Este trabalho investigou o fenômeno da degradação de um material cerâmico à base de alumina, submetido à erosão, desde a temperatura ambiente até 800°C, relacionando a resistência à erosão à sua microestrutura. O material erodido foi alumina com adições de vidro nas proporções de 0, 1, 2, 4 e 8% em massa. Para os ensaios de erosão foi construído um equipamento capaz variar condições experimentais como velocidade, fluxo, ângulo de incidência do erodente, além da temperatura de ensaio. A alumina foi preparada pelo processo de prensagem uniaxial. A superfície das amostras foi levemente lixada antes de serem erodidas para que pudesse obter um padrão único de rugosidade. As amostras foram submetidas a um fluxo de partículas controlado, em ângulos de incidência de 30, 60 e 90º, a uma velocidade mantida em torno de 50 m/s. As temperaturas estudadas foram de 25, 200, 400, 600 e 800ºC. O material foi caracterizado quanto a sua microestrutura (por microscopia ótica e eletrônica de varredura, porosimetria e difração por raiosx) e também quanto a propriedades mecânicas como resistência mecânica, dureza e tenacidade à fratura. Os resultados indicaram que há uma forte tendência ao aumento do desgaste em função da temperatura. A alumina sem fase vítrea resultou no material de maior resistência à erosão. As propriedades mecânicas como resistência mecânica, dureza e tenacidade à fratura concorreram para uma maior resistência ao desgaste. A porosidade influencia decisivamente a resistência à erosão, pois implica em uma menor área de contato entre os grãos, facilitando seu arranque do corpo cerâmico sob ataque erosivo. A presença de fase vítrea melhorou a resistência ao desgaste em relação às amostras com elevada porosidade, para todo o intervalo de temperatura investigado, devido ao preenchimento de vazios e conseqüente aumento da resistência mecânica. Embora o mecanismo de fratura preponderante tenha sido o frágil por formação de pits, pôde-se constatar deformação plástica em materiais cerâmicos com quantidade crescentes de fase vítrea, devido ao fluxo viscoso do vidro a temperaturas mais elevadas. / This work investigated the phenomenon of the degradation of alumina based ceramic bodies, submitted to erosive attack from ambient temperature up to 800°C, relating the erosion resistance to their microstructures. The eroded material was alumina with glass additions in the ratios of 0, 1, 2, 4 and 8 w%. For the erosion tests, it was developed an equipment capable to vary experimental conditions such as erodent velocity, flow, and angle of incidence, besides the temperature. Alumina based ceramic bodies were prepared by the process of uniaxial pressing. The samples surface was gentle sandpapered before being eroded so that it could achieve a homogeneous standard of roughness. The samples had been submitted to a controlled particle flow, in angles of incidence of 30º, 60º and 90º. The erodent velocity was kept around 50 m/s. The studied temperatures were 25º, 200º, 400º, 600º and 800ºC. The material microstructure was characterized by optical microscope, scanning electronic microscope, porosity and x-rays diffraction. The mechanical properties evaluated were strength, hardness and fracture toughness. The results indicated a strong trend to the increase of erosion rate in function of temperature increasing. Alumina without glass phase resulted in the material of higher resistance to erosion. The mechanical properties as mechanical strength, hardness and toughness contributed for a higher wearing resistance of the investigated materials. The porosity decisively influences the erosion resistance, therefore it implies in a lesser area of contact between the grains, facilitating grain pull out of the ceramic body under erosive attack. The presence of glassy phase improved the erosion resistance for the samples with higher porosity content, for all of testing temperatures. This is explained by the filling of the pores with glass phase, increasing material strength. Brittle fracture during pits formation was considered the predominant erosion mechanism. However, it was observed an incremental viscous flow with the increase of glass content in the ceramic mix and with the increase of temperature.

Este trabalho investigou o fenômeno da degradação de um material cerâmico à base de alumina, submetido à erosão, desde a temperatura ambiente até 800°C, relacionando a resistência à erosão à sua microestrutura. O material erodido foi alumina com adições de vidro nas proporções de 0, 1, 2, 4 e 8% em massa. Para os ensaios de erosão foi construído um equipamento capaz variar condições experimentais como velocidade, fluxo, ângulo de incidência do erodente, além da temperatura de ensaio. A alumina foi preparada pelo processo de prensagem uniaxial. A superfície das amostras foi levemente lixada antes de serem erodidas para que pudesse obter um padrão único de rugosidade. As amostras foram submetidas a um fluxo de partículas controlado, em ângulos de incidência de 30, 60 e 90º, a uma velocidade mantida em torno de 50 m/s. As temperaturas estudadas foram de 25, 200, 400, 600 e 800ºC. O material foi caracterizado quanto a sua microestrutura (por microscopia ótica e eletrônica de varredura, porosimetria e difração por raiosx) e também quanto a propriedades mecânicas como resistência mecânica, dureza e tenacidade à fratura. Os resultados indicaram que há uma forte tendência ao aumento do desgaste em função da temperatura. A alumina sem fase vítrea resultou no material de maior resistência à erosão. As propriedades mecânicas como resistência mecânica, dureza e tenacidade à fratura concorreram para uma maior resistência ao desgaste. A porosidade influencia decisivamente a resistência à erosão, pois implica em uma menor área de contato entre os grãos, facilitando seu arranque do corpo cerâmico sob ataque erosivo. A presença de fase vítrea melhorou a resistência ao desgaste em relação às amostras com elevada porosidade, para todo o intervalo de temperatura investigado, devido ao preenchimento de vazios e conseqüente aumento da resistência mecânica. Embora o mecanismo de fratura preponderante tenha sido o frágil por formação de pits, pôde-se constatar deformação plástica em materiais cerâmicos com quantidade crescentes de fase vítrea, devido ao fluxo viscoso do vidro a temperaturas mais elevadas. / This work investigated the phenomenon of the degradation of alumina based ceramic bodies, submitted to erosive attack from ambient temperature up to 800°C, relating the erosion resistance to their microstructures. The eroded material was alumina with glass additions in the ratios of 0, 1, 2, 4 and 8 w%. For the erosion tests, it was developed an equipment capable to vary experimental conditions such as erodent velocity, flow, and angle of incidence, besides the temperature. Alumina based ceramic bodies were prepared by the process of uniaxial pressing. The samples surface was gentle sandpapered before being eroded so that it could achieve a homogeneous standard of roughness. The samples had been submitted to a controlled particle flow, in angles of incidence of 30º, 60º and 90º. The erodent velocity was kept around 50 m/s. The studied temperatures were 25º, 200º, 400º, 600º and 800ºC. The material microstructure was characterized by optical microscope, scanning electronic microscope, porosity and x-rays diffraction. The mechanical properties evaluated were strength, hardness and fracture toughness. The results indicated a strong trend to the increase of erosion rate in function of temperature increasing. Alumina without glass phase resulted in the material of higher resistance to erosion. The mechanical properties as mechanical strength, hardness and toughness contributed for a higher wearing resistance of the investigated materials. The porosity decisively influences the erosion resistance, therefore it implies in a lesser area of contact between the grains, facilitating grain pull out of the ceramic body under erosive attack. The presence of glassy phase improved the erosion resistance for the samples with higher porosity content, for all of testing temperatures. This is explained by the filling of the pores with glass phase, increasing material strength. Brittle fracture during pits formation was considered the predominant erosion mechanism. However, it was observed an incremental viscous flow with the increase of glass content in the ceramic mix and with the increase of temperature.

Neste trabalho foram estudados diversos métodos de conformação de cerâmicas de alta tecnologia, com o objetivo de avaliar os processos de fabricação de peças cerâmicas com formatos complexos, suas aplicações, limitações, dificuldades de implantação, bem como possíveis melhorias. Dentre estes métodos, quatro deles foram estudados em maior detalhe devido à sua importância e oportunidade: colagem de barbotina, usinagem a verde, prensagem a seco e moldagem por injeção. Foi verificada a aplicabilidade das diferentes técnicas e sua adequação a diferentes situações dentro das condições existentes em nosso país, com ênfase em seu uso na pequena e média empresa. As peças cerâmicas foram confeccionadas com alumina (Al2O3) de alta pureza e pequeno tamanho de grão (majoritariamente Al6SG -Alcoa). Na colagem de barbotina foram feitos estudos relativos à formulação, tipo de molde, processos de acabamento, secagem e sinterização. Também foram estudadas alternativas para contornar diversos problemas práticos associados a este método. Devido à crescente importância da usinagem a verde, face à recente disponibilidade de máquinas CNC, deu-se a este processo maior ênfase. Dentro deste contexto foi criado um ensaio de usinabilidade, visando orientar o desenvolvimento de materiais mais adequados a este processo. Este ensaio é baseado na fragilidade dos filetes gerados durante a confecção de uma rosca, por torneamento, em um corpo-de-prova obtido por colagem de barbotina. Foi desenvolvido um processo para aumentar significativamente a usinabilidade de corpos a verde, que consiste em pré-sinterizar os corpos-de-prova e após impregná-los com um material apropriado. Dentre os materiais testados, o que se mostrou mais adequado foi o polietileno glicol (PEG). Na prensagem a seco foi utilizada também a usinagem a verde como auxiliar na confecção de peças com formato mais complexo, onde somente a prensagem não foi suficiente, ampliando assim as possibilidades deste método. O processo de moldagem por injeção utilizado foi o de baixa pressão, que é um processo onde pode-se conformar peças com formatos bastante complexos, mas que apresenta problemas na etapa de pré-queima e na especificação da formulação. Foram estudadas formulações para alumina submicrométrica e avaliados seus problemas com injeção e retirada do ligante. Finalmente, é feita uma análise comparativa, enfatizando as vantagens e desvantagens de cada processo, tendo em vista a aplicação a problemas práticos dentro do contexto brasileiro. / Several methods of high technology ceramics forming were studied, in order to evaluate the fabricatiun process of ceramic pieces with complex shapes, their applications, limitations, implantation difficulties, as well as possible improvements. Among these methods, four were stndied in greater detail due to their importance and opportunity: slip casting, green machining, dry pressing and injection moulding. The applicability of the different techniques and their suitability to different situations according to our country's conditions was verified, with emphasis in their use in the small and medium size companies. Ceramics parts were made with high purity and small grain size alumina (Al2O3, mainly - Al6SG Alcoa). Studies were made in the formulations used in slip casting, mould, finishing process, drying and sintering. Also, some solutions for several practical problems associated with this method were studied. Due to the increasing importance of green machining, in face of the recent availability of CNC machines, this process received a special emphasis. In this context, a machinability test was treated, aiming at the development of more adequate materials for this process. This test is based in the fragility of a thread generated during the machining of a screw in a ceramic body made by slip casting. A process to increase significantly the green machinability was then developed, which consists in the use of presintered alumina samples impregnated with a suitable materiaL Among the tested materiais, the most appropriate was polyethyleneglycol (PEG). In the dry pressing process the green machining also was used as an aid for making more complex shaped pieces, where only the pressing was not sufficient, thus increasing the possibilities of this method. The injection moulding process studied was the low pressure one, which is a process that can form pieces with more complex shapes, but that shows important problems in the debinding proress. A formulation for submicrometric alumina was studied and their problems in the injection process and debinding were evaluated. Finally, a comparative analysis of the different methods, was made emphasizing their advantages and disadvantages, aiming to futme industrial application in the Brazilian context.

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Tese de mestrado. Engenharia Biomédica. 2001. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

A areia de moldagem descartada é o principal resíduo da indústria de fundição. Esse resíduo é regenerado e recirculado no processo produtivo, até o momento que deve ser descartado. O emprego em materiais da construção civil tem sido indicado como a principal possibilidade de utilização segura das areias descartadas. Assim, o objetivo deste trabalho foi analisar, com base em estudos de laboratório e industriais, os aspectos tecnológicos e ambientais do reúso da areia de fundição na produção de blocos cerâmicos. A areia verde foi obtida de uma típica indústria de produção de ferro fundido, localizada no município de Erechim, RS, Brasil, que utiliza os processos de moldagem em areia verde e cold box. Em laboratório foram caracterizados as argilas e o resíduo através de análises químicas, mineralógicas e granulométricas. Foram avaliadas as características dos corpos-de-prova produzidos com adições de 0, 5, 10 e 20% do resíduo na massa cerâmica. Estudou-se também o efeito de diferentes temperaturas de queima. As propriedades avaliadas foram retração linear, absorção de água, resistência à flexão em quatro pontos, composição química, periculosidade (conforme a NBR 10004/2004) e emissões gasosas. Os estudos em planta industrial foram realizados na produção de lotes de blocos cerâmicos de 6 furos sem e com 10% de areia de fundição. . Avaliaram-se as propriedades geométricas, absorção de água, resistência à compressão, periculosidade (conforme a NBR 10004) e emissões gasosas. Segundo a NBR 10004, o resíduo é classificado como Não Perigosos – Classe II A - Não Inertes. Os estudos em laboratório demonstraram que os melhores resultados de resistência mecânica foram obtidos com dosagens de 5 e 10% de areia de fundição e temperatura de queima de 900oC. Através dos resultados da indústria comprovou-se a similaridade e conformidade dos blocos cerâmicos, de acordo com a norma vigente, produzidos com 10% de areia de fundição em termos de geometria, absorção de água e resistência mecânica, permitindo a sua comercialização. Esta dosagem de areia verde não elevou a concentração de poluentes nas emissões gasosas e contribuiu para a redução da emissão de CO. Por fim, pode-se concluir que a reciclagem do resíduo sólido de fundição - areia verde mostrou-se perfeitamente possível para fabricação de produtos de cerâmica vermelha para construção civil.

A crescente preocupação com o meio ambiente, associada com o aumento da população e conseqüentemente da geração de resíduos, induz pesquisas no sentido de viabilizar o aproveitamento de resíduos como matéria-prima para a produção de materiais. O resíduo sólido gerado no processo de acabamento de peças de zamac é, devido às suas características iniciais, uma fonte potencialmente interessante de matéria-prima para a obtenção de produtos cerâmicos. Este trabalho apresenta um estudo de obtenção de materiais cerâmicos utilizando o resíduo sólido gerado no acabamento de peças de zamac como matéria-prima. Para tanto, foi realizada a caracterização do resíduo através de análise química, mineralógica, morfológica, termogravimétrica, granulométrica, determinação do teor de umidade, perda ao fogo, área superficial, bem como a caracterização quanto aos riscos ao meio ambiente. Para comprovar o potencial de utilização do resíduo como matéria-prima para a produção de materiais cerâmicos foram confeccionados corpos-de-prova utilizando somente o resíduo. Estes corpos-de-prova foram caracterizados quanto as suas propriedades físicas e mecânicas Devido ao fato dos corpos-de-prova confeccionados somente com o resíduo apresentarem alta porosidade e conseqüentemente baixa resistência mecânica, foram confeccionados corpos-de-prova com diferentes formulações de vidro adicionado ao resíduo. O vidro utilizado foi caracterizado quanto a sua distribuição granulométrica e composição química. Estes corpos-de-prova foram caracterizados quanto as suas propriedades físicas, mecânicas, mineralógicas, microestruturais. Também foi avaliada a compatibilidade ambiental do processo de queima de corpos-de-prova, através da determinação das emissões gasosas geradas no processo. Os resultados obtidos demonstram que o material cerâmico produzido pode ser utilizado como placas cerâmicas para revestimento.

Neste trabalho, foram investigados corpos cerâmicos à base de vidro sodocálcico moído, oriundo de embalagens de vidro transparente, e um calcário dolomítico. O objetivo foi avaliar as propriedades do material obtido, como expansão volumétrica, resistência mecânica e condutividade térmica em função de alguns parâmetros processuais, tais como, granulometria do pó de vidro, quantidade de agente espumante e temperatura de queima. Os corpos cerâmicos foram formulados com teores entre 3% e 5% em peso de calcário dolomítico, conformados por prensagem uniaxial em uma prensa hidráulica e queimados entre 600ºC e 1000ºC. Foram variados parâmetros processuais como granulometria das matérias-primas, pressão de compactação e taxa de queima, bem como introduzido alumina para aumentar a refratariedade do produto final. A caracterização tecnológica dos corpos cerâmicos envolveu a determinação da expansão volumétrica, resistência mecânica à compressão, e condutividade térmica. A microestrutura foi avaliada utilizando-se uma lupa, microscopia eletrônica de varredura, mapeamento de elementos por microssonda EDS e análise mineralógica por difração de raios X. Os resultados mostraram que é possível obter espumas vítreas a partir de pó de vidro, utilizando calcário dolomítico como agente espumante. As espumas vítreas obtidas apresentaram valores de condutividade térmica entre 0,11 a 0,7 W/mK e valores variados de resistência mecânica sendo que, o valor máximo obtido foi 2MPa, ambos compatíveis a de produtos comerciais existentes no mercado de isolantes térmicos industriais. A espumação variou em função da quantidade de agente espumante e da temperatura de queima. Quanto maior o teor de calcário dolomítico, mais intenso foi o processo de espumação, para uma mesma temperatura de queima. Dois fenômenos dependentes da temperatura atuam decisivamente para a espumação dos corpos cerâmicos: a liberação (e expansão) de CO2 pelo calcário dolomítico e a viscosidade de fase vítrea. Temperaturas muito baixas não são suficientes para liberar CO2 e/ou vitrificar a microestrutura, assim como temperaturas excessivas levam à fuga de CO2 do corpo cerâmico pela baixa viscosidade da fase vítrea formada. A adição de Al2O3 à formulação tornou a fase vítrea menos viscosa, interferindo no processo de espumação do corpo cerâmico. / In this work, ceramic bodies made of grounded soda-lime glass from transparent glass bottles and a dolomitic lime were investigated. The objective was to evaluate the properties of the obtained material, as volumetric expansion, mechanical strength and thermal conductivity as function of some procedural parameters such as: glass powder particle mean size, amount of foaming agent, heating rate and sintering temperature. The ceramic bodies were formulated with 3 and 5 weight percent of dolomite lime, uniaxially pressed in a hydraulic press and fired within the temperature range from 600 to 1000ºC. The following procedural parameters were varied: particle size distribution of raw materials, compacting pressure and heating rate. Tests were also performed with the addition of alumina to the mixture, in the amount of 4 weight percent, in order to increase the refractoriness of the final product. The technological characterization of the ceramic bodies involved the determination of the volumetric expansion, compressive strength, and thermal conductivity. The microstructure was investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy, mapping of elements in an electron beam microprobe analyzer and X-ray diffraction analysis. The results have shown that it is possible to obtain foam glass from glass powder, using dolomitic lime as foaming agent. The foam glasses presented values of thermal conductivity between 0,11W/mK and 0,7W/mK and varied values of mechanical strength, the best samples achieving a maximum of 2MPa. For both properties, the values obtained were comparable to those of commercial thermal insulating products. The foaming has varied as function of the amount of foaming agent and sintering temperature. When temperature was kept constant, higher dolomitic lime content lead to a more intense foaming process. Two temperaturedependent phenomena can act decisively on the foaming process: the release (and expansion) of CO2 by the dolomitic lime, and the viscosity of the glass phase. Low temperatures may not provide conditions for the release of CO2 and vitrification of the microstructure, and excessively high temperatures may cause the CO2 to escape from the ceramic body due to the low viscosity of the glass phase. Addition of Al2O3 to the formulation has increased the viscosity of the glass phase, therefore interfering with the foaming process of the ceramic body.

Este trabalho tem como objetivo principal, efetuar um estudo da viabilidade da utilização do rejeito de indústrias de produtos cerâmicos (cerâmica vermelha), como substitutivo do agregado graúdo de rocha, na produção de concreto com características estruturais. O rejeito foi coletado em quatro diferentes indústrias, localizadas no município de Gravataí, região metropolitana da Grande Porto Alegre-RS, sendo posteriormente britado, para a obtenção do agregado, objeto deste estudo. Foram analisadas as principais características do agregado produzido, distribuição granulométrica, massa unitária, massa específica e absorção de água. A seguir, foi feito um estudo para estabelecer o teor de argamassa a ser utilizado nas misturas, sendo efetuado também uma avaliação da resistência à compressão em função do teor de argamassa. Uma vez fixado o teor de argamassa, foram feitos ensaios a fim de estabelecer a correlação da resistência à compressão, com a relação água/cimento, gerando, desta forma, as chamadas curvas de Abrams, vindo a possibilitar o traçado dos gráficos de dosagem. O estudo baseou-se em determinações experimentais da resistência à compressão, da resistência à tração por compressão diametral, absorção de água, o desgaste e o módulo de deformação estática, utilizando-se em referência de comparação um concreto convencional, produzido com brita basáltica. Todas as misturas foram confeccionadas com cimento Portland pozolânico (tipo IV) classe 32, areia natural de rio e água potável. Os resultados obtidos mostraram ser tecnicamente viável, o emprego do rejeito cerâmico, como agregado graúdo, na produção de concreto.