Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:45:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07311.pdf: 9342627 bytes, checksum: 39f8e07895fc9a569490672b14452137 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11129.pdf: 7996300 bytes, checksum: d14b1b217192ca316a3d971bede18997 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06776.pdf: 13953559 bytes, checksum: fbb8c77f5b5bada8939f5c8e246ef8e6 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:95/03947-9

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-03-17T11:04:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-03-17T11:04:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Cerâmicas à base de alumina pertencem à classe de materiais denominados estruturais, muito utilizados em ferramentas de corte. A alumina possui boas propriedades para uso como cerâmica estrutural e com o objetivo de melhorar suas tenacidade à fratura e resistência mecânica, são produzidos compósitos com diferentes aditivos. Novos estudos apontam para os micro-nanocompósitos, onde a adição de partículas micrométricas deve auxiliar no aumento da resistência mecânica, e de partículas nanométricas, no aumento da tenacidade à fratura. Neste trabalho foram obtidos micro-nanocompósitos à base de Al2O3 com inclusão de partículas nanométricas de NbC e micrométricas de WC com proporções de 2:1, 6:4, 10:5 e 15:10 e micro-nanocompósitos à base de Al2O3 com inclusão de partículas nanométricas de NbC e micrométricas de TaC com proporção de 2:1 em relação à alumina. Para o estudo de densificação, os micro-nanocompósitos foram sinterizados em dilatômetro com taxa de aquecimento de 20 °C / min até a temperatura de 1800 °C, em atmosfera de argônio. Com base nos resultados de dilatometria, corpos de prova foram sinterizados entre 1500°C e 1700°C, com patamar de 30 minutos, em forno resistivo de grafite e atmosfera de argônio. Foram determinadas as densidades, fases cristalinas formadas, durezas e tenacidades, e analisadas as microestruturas dos micro-nanocompósitos. As amostras Al2O3:NbC:TaC sinterizadas a 1700°C atingiram as maiores densidades aparentes (~95%DT) e a amostra sinterizada a 1600°C apresentou microestrutura homogênea e valor de dureza (15,8 GPa) em comparação à alumina pura. As composições com 3% de inclusões são as mais promissoras para aplicações futuras como ferramentas de corte. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-06-09T18:44:49Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-06-09T18:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O uso do hidrogênio, como vetor energético, representa uma opção promissora a fim de se reduzir a dependência dos combustíveis fósseis e controlar a emissão de poluentes na atmosfera. Atualmente, uma das rotas mais propícias para produção de hidrogênio envolve a reação de reforma a vapor de álcoois utilizando-se catalisadores de níquel suportados em alumina. O níquel é amplamente utilizado em catálise devido ao baixo custo e à elevada atividade para ruptura da ligação C-C. A alumina, por sua vez, promove maior dispersão do metal ativo devido aos valores elevados de área superficial das estruturas cristalinas de transição, sobretudo da fase gama, característica esta diretamente relacionada às condições de síntese. A incorporação de lantânia, como aditivo, tem sido considerada por moderar a acidez da superfície do suporte e minimizar a deposição de carbono no catalisador durante a reação de reforma. Tendo em vista que a atividade dos catalisadores na reação de reforma é função das características físicas e químicas desses materiais, avaliou-se, no presente trabalho, a rota de síntese por coprecipitação de hidróxidos em associação ao uso de surfactante e tratamento solvotérmico. A rota de mistura de pós de óxido de níquel com alumina, ambos preparados por precipitação individual, foi adotada para comparação dos resultados obtidos por coprecipitação. Nas condições otimizadas do processo, estudou-se o efeito da adição de óxido de lantânio nas propriedades dos materiais sintetizados. Verificou-se que o método de coprecipitação permitiu a obtenção de óxidos mistos com elevada área superficial (na faixa de 170 a 260 m2g-1), ao passo que a mistura de óxidos conduziu à formação de pós constituídos por fases distintas de alumina e óxido de níquel, com menor área superficial (na faixa de 60 a 180 m2.g-1). Após avaliação do comportamento de redução do óxido de níquel contido nesses materiais, as propriedades dos pós obtidos foram correlacionadas com o desempenho na produção de hidrogênio pela reforma do etanol. De acordo com os resultados, o catalisador preparado por coprecipitação apresentou menor atividade na produção de hidrogênio, comparativamente aos materiais obtidos por coprecipitação em associação com tratamento solvotérmico e mistura de óxidos. Em contraste, verificou-se uma menor quantidade de carbono acumulado sobre o catalisador preparado por coprecipitação, indicativo da elevada estabilidade catalítica deste material durante a reação de reforma. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Neste trabalho foram avaliados os efeitos da adição de polímeros precursores na sinterização, microestrutura, dureza e na tenacidade à natura de materiais cerâmicos à base de carbeto de silício e de AI2O3. As matérias-primas cerâmicas foram caracterizadas por análise semi-quantitativa por espectrometria de fluorescência de raios X, difração por laser, adsorção gasosa e microscopia eletrônica de varredura. Para os polímeros utilizou-se análise termogravimétrica. A cinética de sinterização das amostras compactadas foi estudada por dilatometria. A caracterização dos materiais sinterizados incluiu medidas de densidade aparente pelo princípio de Arquimedes e/ou por picnometria de He, porosimetria por intrusão de Hg, análises de difração de raios X, de carbono total, avaliação da microestrutura e por microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, análise por espectrometria de raios X por dispersão de energia, ensaios de impressão Vickers para determinação de dureza e tenacidade à fiatura. No estudo de cerâmica à base de carbeto de silício foram utilizados os aditivos óxidos AI2O3 (4% em peso) e Y2O3 (4% em peso) e os aditivos poliméricos PMHS (polimetilhidrogenossiloxano) e polimetilhidrogenossiloxano com D4Vi. O processamento envolveu a cura do material, pirólise e sinterização (1850 °C e 1950 °C/l h. Ar ou N2). Nas amostras à base de carbeto de silício houve elevada perda de massa, principalmente quando a atmosfera de sinterização foi argônio. As amostras à base de carbeto de silício, com adição de polímeros atingiram densidade de até 3,15 g/cm3 quando pirolisadas a 900 °C em N2 e sinterizadas a 1950 °C, em atmosfera de nitrogênio. Para as amostras à base de alumina foram utilizados os aditivos poliméricos PMHS, PMS (polimetilsilsesquioxano) e PPS (polifenihnetilvinilhidrogenosilsesquioxano) e as sinterizações foram realizadas a 1650 °C e 1700 °C, não havendo variações significativas nas densidades obtidas nas duas temperaturas. Nos materiais com adição de PMHS foram obtidos compósitos de alumina e mulita, sendo que os grãos de mulita foram formados intergranularmente. Nas amostras contendo PMS ou PPS a distribuição das feses formadas, Si2Al4O4N4 e Si2ON2, foi bastante heterogênea, A obtenção de compósitos cerâmicos utilizando pequenas adições de polímeros precursores cerâmicos mostrou-se viável para materiais à base de alumina, sendo uma rota simples de conformação, com grande potencial para a obtenção de peças com geometria complexa. / The effects of the addition of precursor polymers on sintering, microstructure, hardness and fiacture toughness of silicon carbide and alimiina ceramics were studied. The ceramic raw materials were characterized by semi-quantitative analysis by X-ray fluorescence, particle size by laser diffraction, specific surface area by gas adsorption and microstructural analysis by scanning elecfron microscopy. The polymers were analyzed by thermogravimetry. The sintering kinetics of cold-pressed specimens was studied by dilatometry. The sintered materials were characterized by evaluation of apparent density by the Archimedes technique and/or helium picnometry, by mercury porosimetry, by X-ray diflftaction, by evaluation of total carbon content, by scanning and transmission electron microscopy, by enetgy dispersion X-ray spectrometry, and by Vickers indentation analysis for determining hardness and fiacture toughness. AI2O3 (4wt.%) and Y2O3 (4wt.%) and polymetylhydrogenosiloxane and polymetylhydrogenossiloxane with D4Vi were the sintering aids for SiC. The processing procedures were material cure, pyrolysis and sintering (1850 X and 1950 °C/1 h, Ar or N2). High mass loss was measured in silicon carbide based ceramics, mainly under argon. Silicon carbide based ceramics with polymer sintering aids achieved 3.15 g/cm3 density after pyrolysis at 900 °C under N2 and sintering at 1950 °C under nitrogen. PMHS, PMS and PPS polymer sintering aids were used for almnina based ceramics sintering carried out at 1650 °C and 1700 °C, without significant difference in the final density. Addition of PMHS yielded alumina and mullite composites, with intergranular mullite grains. Heterogeneous Si2AI4O4N4 and Si2ON2 phases were obtained in specimens with PMS or PPS, The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers showed a suitable process for alumina-based ceramics, a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

Investiga-se a influência de diferentes tratamentos sobre o sistema alumínio com cobertura de óxido de alumínio. A anodização do alumínio em meio de ácido sulfúrico e meio misto de sulfúrico e fosfórico foi empregada para alterar a resistência à corrosão, a espessura, o grau de cobertura e a microdureza do óxido anódico; e a eletrodeposição de ferro no interior óxido anódico em meio de sulfato com tratamento químico de selagem com cério, para alterar a sua condutividade elétrica e a sua resistência à corrosão. Para a eletrodeposição de ferro aplicou-se corrente contínua e pulsada e diversificou-se a composição do eletrólito de Fe(SO4)2(NH4)2.6H2O, com a adição dos ácidos bórico e ascórbico e para o tratamento de selagem, variou-se a concentração do CeCl3. A espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS), a fluorescência de raios X (FRX) e a análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiram verificar que, a corrente pulsada eleva o teor de ferro na camada anódica e a presença dos aditivos inibe a oxidação do ferro. As curvas cronopotenciométricas obtidas durante a eletrodeposição de ferro indicaram que a mistura dos ácidos bórico e ascórbico aumentaram a eficiência do processo de eletrodeposição. A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), medidas de microdureza Vickers (H) e análise morfológica evidenciaram que o tratamento de selagem melhora a resistência à corrosão do filme óxido modificado com ferro. As medidas de impedância elétrica por duas pontas permitiram comprovar o aumento da condutividade elétrica do alumínio anodizado com ferro, mesmo após o tratamento com baixas concentrações de cério. Nanofios de ferro foram preparados utilizando os poros do óxido anódico como matriz. / The influence of different treatments on the aluminum system covered with aluminum oxide is investigated. The aluminum anodization in sulphuric media and in mixed sulphuric and phosphoric media was used to alter the corrosion resistance, thickness, coverage degree and microhardness of the anodic oxide. Iron electrodeposition inside the anodic oxide was used to change its electric conductivity and corrosion resistance. Direct and pulsed current were used for iron electrodeposition and the Fe(SO4)2(NH4)2.6H2O electrolyte composition was changed with the addition of boric and ascorbic acids. To the sealing treatment the CeCl3 composition was varied. The energy dispersive x-ray (EDS), the x-ray fluorescence spectroscopy (FRX) and the morphologic analysis by scanning electronic microscopy (SEM) allowed to verify that, the pulsed current increase the iron content inside the anodic layer and that the use of the additives inhibits the iron oxidation. The chronopotentiometric curves obtained during iron electrodeposition indicated that the boric and ascorbic acids mixture increased the electrodeposition process efficiency. The electrochemical impedance spectroscopy (EIE), the Vickers (H) microhardness measurements and morphologic analysis evidenced that the sealing treatment improves the corrosion resistance of the anodic film modified with iron. The electrical impedance (EI) technique allowed to prove the electric conductivity increase of the anodized aluminum with iron electrodeposited even after the cerium low concentration treatment. Iron nanowires were prepared by using the anodic oxide pores as template.

O resíduo estudado neste trabalho é originado do processo de obtenção de alumínio metálico, de grande interesse no Brasil pelo fato do país ser detentor de algumas das maiores reservas do mineral bauxita no mundo, utilizado como fonte de alumínio. Tendo como estratégia a geração de resíduo zero, colaborando para as tecnologias ambientalmente amigáveis, este trabalho estuda a incorporação de um resíduo resultante da recuperação de alumínio presente na escória gerada durante o processo de produção primária do alumínio metálico, por plasma térmico. Utilizando-se o diagrama de equilíbrio de fases do sistema Al2O3-CaO-SiO2, fez-se a adequação das composições visando a incorporação de resíduo no produto cerâmico sem alterar as características de processamento do material. A obtenção de vidros e de fritas vitrocerâmicas com o resíduo borra branca foi realizada fazendo-se a fusão das composições calculadas e, para os vitrocerâmicos, tratamento térmico posterior de devitrificação. Os produtos obtidos foram caracterizados utilizando-se técnicas de análise tais como difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia do infravermelho (FTIR). Foi possível obter material vitrocerâmico com até 30% de resíduo de alumínio, após a fusão a 1300°C e devitrificação a 900°C. Em adição, o resíduo demonstrou ser um promissor material auxiliar na formação de fases cristalinas em baixos tempos de tratamento térmico. / This work studies the residue obtained from the process of aluminum metal extraction activities, a great interest process, because of Brazil own some of the biggest bauxite mineral reserves in all the world. As a useful choice for no residue generation, and a support for environmentally friendly technologies, this work studies the white dross residue (WDR), from the process of aluminum metal reduction by thermal plasma. The phase equilibrium diagram of Al2O3-Ca O-SiO2 system was used to calculate the compositions. The WDR were incorporated in a ceramic product without modifying its principal characteristics. The fusion and devitrification treatments were studied. XRD (X-ray diffractometry), SEM (scanning electron microscopy) and FTIR (transformed Fourier infrared) were used to investigate the glass and glassceramic samples. These techniques showed that is possible to get glassceramic with up to 30 mass% of WDR after molten at 1300 deg C and annealed at 900 deg C. In addition, the WDR showed to be a promising material in attainment of crystalline phases in less times of heat treatment for annealing.

Materiais cerâmicos, como a alumina e a zircônia têm sido explorados ao longo dos anos na aplicação como biomateriais. Sua natureza bioinerte, tem estimulado o desenvolvimento de novas alternativas, como tratamentos químicos para tornar o desempenho biológico destas cerâmicas mais adequadas. O recobrimento biomimético de cerâmicas bioinertes a partir de soluções com concentrações iguais às do plasma sanguíneo humano, SBF, pemiite o crescimento de uma camada bioativa na superfície dos implantes. A bioatividade do material está relacionada com a formação de uma camada constituída por cristais de hidroxiapatita carbonatada de baixa cristalinidade, similar à apatita biológica. A biocompatibilidade associada às propriedades estruturais da alumina e da zircônia tem estimulado o uso clínico destes materiais, inclusive em regiões de maiores solicitações mecânicas. Neste trabalho foram produzidas amostras de alumina, zircônia dopada com ítria (3% mol) e compósitos de alumina e zircônia dopada com ítria (3% mol) preparadas pelo método de co-precipitação, calcinadas, sinterizadas, tratadas quimicamente com soluções de ácido fosfórico e hidróxido de sódio e imersas em 1,0M e 1,5M SBF. Os pós calcinados foram analisados por difração de raios x (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise de área de superfície específica (BET) e análise de distribuição granulométrica (CILAS). Os resuhados por DRX indicam que as amostras possuem baixa cristalinidade. Observou-se que por BET as amostras apresentam alta área de superfície específica. Os resultados de CILAS e MEV mostraram que os pós encontram-se na forma de aglomerados. As amostras sinterizadas, foram analisadas por difração de raios x (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e fluorescência de raios x (FRX), apresentando 96% da densidade teórica e as fases analisadas pelo método de Rietveld foram identificadas e quantificadas como: cúbica, tetragonal e monoclínica da zircônia, além da fase alfa da alumina. O tratamento químico com ácido fosfórico não apresentou uma tendência de maior formação de apatita em relação às amostras não tratada quimicamente. O tratamento com hidróxido de sódio provocou transformação acentuada da fase cúbica para tetragonal e da fase tetragonal para a fase monoclínica da zircônia. Os ensaios biomiméticos proporcionaram a formação de apatita sobre as superfícies das amostras, identificadas por DRX, e sua espessura foi medida por FRX. / Ceramic materials, as akimina and zirconia have been explored along the years as biomateriais application. The bioinert nature has been stimulating the development of new alternatives, as chemical treatments to improve the biological application of these ceramics. The biomimetic process of bioinerts ceramics for coating apatite is based on soaking the implant in a simulated body fluid, SBF, with ion concentrations nearly equal to those of human blood plasma. The bioactivity of the material is related with the formation of a layer constituted of hidroxiapatite low crystalline, similar to the biological apatite. The biocompatibility associated to the structural properties of the alumina and zirconia has been stimulating the clinical use of these materials, mainly in areas of larger mechanical requests, places not recommended for bioactive hidroxiapatite, for instance. In this work samples of alumina, zirconia doped with yttria (3% mol) and composites of alumina and zirconia doped with yttria (3% mol) were prepared by co-precipitation method, calcinated, sintered, chemically treated with solutions of acid phosphoric and sodium hydroxide and them immersed in l.OM and 1.5M SBF. The calcinated powders were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), gas adsorption (BET) and laser diffraction. The XRD resuhs indicate that the samples are low crystalline. It was observed for BET that the samples present high specific surface area. The resuhs of laser diffraction and SEM showed that the powders are agglomerates. The sintered samples were analyzed by XRD, SEM and X-ray fluorescence (XRF). The phases quantified by Rietveld method were: cubic, tetragonal and monoclinic of the zirconia, besides the phase alpha of the alumina. The chemical treatment with phosphoric acid didn\'t present a tendency of larger apatite formation in relation to the samples no chemically treated. The treatment with sodium hydroxide provoked accentuated transformation of the cubic phase for tetragonal phase and of tetragonal phase for the monoclinic phase of the zirconia. The immersion of samples in SBF provided apatite coating formation on the surfaces of the samples, identified by XRD, and the coating thiclmess was measured by XRF.