Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-30T03:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349694.pdf: 7701215 bytes, checksum: 80b75db315faad0980acec489a4b63ca (MD5) Previous issue date: 2017 / Durante a etapa de aquecimento do processo de queima de revestimentos cerâmicos ocorrem diversas transformações físicas e químicas com as matérias-primas que os compõem. As reações químicas de desidroxilação dos argilominerais e a decomposição dos carbonatos são as mais pronunciáveis. Promovem uma perda de massa significativa na placa cerâmica. Estas reações podem retardar a etapa de queima aumentando o tempo de permanência das placas cerâmicas no interior do forno. Desta forma torna-se importante conhecer os mecanismos de transferência de massa e calor, já que o calor ativa as reações químicas citadas anteriormente. Para isso foram desenvolvidas modelagens matemáticas com a utilização do Método da Média no Volume, pois este método permite carregar, hierarquicamente, as informações físicas que descrevem os mecanismos de transferência de massa e calor e obter expressões teóricas para os coeficientes de transporte. Estas informações físicas são correspondentes às partículas das matérias-primas (microescala) e empacotamento do pó atomizado (macroescala). Os coeficientes de transporte são os tensores de difusividade efetiva, tensores de condutividade térmica efetiva e coeficiente convectivo de transferência de massa e calor. Estes coeficientes foram determinados resolvendo os Problemas de Fechamento e os valores obtidos foram comparados com os dados apresentados na literatura. Com os resultados dos problemas de fechamento, os valores dos coeficientes foram inseridos nas equações para o transporte das espécies químicas e da energia na placa cerâmica e foram corroborados com os dados experimentais em diferentes velocidades de aquecimento. Os resultados obtidos ficaram próximos dos resultados da literatura para os coeficientes dos problemas de fechamento e também aos resultados experimentais, mostrando que a modelagem proposta é aplicável para avaliação da desgaseificação dos revestimentos cerâmicos durante a etapa de queima. / Abstract : During the heating step of the ceramic tile burning process, several physical-chemical transformations occur to its raw materials. The chemical reactions of dehidroxylation of the clay minerals and the decomposition of carbonates are the most pronounced, because it promotes a significant mass loss in the ceramic plate. These chemical reactions can limit the burning process with respect to the residence time of the ceramic plates within the furnace. Thus, it becomes important to know the heat and mass transfer mechanisms, since heat activates the chemical reactions. For this, a mathematical modeling was developed using the Volume Average Method (VAM). VAM allows the hierarchical physical information transfer that describes the mass and heat transfer mechanisms and obtain theoretical expressions to the transport coefficients. This information corresponds to the raw material particles (microscale) and the packing of atomized powder (macroscale). The transport coefficients are: effective diffusivity tensors, thermal conductivity tensors, convective coefficient of mass and heat transfer. These coefficients were evaluated solving the Closing Problem and the values obtained were compered to values found in the literature. With the results of the closing problems, the coefficients were used in the chemical species and heat transport equations of the ceramic plate and its results were validated with experimental data in different heating velocities. This work presented results very close to the literature for transfer coefficients and also to the experimental data, showing that the proposed mathematical modeling is applicable to the evaluation of the degassing of ceramic tiles during the burning step.

As células a combustível de operação em altas temperaturas (800 a 1000 °C) do tipo óxido sólido (SOFC), são sistemas de geração de energia que convertem diretamente energia química em eletricidade pela combinação de um combustível com o oxigênio. Com a redução da temperatura de operação desse tipo de célula para uma faixa entre 600 e 800°C, a possiblidade do emprego de materiais metálicos como interconectores têm sido proposta em substituição aos materiais cerâmicos convencionais. Entre as ligas metálicas, os aços inoxidáveis ferríticos têm sido propostos devido às suas propriedades de condutividade elétrica, coeficiente de expansão térmica compatível com os demais constituintes da célula e baixo custo. No entanto, quando exposto a temperaturas elevadas em determinadas atmosferas o interconector em aço inoxidável pode sofrer o aumento gradual da resistência elétrica, devido à formação de uma camada de óxido sobre a superfície (Cr2O3). Além disso, pode ocorrer a migração de cromo para o cátodo, comprometendo o desempenho eletroquímico da célula a combustível. Neste contexto, a aplicação de revestimentos cerâmicos protetores é uma das possíveis soluções para esses problemas. Este trabalho teve por objetivo a obtenção de filme cerâmico sobre o aço inoxidável ferrítico AISI 430. Os filmes foram obtidos pela técnica de spray pirólise a partir de uma solução precursora contendo nitratos de La, Sr e Co. Após tratamento térmico foi possível obter a fase perovskita La0,6Sr0,4CoO3. A caracterização morfológica, estrutural e química dos filmes obtidos foi realizada por meio de: microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios X (DRX) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Além disso, os filmes foram avaliados quanto à aderência e quanto à resistência à oxidação. Os resultados obtidos mostraram que o aço inoxidável ferrítico AISI 430 revestido, apresentou aumento na resistência à oxidação em relação ao substrato sem revestimento. No entanto, ainda que aderentes, os filmes apresentaram cobertura irregular. / High-temperature solid oxide fuel cells (800-1000°C) are energy power generation, directly converting the chemical energy into electricity by combining fuel and oxygen. With the reduction of SOFC operating temperature into an intermediate temperature range of 600-800 °C, it has become possible to replace conventional ceramics with metallic alloys for interconnects. Of the metallic alloys, ferritic stainless steels are considered among the most promising candidate materials, due to their electronic conductivity, appropriate coefficient of thermal expansion (CTE) with other components in fuel cell and low material cost. However, when exposed to high temperatures in certain atmospheres, stainless steel interconnect may suffer gradual increase in the electrical resistance, due to the formation of an oxide layer on their surface (Cr2O3). Moreover, there may be migration of chromium via chromia scale evaporation into cathode, which can lead to degradation in the electrochemical performance of the fuel cell. In this context, the application of a ceramic protective layer is one of the possible solutions to this problem. The purpose of this work was to obtain ceramic coating on the AISI 430 ferritic stainless steel. The films were obtained by spray pyrolysis technique from a precursor solution containing La, Sr and Co nitrates. After the heat treatment, it was possible to obtain the perovskite phase. The morphology, structural and chemistry of the films obtained were characterized by: scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Moreover, the films were characterized according to adhesion and oxidation resistance. The results showed that the coated AISI 430 stainless steel presented an increase in oxidation resistance in comparison with uncoated substrate. However, although adherent, the films obtained showed irregular coverage.

SILVA, P. M. O. Estudo dos efeitos da adição de ZnO e Nb2O5 nas propriedades dielétricas da matriz cerâmica BaBi4Ti4O15 (BBT) e suas aplicações em antenas. 2013. 148 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-02T12:23:02Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_pmosilva.pdf: 5352918 bytes, checksum: c95bbc0a17fa84806fa1decf60d2346c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-04-02T18:51:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_pmosilva.pdf: 5352918 bytes, checksum: c95bbc0a17fa84806fa1decf60d2346c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-02T18:51:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_pmosilva.pdf: 5352918 bytes, checksum: c95bbc0a17fa84806fa1decf60d2346c (MD5) Previous issue date: 2013-10-11 / With the rapid growth of the telecommunications industry created a strong need for ceramic materials for applications in microwave. These materials should exhibit high dielectric permittivity (εr), high quality factor (Q), good thermal stability (τf ±10 ppm/ºC) and low cost. With the invention of mobile phones, the field of wireless communication has undergone a revolutionary growth in recent decades. The success of the third generation (3G) services in mobile communication, motivates the development of broadband fourth generation (4G) of mobile phones and other wireless products and services, such as Bluetooth. Nowadays it is well known the use of tablets, which are increasingly gaining market and encouraging the development of new technologies to improve the flow of information. This work involves the development and characterization of the barium bismuth titanate ceramic, (BaBi4Ti4O15) with addition of niobium oxide (Nb2O5) or zinc oxide (ZnO) in order to decrease the sintering temperature and possibly improve the densification and subsequently check the modifications on material properties, such as the temperature coefficient of resonant frequency (τf). The series ceramics were produced using the solid state reaction with the use of high energy mechanical milling and heat treatment. The structural characterization was performed based on Scanning Electron Microscopy (SEM) and Measurement by Pycnometer. The relative densities of the samples with added (ZnO) had the highest concentration value of 77% pure BBT while the value was 56%. The relative densities of the samples spiked with (Nb2O5) had the highest concentration value of 61% compared to pure BBT. Experiments were conducted to evaluate the electrical and dielectric behavior of the samples in the range of Microwave and Radio Frequency (temperature and temperature variation). Finally, the material was tested as a DRA, and then the results were simulated using the HFSS program. The characteristics of the pure ceramic DRA are 1,12dBi gain and 32,51% efficiency. The DRA added with 2% (ZnO ) showed 1.16dBi gain with 33,96% efficiency , while the one that was added with 5% (Nb2O5) showed gain of 1.41dBi with 42,21% efficiency. / Com o rápido crescimento das indústrias de telecomunicações criou-se uma forte necessidade por materiais cerâmicos para aplicações em micro-ondas. Devendo estes materiais apresentar alta permissividade dielétrica (εr), elevado fator de qualidade (Q), boa estabilidade térmica (τf ±10 ppm/ºC) e baixo custo. Com a invenção de telefones celulares portáteis, o campo da comunicação sem fio passou por um crescimento inovador nas últimas décadas. O sucesso da terceira geração (3G) dos serviços de comunicação de telefonia celular, motiva o desenvolvimento de banda larga de quarta geração (4G) de telefones celulares e outros produtos e serviços sem fio, como por exemplo, o Bluetooth. Este trabalho consiste no desenvolvimento e caracterização da cerâmica de titanato de bário-bismuto (BaBi4Ti4O15) com adição de óxido de nióbio (Nb2O5) ou óxido de zinco (ZnO), visando a diminuição da temperatura de sinterização e possivelmente melhorar a densificação, e posteriormente, verificar as modificações ocorridas nas propriedades do material, como por exemplo, o coeficiente de temperatura da frequência ressonante (τf). As séries cerâmicas foram produzidas usando a reação no estado sólido, com o uso de moagem mecânica de alta energia e tratamento térmico. A caracterização estrutural foi realizada com base na Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Picnometria. As densidades relativas das amostras adicionadas com (ZnO) a de maior concentração teve valor de 77% enquanto que o BBT puro o valor foi de 56%. As densidades relativas das amostras adicionadas com (Nb2O5) a de maior concentração teve valor de 61% em relação ao BBT puro. Foram realizados experimentos para avaliação do comportamento elétrico e dielétrico das amostras, na faixa de Micro-ondas e Radiofrequência (temperatura ambiente e com variação de temperatura). Por fim, o material foi testado como uma DRA, e posteriormente os resultados obtidos foram simulados através do programa HFSS. As características da DRA da cerâmica pura são 1,12dBi de ganho e 32,51% de eficiência. A DRA que foi adicionada com 2% de (ZnO) apresentou ganho de 1,16dBi com 33,96% de eficiência, enquanto a que foi adicionada com 5% de (Nb2O5) apresentou 1,41dBi de ganho com 42,21% de eficiência.

MORAIS. J. E. V. Estudo experimental e numérico de antena ressoadora dielétrica (DRA) baseada em Sr2CoNbO6. 2014. 99 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-27T18:05:08Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_jevmorais.pdf: 4712454 bytes, checksum: ee61668e4d5aeb05b3eb3200bbb89387 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-04T16:17:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_jevmorais.pdf: 4712454 bytes, checksum: ee61668e4d5aeb05b3eb3200bbb89387 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T16:17:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_jevmorais.pdf: 4712454 bytes, checksum: ee61668e4d5aeb05b3eb3200bbb89387 (MD5) Previous issue date: 2014-01-24 / The purpose of this work was to study the dielectric properties in Radio Frequency ( RF) and microwave compound Sr 2 CoNbO 6 ( SCNO ) adding with titanium oxide ( TiO 2 ) in percentages ranging from 15 % to 22 % by mass. The SCNO is a double perovskite , which was prepared by the met hod of solid state reaction . The samples were characterized structurally by x - ray diffraction (XRD ). The method used to obtain the desired phase was by Rietveld refinement , showed that formant type cubic symmetry pm3m. The dielectric properties : dielectr ic constant ( ε ' ) and dielectric loss ( tg δ ) were measured at room temperature in the frequency range of 100 KHz to 2GHz , showed that the permittivity decreases with frequency below 50 MHz the dielectric constant is very high and above 1GHz appears low. The picnometry performed showed that the relative densities were all above 9 0 %. For the study of microwave stay full it was applied the method of Hak ki Coleman, which showed growth of the dielectric permittivity with increasing concentration of TiO 2 ( 14 - 52) a nd loss tangent ranging from 10 - 1 - 10 - 4 . The temperature coefficient of resonant frequency ( τ f) showed that SCNO τ f has a negative ( - 634ppm/oC) . With the addition of TiO 2 τ f showed positive results. The numerical simulation of the dielectric res onator antenna ( DRA ) based on SCNO and added with TiO 2 was performed with HFSS ® and the results were q uite consistent with the experiments . The low gain and a small presented to the SCNO efficiency was improved substantially with the addition of TiO 2 . These properties can be improved with a proposal for a new geometry for dielectric res o nator antenna ( D RA ) and with addition of TiO 2 in new percentages for analysis of dielectric properties and parameters of antennas / Temos como objetivo neste trabalho estudar as propriedades dielétricas em rádio frequência (RF) e micro-ondas do composto Sr2CoNbO6 (SCNO) adicionando com o óxido de titânio (TiO2) em porcentagens variando de 15% a 22% em massa. O SCNO é uma perovskita dupla, que foi preparado através do método de reação do estado sólido. As amostras foram caracterizadas estruturalmente através da difração de raio – X (DRX). O método utilizado para obtenção da fase desejada foi realizada através do refinamento de Rietveld, que mostrou estrutura de simetria cúbica do tipo pm3m. As propriedades dielétricas: constante dielétrica (ε’) e fator de perda dielétrica (tgδ) foram medidas à temperatura ambiente na faixa de frequência de 100KHz a 2GHz e mostraram que a permissividade diminui com a frequência. Abaixo de 50MHz a constante dielétrica se apresenta alta e acima de 1GHz se apresenta baixa. A picnometria realizada mostrou que as densidades relativas ficaram todas acima de 80%. Para que o estudo de micro-ondas ficasse completo aplicamos o método de Hakki Coleman, que mostrou crescimento da permissividade dielétrica com o aumento da concentração de TiO2 (14 – 52)e perdas dielétricas variando de 10-2 - 10-4 . O coeficiente de temperatura da frequência de ressonância (τf) mostrou que o SCNO apresenta τf negativo (-634ppm/oC). Com a adição do TiO2 o τf passou a apresentar valores positivos. A simulação numérica de uma antena ressoadora dielétrica (DRA) baseada no SCNO e adicionada com TiO2 foi realizada através do software HFSS® e os resultados se apresentaram bastante concordantes com os experimentos. O baixo ganho e uma pequena eficiência apresentada para o SCNO puro foi melhorado substancialmente com a adição do TiO2. Estas propriedades podem ser melhoradas com uma proposta de uma nova geometria para a (DRA) e com adição do TiO2 em novas porcentagens para análises de propriedades dielétricas e parâmetros de antenas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:08:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345564.pdf: 29798566 bytes, checksum: 02ddc6ef9068e9e5eaf2da4c4df5dcc5 (MD5) Previous issue date: 2016 / A transformação direta de polímeros precursores em cerâmicas covalentes, via termólise no estado sólido, foi proposta há mais de 30 anos e desde então permitiu avanços tecnológicos significativos na ciência e tecnologia cerâmica. Entre eles, a redução do coeficiente de atrito (µ) de substratos metálicos e cerâmicos com o uso de revestimentos amorfos de carbonitreto de silício (SiCN), produzidos por meio de cerâmicas derivadas de polímeros (PDC). Porém, através de rotas de processamento tecnologicamente sofisticadas, enquanto neste trabalho a viabilidade de processamento desses revestimentos sobre um aço baixa liga sinterizado, por pulverização de suspensões e pirólise em forno, foi explorada. Para compensar a retração do polímero precursor, evitar a formação de trincas e produzir revestimentos auto-lubrificantes para avaliações tribológicas de deslizamento alternado a seco, cargas inertes foram adicionadas a solução do poli(organo)silazano, especificamente nitreto de silício (Si3N4, 30 ou 65% em volume) e nitreto de boro hexagonal (h-BN, 9% em volume). O Si3N4 em pó foi utilizado para reforçar a matriz (SiCN) e reduzir o desgaste, pela formação de uma rede agregada pela fase do ligante precursor e, h-BN para gerar um efeito lubrificante na interface reduzindo o atrito, o desgaste e o aquecimento por atrito. A fim de acomodar as diferenças de propriedades, originadas pela natureza das ligações químicas do substrato metálico e revestimento cerâmico, a tecnologia de plasma de corrente contínua (DC) foi utilizada para modificar as superfícies do aço sinterizado. A nitretação ou o enriquecimento de superfície com Mo seguido de nitretação, tinham o intuito de gerar uma camada de compostos na superfície do substrato com uma zona de difusão gradiente abaixo, de modo a aumentar o suporte de carga e evitar a fratura do revestimento pelo carregamento do contra corpo. A nitretação resultou em um aumento na dureza da superfície (600HV) do aço por precipitação de nitretos de ferro metaestáveis, enquanto o enriquecimento com Mo resultou em carbetos (Fe3Mo3C) dispersos na superfície do substrato. Os últimos, durante a nitretação evoluem para uma camada descontínua de carbonitreto (Fe3Mo3(C,N)), que contribuíram para o aumento da dureza na superfície (800HV). Foi possível produzir revestimentos PDC em amostras sinterizadas com espessura de até 10µm e com adequado preenchimento dos poros na superfície, independente dos teores de carga avaliada (39 ou 74 vol.%). Além disso, a combinação de 65% em volume de Si3N4 e 9% em volume de h-BN resultou em revestimentos cerâmicos homogêneos, sem macro trincas ou falhas coesivas após o processamento sobre o aço sinterizado, independente das modificações de superfície. Conforme projetado para o estudo, após o tratamento térmico de pirólise os precipitados Fe3Mo3(C,N) não foram totalmente decompostos como os nitretos de ferro, apesar da ausência do endurecimento de superfície. O controle da microestrutura e composição química finais são vantagens inerentes aos processos de manufatura utilizados e foram explorados para projetar a microestrutura final dos compósitos. Porém, apesar da utilização de um teor aumentado de cargas passivas ter possibilitado a obtenção de revestimentos cerâmicos sem trincas sobre substratos sinterizados, os compósitos não apresentaram uma resposta tribológica satisfatória, quando avaliados nas condições testadas. No regime permanente, o coeficiente de atrito médio (0,4 a 0,5) dos compósitos permaneceu acima do regime de lubricidade (µ<0,2), independente da composição do revestimento ou modificação de superfície. A pressão máxima de contato (0,53GPa) causou a falha dos revestimentos, que foram sequencialmente deformados, cominuídos e oxidados pelo substrato e contra corpo durante o deslizamento, revelando um desgaste de caráter tribo-químico. A principal contribuição para o comportamento do coeficiente de atrito foi do substrato, mas controlado pela tribocamada formada, composta de oxigênio e elementos químicos do substrato, revestimentos e contra corpo. A presença dessa tribocamada, indiretamente indicada pela resistência elétrica de contato, aumentou a taxa de desgaste dos compósitos (1,5 a 4,2x10-4.mm3.N-1.m-1) e contra corpos (7,0 a 8,7x10-5.mm3.N-1.m-1) em relação ao aço sinterizado e sem revestimento (1 e 0,1x10-4.mm3.N-1.m-1 respectivamente) ensaiado nas mesmas condições. As taxas de desgaste dos compósitos foram ainda aumentadas com o aumento do teor de Si3N4 na composição do revestimento e com a presença de carbonitretos ternários e duros na superfície do substrato.<br> / Abstract : The directly transformation of organosilicon polymers into covalent ceramics, via solid-state thermolysis, was proposed over 30 years ago, and since then enabled significant technological breakthroughs in ceramic science and technology. Among them, the friction coefficient (µ) reduction of metallic and ceramic substrates with use of amorphous silicon carbonitride (SiCN) coatings, produced by the polymer derived ceramic route (PDC). Nevertheless, technologically sophisticated processing steps are used to produce them, while in this work, the possibility to process such coatings onto sintered low alloy steel samples by simple spraying of poly(organo)silazane suspensions and oven pyrolysis was explored. In order to compensate the precursor shrinkage, avoid crack formation and produce hard and self-lubricating coatings for reciprocating dry sliding evaluations, inert fillers namely silicon nitride (30 or 65 vol.%) and hexagonal-boron nitride (9 vol.%) were added to the polymer precursor. Powdered Si3N4 was used to strengthen the matrix and reduce wear, by formation of a network aggregated by the precursor binder phase, and h-BN to generate a lubricating effect on the interface reducing friction, wear and friction heating. To accommodate dissimilarities of properties, originated from different chemical bonds of the metallic substrate and ceramic coating, the direct current (DC) plasma technology was utilized to modify the surface of the sintered steel. Nitriding or surface enrichment with Mo followed by nitriding was expected to generate a compound layer at the surface of the substrate with a gradient diffusion region below, in order to increase the load support and avoid coating fracture from the counterface load. Nitriding led to an increase in surface hardness of steel (600HV) due to precipitation of metastable iron nitrides, while surface enrichment resulted in dispersed carbides (Fe3Mo3C) onto the substrate surface. The latter evolved to a discontinuous carbonitride layer (Fe3Mo3(C,N)) during nitriding, which increased the surface hardness (800HV). It was possible to produce PDC coatings with thickness below 10µm and with proper filling into substrate surface pores, regardless of total filler amount evaluated (39 or 74 vol.%). Moreover, the combination of 65 vol.% of Si3N4 and 9vol% of h-BN resulted in homogeneous ceramic coatings, free of macro cracks and cohesive failure after processing onto sintered substrates, independent of surface modification. As desired for evaluating, after pyrolysis the Fe3Mo3(C,N) precipitates were not totally decomposed as the iron nitrides, despite the surface hardening absence. The high control of final microstructure and chemical composition are competitive advantages inherent to cited manufacturing processes, explored to project the final microstructures of the steel, interfaces and ceramic coatings involved. However; despite the use of an increased amount of filler (74 vol.%) allowed the successful obtainment of homogeneous and crack-free ceramic coatings, the composites did not presented a satisfactory tribological response when evaluated under tested conditions. The average steady state friction coefficient of composites (0.4 to 0.5) were above the lubricious regime (µ<0.2), regardless of coating composition or surface modification. The maximum contact pressure (0.53GPa) caused failure of coatings, which were in sequence deformed, comminuted and oxidized by substrate and counter-body during sliding, revealing a tribo-chemical wear character. The major contribution to the friction coefficient behavior was from the substrate but controlled by the formed third-body, composed of oxygen and chemical elements from substrate, coatings and counter-body. The third-body presence, indirectly indicated by the contact electrical resistance, increased the wear rates of composites (1.5 to 4.2x10-4.mm3.N-1.m-1) and counter-bodies (7.0 to 8.7x10-5.mm3.N-1.m-1) in relation to the sintered steel tested under same conditions (1 and 0.1x10-4.mm3.N-1.m-1 respectively). The wear rates of composites were further increased with the raise of Si3N4 amount in the coating composition, and with the presence of hard ternary carbonitrides at the substrate surface.

Neste trabalho, a resistência ao desgaste abrasivo de revestimentos cerâmicos (AbO3, AI2O3+ TiO2 e ZrO2+ Y2O3) foi avaliada em relação a diferentes fatores operacionais aplicados com a técnica de aspersão térmica. Utilizou-se outros revestimentos de natureza cerâmica com matriz metálica (compósitos) (WC-Co(12%) e WC-Co(17%)) e metálica (liga à base de Ni-Cr-W), para fins comparativos. Foram empregadas duas técnicas distintas de aspersão térmica para a obtenção dos revestimentos: plasma spray e hipersônico. Os corpos-de-prova foram primeiramente submetidos à deposição com uma liga Ni-Cr20, com a finalidade de diminuir as tensões de natureza térmica, e após sofreram a deposição do pó cerâmico. Os revestimentos foram então submetidos a um desgaste abrasivo em um abrasímetro, que promovia 3 movimentos rotativos contra uma lixa abrasiva. Considerando todos os sistemas comparados (cerâmicos, compósitos e metálico), o que apresentou maior resistência ao desgaste abrasivo foi o WCCo (12%). Foi constatada uma correlação da porosidade com a resistência ao desgaste para os sistemas cerâmicos. Para o sistema Al2O3+ TiO2, a maior resistência ao desgaste foi apresentada pelas amostras com menor porosidade. O mesmo comportamento não foi observado com os sistemas cerâmicos com matriz metálica e metálico, onde menores resistências ao desgaste foram obtidas para revestimentos com baixas porosidades. Também o efeito das tensões produzidas durante o procedimento de aspersão térmica foi avaliado em relação à resistência ao desgaste abrasivo. Para tanto, foram variados a distância de aspersão, o tempo de pré-aquecimento do substrato e a redução da espessura da camada depositada. O sistema cerâmico AI2O3+ TiO2 teve um ganho de 46% e 61% na resistência ao desgaste, quando respectivamente aspergido sem pré-aquecimento do substrato e com redução da distância de aspersão. Com a redução da espessura da camada depositada, os sistemas cerâmicos via de regra diminuíram a resistência ao desgaste, ao passo que para o sistema WC-Co (17%), o acréscimo foi de 53%. A razão para tanto foi imputada ao alívio de tensões. Os resultados obtidos permitiram avaliar a dependência da resistência ao desgaste de materiais cerâmicos (em comparação com materiais compósitos e metálico) aspergidos termicamente com fatores microestruturais como porosidade (quantidade e tamanho de poros), presença de trincas e descontinuidade das camadas lamelares, típicas de microestruturas aspergidas termicamente. / In this work the abrasive wear resistance of ceramic coatings ((Al2O3, Al2O3+ TiO2 and ZrO2+ Y2O3) was evaluated to different operacional factors applied through thermal spray technique. Others coatings of ceramic nature were used with metallic matrix, for comparative analysis. Two different thermal spraying techniques were used to obtain the coatings: plasma spray and high velocity oxygen fuel. The specimens were first coated with an alloy NiCr2O in arder to reduce the thermal stress, and after that, they were coated with ceramic powder. The coatings were submited to abrasive wear in a wear machine adjusted to do 3 rotatives motions against an abrasive sandpaper. Considering ali systems that were compared (ceramic, metal matrix composites and metallic), the system that shown the highest abrasive wear resistance is WC-Co(12%) A correlation was found between the porosity and the wear resistance for ceramic systems was found. The highest wear resistance was found with a low levei of porosity. The same behavior was not observed to the ceramic systems with metallic matrix and metallic, where the lower wear resistances obtained for coatings without lower porosities. Also, the stress effect, generated during thermal spraying procedure, was evaluated, correlating with the abrasive wear resistance. Pre-heating time of the substrate and the coating thickness reduction were varied. The ceramic system Al2O3+ TiO2 showed an increase of wear resistance of 46% and 61%, when it was respectively sprayed without pre-heating of the substrate and with the reduction of the spray distance. The ceramic systems had their wear resistance diminished by decreasing the coating thickness, whereas for the WC-Co(17%) the wear resistance was increased by 53%. The reason of this behavior was attributed to the stress relaxation.The results obtained, allowed us to establish the resistance dependence of thermal spraying ceramic materiais with microstructural factors like porosity (quantity and poro size), presence of cracks and lamelar layers fractured, that are typical characteristcs of thermal sprayed microstructures.

Diversos estudos vêm sendo realizados para o reaproveitamento dos resíduos industriais, demonstrando a importância do uso dos mesmos na redução do impacto ambiental e desenvolvimento tecnológico. A utilização deles pelas indústrias deve ser viabilizada, através da substituição parcialmente ou total nas composições, desde que não comprometam as propriedades finais dos produtos. Em geral, utilizam-se resíduos minerais ou o reciclo de outros materiais em formulações de produtos da cerâmica vermelha. Por vezes, encontra-se a utilização em grês e até no grês porcelanato e porcelanas. No entanto, poucos trabalhos apresentam a utilização de resíduos e reciclados na composição de materiais cuja formulação seja mais complexa, como na produção de fritas e esmaltes. No presente trabalho, foi estudada a utilização de um resíduo de beneficiamento mineral de uma rocha com espodumênio (RSL) no desenvolvimento de uma frita e um esmalte cerâmico. A caracterização da frita foi realizada por meio de testes de fusibilidade, dilatação térmica e características físicas finais. Na segunda parte do trabalho, foi desenvolvido um esmalte por meio de mistura do resíduo RSL em uma formulação de esmalte comercial, tendo sido avaliado os aspectos visuais e o coeficiente de expansão térmica. Por meio dos testes realizados nos corpos-de-prova desenvolvidos, alcançou-se o principal objetivo deste trabalho que foi viabilizar a utilização do resíduo RSL como uma matéria-prima para a produção industrial de fritas e esmaltes cerâmicos. Os resultados obtidos na pesquisa foram comparados com dados de formulações comerciais e parâmetros utilizados na indústria de fritas e esmaltes. Na substituição parcial de insumos minerais pelo resíduo RSL as quantidades foram manipuladas, alcançando de modo satisfatório os parâmetros almejados. / Several studies have been conducted for the recycling of industrial wastes, demonstrating the importance of their use in reducing the environmental impact and technological development. Their use by industries should be made possible through partial or total substitution in the compositions, provided they do not compromise the final product properties. In general, mineral waste or recycled materials are used in the formulation of red clay ceramic products. Sometimes you will find use in stoneware and porcelain stoneware tiles and even in china. However, few studies show the use of waste and recycled materials in the composition of which formulation is more complex, as in the production of frits and glazes. In the present work, the use of a residue of mineral beneficiation of a spodumene bearing rock (RSL) in the development of frits and glazes was studied. The characterization of the frits was carried out by testing melting, thermal expansion and final physical characteristics. In the second part of the work was to develop a glaze by mixing the residue RSL in a commercial formulation of glaze, which the visual aspects and the dilation of bodies were evaluated. By means of tests performed on the bodies developed, it was achieved the main goal of this work which was to enable the utilization of waste RSL as a raw material for the industrial production of ceramic frits and glazes. The results obtained in the study were compared with data from commercial formulations and parameters used in the frits and glaze industry. In partial replacement of mineral inputs by RSL residue quantities were handled, achieving a satisfactory manner the desired parameters.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico. Inclui apendice / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:07:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 91742.pdf: 2790720 bytes, checksum: 05da6608da9dbd87b3fab782548889a7 (MD5) Previous issue date: 1993 / O desenvolvimento de esmaltes cerâmicos para ciclos de monoqueima rápida com melhores desempenhos (elevada resistência a abrasão e baixa porosidade) tem sido um desafio constante as indústrias cerâmicas de revestimento. Neste trabalho estuda-se o comportamento de três fritas cerâmicas de diferentes características (opaca, transparente e mate) e a influência de aditivos endurecedores nestas fritas (Alumina, Silicato de Zircônio, Quartzo e Wollastonita). Para isto, as composições foram analisadas através de propriedades como a porosidade, viscosidade, resistência a abrasão, rugosidade e microestrutura. Foram desenvolvidos dois métodos de caracterização de esmaltes: a determinação da viscosidade através do método de Vogel-Fulcher-Tammam e a quantificação do material abrasionado através do rugosímetro. Os resultados mostraram que as fritas opaca e transparente tiveram sua resistência à abrasão aumentada quando adicionadas com alumina e silicato de zircônio. As partículas dos aditivos apresentaram baixa solubridade e formaram uma interface çõesiva com a matriz vítrea. Além disso, a presença de microcristais na matriz aumentou à resistência ao desgaste da frita opaca de zircônio. A porosidade residual diminuiu quando a viscosidade situou-se dentro de faixas recomendáveis, favorecendo a desgaseificação, conforme aconteceu quando da edição de Silicato de Zircônio a frita Opaca.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-07T03:10:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343944.pdf: 8920294 bytes, checksum: 45e63daf756b5e7662e970824c51fd53 (MD5) Previous issue date: 2016 / Superfícies com propriedades otimizadas e resistentes a falhas, tem impulsionado cientistas e pesquisadores a desenvolver novos materiais e tecnologias ou melhorar e modificar as já existentes. Na década de 70, surgiu uma nova e promissora classe de revestimentos cerâmicos obtidos através da decomposição térmica de precursores poliméricos. Através do projeto molecular do polímero e da correta seleção de cargas a serem adicionadas, é possível gerar propriedades intrínsecas no revestimento. Este trabalho, que está inserido no escopo de um projeto Bragecrim, tem como desafio a união de um aço 95,9%Fe1,5%Mo2%Ni0,6%C produzido por metalurgia do pó, um processo versátil que permite o projeto e obtenção de peças na forma e microestrutura finais com reprodutibilidade, com um revestimento cerâmico derivado de polímero afim de evitar a oxidação do aço na temperatura de 450°C. Para atingir o objetivo, foi aplicado um revestimento com propriedade de barreira, desenvolvido pelo instituto de cerâmica da universidade de Bayreuth, para proteção de aços laminados em temperaturas médias. Os resultados obtidos demonstram que o revestimento PDC com cargas passivas de zircônia e vidros de boro e bário silicato, tratados termicamente em temperaturas de até 800°C, reduzem em até 40% a oxidação do aço gerando um efeito similar a dos óxidos passivadores. As análises químicas e imagens obtidas em MEV não mostram a formação de uma camada reagida entre os dois materiais, levando a conclusão que a adesão observada qualitativamente, pode ser resultado de ancoramento mecânico na porosidade residual do aço sinterizado.<br> / Abstract : Surfaces with enhanced properties and resistant to failure has driven scientists and researchers to develop new materials and technologies or to improve and modify existing ones. In 70´s, a new and promising class of ceramic coatings obtained by thermal decomposition of polymeric precursors emerged. Through polymer molecular design and correct selection of fillers to be use, it is feasible to generate intrinsic properties on the surface. This study, which is inserted in a Bragecrim project, has the challenge of coupling a 95.9%Fe 1.5%Mo 2%Ni 0.6%C steel produced by powder metallurgy, a versatile process that enables obtaining parts in its final shape and microstructure, with a ceramic coating derived from polymer precursor in order to avoid the oxidation of the sintered steel in 450°C. To achieve the objective, it was applied a coating with barrier properties, developed by the ceramic institute of Bayreuth University, for medium temperature mild steels protection. The obtained results show that PDC coatings loaded with zirconia, boron and barium silicate glasses fillers, thermally processed at temperatures up to 800°C, can reduce the steel oxidation in approximately 40% by generating an effect similar the passivating oxides. Chemical analysis and SEM images do not show a reacting layer between coating and steel, leading to the conclusion that that the qualitative adhesion observed is result of mechanical anchoring in the surface residual porosity, characteristic of sintered steels.

O trabalho consta do estudo teórico-experimental da influência do choque térmico na aderência de azulejos ao substrato. Inicialmente é feita uma revisão bibliográfica sobre os vários componentes envolvidos no processo, são relatados elementos para elaboração de projetos de revestimentos, a normalização vigente e dgurnas das patologias mais comuns encontradas nas cerâmicas, especialmente para os azulejos, bem como suas formas de reparos e locais de maior ocorrência. Os fundamentos da teoria sobre aderência sáo abordados em um capitulo especial. No capitulo seguinte são apresentados os ensaios realizados, quais sejam, ensaios de choque térmico e de resistência de aderência 8, tração de azulejos. Estes azulejos, em finção da produção industrial, são de dois tipos: os confeccionados pelo processo monoqueima e os pelo processo biqueirna, sendo cada grupo de amostras assentado com argamassa adesiva a base de cimento, argamassa adesiva convencional e argamassa adesiva com aditivo incorporador de ar. A avaliação dos experimentos realizados é feita pelos métodos estatisticos, comprovando a importância das juntas de assentamento no desempenho ao longo da vida util dos tipos de azulejos estudados, com os resuItados encontrados constantes neste trabalho. / This research consists of a theoretical and experimental study on the influence of thermal shocks in the binding of ceramic tiles to its supporting layer. lnitially, a literature review is presented, discussing the components involved in the process, the elements which have to be considered in the design of ceramic tiling, current standards, the most commom pathologies, the place where they may occur more often, as well as procedures for repairing them. The major principIes related to the theory of binding are discussed in a special chapter. The following chapter presents a description of the tests carried out, such as thermal shock and pulling out of tiles. Two kinds of tiles were studied: the first produced by simple burning process and the second by the double burning processo Each group of samples was laycd with different binding systems: cement based pre mixed mortar, conventional adhesive mortar (cement, limeand sand), and mortar with air incorporating aditive. The results of the experimentswere evaluated using statistical methods, confirming the importance of the layingjoints at the lifeperformanceof the layed ceramic tiles.