is a simple method to favor the phase transformation of alumina through a mechanism of diffusional nucleation, promoting the formation of α-phase at lower temperatures. / A alumina é um material cerâmico de grande importância tecnológica, devido às suas propriedades mecânicas, elétricas, térmicas e ópticas. Em escala industrial, a alumina é obtida a partir da bauxita, através do processo Bayer. A fase α, a mais estável da alumina, é obtida a temperaturas acima de 1200°C pelos processo tradicionais, através de uma transformação reconstrutiva de sua fase de transição precedente, seguida de nucleação e crescimento das partículas. Com o avanço da tecnologia, métodos químicos de síntese de materiais particulados têm sido muito estudados, devido à necessidade de se obterem materiais com propriedades melhoradas. O método Pechini foi um método desenvolvido na década de 1960 para a obtenção de óxidos cerâmicos através de procedimentos simples e com temperaturas relativamente baixas, permitindo a produção de materiais com tamanho de partícula cada vez menor, propriedades controláveis e elevada pureza. Este trabalho tem como objetivo sintetizar pós de α-alumina através do método Pechini com a adição de seeds (ou germens de cristalização) de α-alumina, assim promovendo a formação da fase α em temperatura mais baixa do que os métodos tradicionais. Também se tem como objetivo estudar a influência de um fluxo de oxigênio no processo de calcinação e na eliminação de matéria orgânica da resina precursora. Após o processo de síntese e a formação da resina precursora, as amostras obtidas sem e com adição de seeds foram calcinadas a 500°C, 600°C, 900°C, 1000°C e 1100°C. As resinas precursoras fora m caracterizadas por espectroscopia no infravermelho e análise térmica diferencial associada a termogravimetria, e os pós calcinados foram caracterizados por análise térmica diferencial associada a termogravimetria, difração de raios X, espectroscopia no infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. A adição dos seeds na síntese promoveu uma redução significativa na temperatura de formação da fase , consequentemente permitindo a formação de partículas com menor tamanho de cristalito, porém em forma de aglomerados fortes com formato irregular. Além disso, a incidência de um fluxo de oxigênio no processo de calcinação contribuiu de forma pouco significativa para a eliminação de matéria orgânica residual, presente nas amostras calcinadas ao ar em maior quantidade mesmo após tratamento a altas temperaturas. Observa-se que a adição de seeds no meio reacional é um método simples de favorecer a transformação da célula unitária da alumina através de um mecanismo de nucleação difusional, promovendo a formação da fase a temperaturas mais baixas.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme Gralik.pdf: 15694789 bytes, checksum: 46d9955a777f2f852ddacabc2dfd661e (MD5) Previous issue date: 2012-08-08 / The porcelains are multiphase materials produced with natural raw materials, containing less than 0.5% of residual porosity and having more than 10% volume of a glassy phase. The main porcelains are composed of kaolin-quartz-feldspar which are called triaxial porcelains. The use of alumina as a substitute for quartz in the porcelain in of these formulations has been developed for some time. The results show a significant improvement in their mechanical properties, but alumina has a high cost compared with other raw materials. The study of the possibility of using alternative materials, that is also a source of alumina and with lower cost is quite important. In this work, quartz was substituted , in the formulation of triaxial porcelain, for alumina originating from the metallurgical process of aluminum in its various stages, beginning with the bauxite, followed by aluminum hydroxide obtained by two distinct processes (Reprecipitation and Bayer) and finally the alumina. The total and partial replacement was to evaluate the influence of quartz and raw materials in the formation of phases and mechanical properties of triaxial porcelain. The compositions studied were formed by pressing and sintered at different temperatures. The characterization of the porcelain was made by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, mechanical strength by three point bending and measures of density, porosity and water absorption. The results showed that the use of raw bauxite, aluminum hydroxide and aluminum hydroxide Bayer reprecipitated as an alternative source of Al2O3 is viable and there is a considerable increase of mechanical strength both in partial replacement as in the substitution of quartz. / As principais porcelanas são as compostas por caulim-feldspato-quartzo as quais recebem o nome de porcelanas triaxiais. A utilização da alumina como substituto do quartzo nas formulações dessas porcelanas vem sendo desenvolvida já há algum tempo. Os resultados mostram uma grande melhoria nas suas propriedades mecânicas, mas a alumina ainda tem um custo bastante elevado comparado com outras matérias-primas. O estudo da possibilidade do uso de matérias-primas alternativas, que também sejam fontes de alumina é bastante importante. Assim, neste trabalho o quartzo foi substituído, na formulação de uma porcelana triaxial, por alumina oriunda do processo metalúrgico do alumínio em suas diversas etapas, começando com a bauxita, seguido do hidróxido de alumínio obtido por dois processos distintos (Reprecipitação e Bayer) e finalmente pela alumina. A substituição foi total e parcial para melhor avaliar a influência do quartzo e das matérias-primas na formação das fases e nas propriedades mecânicas das porcelanas triaxiais. As composições estudadas foram conformadas por prensagem e sinterizadas em diferentes temperaturas. A caracterização dasporcelanas foi feita por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, resistência mecânica à flexão em três pontos e medidas de densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água. Os resultados mostraram que a utilização das matérias-primas bauxita, hidróxidos de alumínio Bayer e hidróxido de alumínio reprecipitado, como fonte alternativade Al2O3 é viável e ocorre um aumento considerável da resistência mecânica, tanto na substituição parcial como na substituição total do quartzo. Palavras chave: porcelana, alumina, microestrutura, resistência mecânica, quartzo.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Christiane Lago Ojaimi.pdf: 6052819 bytes, checksum: 5dbeb59c4d5610d059c81f63f68e3c11 (MD5) Previous issue date: 2014-01-29 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / The search for a beautiful and harmonious smile has motivated research on ceramic materials for dentistry aiming at the elimination of the metal substructure. Among many dental devices, abutments for implants are one component that has been replaced by ceramic material. The ceramics that exhibit good biocompatibility and mechanical properties are alumina and zirconia, the latter being the material the most widely used ceramic abutments. Both alumina and zirconia as present some restrictions when used only, but the ceramic base of alumina and zirconia compounds can present improved property compared with the isolated materials. Studies exhibit that alumina-zirconia nanocomposites present agreat improvement in some mechanical properties. Since the national production of ceramic abutments is still low compared to international production, and ceramic abutment with alumina and zirconia is not widespread. This work aims studying the sintering in two and three steps process of ceramic alumina nanocomposites with nanometric inclusion of 15% by volume of zirconia, aiming the application as dental abutment. For this purpose, samples were produced by pressing and sintered using different sintering conditions. The characterization of the sintered nanocomposites was made by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and measurements of grain size, and mechanical properties were evaluated from Vickers microhardness and fracture toughness. To evaluate the hydrothermal stability of these nanocomposites, accelerated aging tests were done in an autoclave and the samples were characterized by atomic force microscopy and X-ray diffraction. The results showed that sintering in steps allowed in the refinement of the microstructure of nanocomposites and that were resistant to hydrothermal degradation. / A busca por um sorriso bonito e harmônico tem motivado pesquisas na área de materiais cerâmicos para odontologia visando à eliminação da subestrutura metálica. Dentre muitos dispositivos odontológicos, os pilares intermediários para implantes são um dos componentes que vem sendo substituído por material cerâmico. As cerâmicas que apresentam boa biocompatibilidade e propriedades mecânicas são a alumina e a zircônia, sendo esta última a mais utilizada em pilares cerâmicos. Tanto a alumina quanto a zircônia apresentam algumas restrições quando utilizadas sozinhas, porém os compostos cerâmicos a base de alumina e zircônia podem apresentar ganhos de propriedade se comparada com os materiais isolados. Estudos mostram ainda que os nanocompósitos de alumina-zircônia apresentam uma grande melhoria em algumas propriedades mecânicas. Porém na produção de materiais cerâmicos geralmente utiliza-se sinterização sem pressão, o que ocasiona grande crescimento de grão, um dos métodos para se refinar a microestrutura de maneira simples é a sinterização em etapas. Uma vez que a produção nacional de pilares cerâmicos ainda é baixa se comparada com a produção estrangeira, e o pilar de cerâmica com alumina e zircônia é pouco difundido. Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de sinterização em duas e três etapas de nanocompósitos cerâmicos de alumina com 15% em volume de inclusão nanométrica de zircônia, visando a aplicação como pilar odontológico. Para isso, amostras produzidas por prensagem foram sinterizadas utilizando diferentes condições de sinterização. A caracterização dos nanocompósitos sinterizados foi feita por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e medidas de tamanho de grão, e as propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza Vickers e tenacidade à fratura. Para avaliar a estabilidade desses nanocompósitos foram feitos ensaios de envelhecimento acelerado em autoclave e as amostras foram caracterizadas por microscopia de força atômica e difração de raios X. Os resultados mostraram que a sinterização em etapas permitiu o refinamento da microestrutura dos nanocompósitos e que este apresentou resistência a degradação hidrotermal.

Nesta tese foram sintetizadas nove amostras de hidróxido de alumínio, a partir da reação de folhas de alumínio amalgamado em diversos meios reagentes. Esses hidróxidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão, difração eletrônica de varredura e difração de raios-X. A caracterização permitiu descrever a morfologia dos cristais obtidos e identificar rotas novas de preparo de hidróxidos de alumínio. Sendo elas: em meio metanol foi sintetizada gibsita (com alteração em seu hábito cristalino); em meio etanol foram sintetizadas misturas de hidróxidos de alumínio (à concentração de 20% resulta em mistura de cristais de baierita e nordstrandita; à concentração de 50%, mistura de gibsita, baierita e pseudoboemita; quando usando o etanol comercial, apenas a pseusoboemita); foi observado que a elevação da concentração de etanol leva a predominância da síntese de pseudoboemita; em meio álcool isopropílico foi sintetizada uma mistura de baierita e nordstrandita e em meio glicerina sintetizou-se apenas pseudoboemita. Foi desenvolvido um estudo de transformação de fase dos cristais de dois dos hidróxidos produzidos por essas rotas: baierita e nordstrandita. Pelos métodos de difração eletrônica de área selecionada e análise térmica diferencial foi determinada a seguinte sequência de transformações em função da temperatura: alumina-eta alumina-tetaalumina-alfa; as modificações na textura e morfologia foram acompanhadas, ao longo desse processo, pelas microscopias eletrônica de transmissão e varredura. Por microscopia eletrônica de transmissão e suas técnicas associadas, o processo de cristalização da nordstrandita pode ser acompanhado, que permitiu descrever, pela primeira vez, a nucleação e o crescimento desses cristais assim como seus efeitos na morfologia final do cristal. O mecanismo de transformação da pseudoboemita em nordstrandita permitiu mostrar, que o modelo de trasnformação da pseudoboemita pode ser generalizado para as três formas de trihidróxidos de alumínio. / Nine aluminium hydroxides were synthesized from the reaction between amalgameted aluminium foils and different aqueous solutions. The synthetic hydroxides were characterized by transmission electron microscopy, selected area electron diffraction, X-ray microanalysis, scanning electron microscopy and x-ray diffraction. These characterizations identified new routes for producing gibbsite, bayerite, nordstrandite and fibrilar pseudoboehmite and the influence of different aqueous solution in these crystallization. A morphological description of these hydroxides was made. The thermal transformation of bayerite and nordstrandite crystals into transition aluminas was studied by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy and selected area diffraction. The nordstrandite crystallization process was followed by electron optical techniques. Original results about nucleation and crystal growth were obtained for nordstrandite. The mechanism of transformation (pseudoboehmite into nordstrandite) was verified, and in general Al(OH) IND 3 comes from the pseudoboehmite.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito da carga normal aplicada, da velocidade de deslizamento, do acabamento superficial e do tipo de contra-corpo, na degradação dos materiais poliméricos POM e UHMWPE, resultante do contato deslizante contra corpos rígidos. Para tanto, foram realizados ensaios de desgaste em um tribômetro do tipo pino-contra-disco, com os pinos de materiais poliméricos e os discos de alumina e aço inoxidável. Nos ensaios de desgaste, utilizou-se 3 valores de carga, 3 velocidades de deslizamento e 3 níveis de acabamento superficial do contra-corpo. Para cada condição de ensaio, foram realizadas 3 repetições. Durante os ensaios, foram monitoradas a temperatura na interface dos materiais, a força de atrito e a posição vertical do pino. O deslocamento vertical do pino devido ao desgaste foi utilizado para a determinação da taxa de desgaste do polímero. A distância percorrida pelos pinos sobre o disco foi de 3.500 metros. Os ensaios foram realizados em ambiente com umidade relativa controlada em 50 ± 5 %. As análises por microscopia eletrônica de varredura das superfícies de desgaste dos pinos e dos discos indicaram a ocorrência de três tipos de mecanismos de desgaste: a abrasão, a fadiga e a transferência de filme (adesão). Para analisar o comportamento do desgaste mediante as influências estudadas, um parâmetro de severidade global (PVR/DD) é proposto. No parâmetro PVR/DD, considerou-se a relação entre um fator mecânico (condição de pressão e velocidade, PV), um fator topográfico (rugosidade do contra-corpo, R) e um fator térmico (difusividade térmica dos materiais em contato, DD). Verificou-se que os níveis de desgaste dos materiais poliméricos são influenciados pela condição de severidade global do contato; entretanto, o efeito preponderante foi devido ao tipo de material do contracorpo. Como foi observado que o deslocamento vertical ocorre devido não somente ao desgaste, mas também à fluência do polímero, à atuação de diferentes mecanismos de desgaste e ao fenômeno da fusão, os resultados de cada material de polímero estudado foram organizados na forma de mapas em função da severidade global, salientando as regiões de atuação de cada fenômeno. / The present investigation aims to study the degradation of polymeric materials resulting from the sliding contact against rigid bodies. The effect of some tribological influences, such as the applied load, the sliding velocity, the surface roughness and the counter-face material, were investigated. Experimental sliding wear tests were performed through a pin-on-disc tribometer, with the pins of polymeric material and the discs of alumina and stainless steel. The testing conditions of the wear tests encompassed three values of load (normal pressure) and three values of sliding velocity, or PV values, and three ranges of disc surface roughness. Three tests were performed in each condition. The interface temperature between the specimens, the friction force and the vertical position of the pin were monitored along the tests. The vertical displacement of the pin, resulting from the wear, was used for the determination of the polymer wear rate. The total sliding distance was of 3,500 meters. During the tests, the relative humidity of the environment was controlled to 50 ± 5 %. Analyses on the worn surfaces of pins and discs performed through scanning electronic microscopy indicated the occurrence of three wear mechanisms: abrasion (scratches), fatigue (waves) and adhesion (transfer film). In order to analyze the wear behavior of the polymer, a parameter of global severity of the contact (PVR/DD) was proposed. This parameter comprised a mechanical factor (the PV values), a topographic factor (the disc roughness) and a thermal factor (the thermal diffusivity of the materials in contact). It was possible to verify that the polymer wear depended on the level of global severity of the contact, where the major effect was due to the counterface material. It was also observed that the vertical displacement of the pin occurred not only due to the wear phenomena, but also due to the creep and the melting of the polymer, both depending on the testing condition. The creep and the melting phenomena were considered in the polymer degradation behavior, organizing the results of polymeric pin displacement in degradation maps, showing the boundaries of each observed phenomena, in function of the contact global severity.