A torta de mamona é um resíduo gerado da extração de óleo da mamona, que tem potencial para matéria prima para a produção de filmes biodegradáveis. Filmes a base de proteínas têm limitações mecânica. Assim, as propriedades físicas destes materiais biodegradáveis podem ser melhoradas com o uso de agentes químicos, como reticulantes, e de fibras vegetais, como material de reforço. Neste sentido, o objetivo geral desta dissertação foi o desenvolvimento de filmes biodegradáveis à base de proteína extraída da torta da mamona, modificada com glioxal, e reforçados com fibras da polpa de celulose, para emprego na agricultura. Os objetivos específicos foram a avaliação das fibras de celulose em relação ao ganho de umidade, microscopia e estrutura química, e a avaliação do efeito da concentração de fibras sobre as propriedades mecânicas (tração e perfuração), cor, opacidade, brilho, umidade, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água, microestrutura, propriedades térmicas, e estrutura química através de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier. As proteínas foram extraídas da torta de mamona em um reator com controle digital de temperatura (50 ºC), de pH (12, com NaOH) e de agitação (400 rpm), com capacidade para 5 Litros. As fibras de celulose foram dispersas em água com agitador de alta rotação. Os filmes foram preparados por desidratação de soluções formadoras de filmes (SFF) com 6g de proteína/100 g de SFF, 5g glioxal/100g de proteína, 30 g de glicerol/100 g de proteína e 0; 2,5; 5; 7,5; 10 e 12,5g de fibras/100 g de proteína. A adição de fibras não mostrou efeito sobre a espessura, umidade, solubilidade em água e permeabilidade ao vapor de água dos filmes. Entretanto, as propriedades mecânicas do material melhoraram em função da concentração de fibras. O acréscimo de fibra provocou aumento na força de perfuração, tensão na ruptura e módulo de elasticidade e diminuição na deformação dos filmes. A adição de fibras também exerceu efeito sobre a cor, opacidade e brilho dos compósitos. Os resultados das análises por microscopia eletrônica de varredura permitiu verificar que as fibras de celulose estavam bem dispersas na matriz do filme, explicando seu efeito sobre as propriedades mecânicas dos filmes. E, as análises por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier corroboraram com esses resultados. O reforço com fibras mostrou-se eficiente e uma excelente alternativa para a produção de filmes a base de biopolímeros. / Castor bean (Ricinus communis L.) cake is a by product of the extraction process of castor oil, which has potential for biodegradable films production. Proteins-based films have mechanical limitations; however it physical properties can be improved with the use of chemical agents, as cross linker, and of vegetal fibers, as reinforcement load. Therefore, the aim of this work was the development of films based on proteins extracted from castor bean (Ricinus communis L.) cake crosslinked with glyoxal and reinforced with cellulose pulp fibers, to be used in agriculture. More specifically, the objectives of this work were the evaluation of cellulose fibers, moisture gain, microstructure and chemical structure, and the evaluation of the effect of fiber content on thickness, moisture content, mechanical properties (by tensile and puncture tests), color, opacity, gloss, solubility in water, water vapor permeability, color, opacity, gloss, microstructure by scanning electron microscopy, and chemical structure by Fourier transform infrared spectroscopy. Proteins were extracted from castor beans cake in a reactor with digital temperature control (50ºC), pH (12, with NaOH) and agitation (400 rpm) with 5L capacity. Cellulose fibers were dispersed in water using a high shear stirrer. Films were prepared by dehydration of film-forming solutions (FFS) with 6g protein/100g FFS, 5g glyoxal/100g protein, 30g glycerol/100g protein and 0; 2.5; 5; 7.5; 10 and 12.5g cellulose fibers/100g protein. Fibers content had no effect on thickness, moisture content, solubility in water and water vapor permeability of films. Nevertheless, the mechanical properties of films were improved as a function of fiber concentration. The increasing in fibers concentration increased puncture force, tensile strength and elastic modulus and decreased films deformation. The addition of fibers also had an effect on color, opacity and gloss of composites. The results of scanning electron microscopy showed that cellulose fibers were well dispersed in the film matrix, explaining their effect on mechanical properties of films. Additionally, analysis by Fourier transform infrared spectroscopy corroborated with these results. Fiber reinforcement was effective and seems to be a great alternative for the production of films based on biopolymers.

Este trabalho avalia a utilização de fibras e cinzas de bagaço de cana-de-açúcar em compósitos cimentícios extrudados. Visa o estudo da potencialidade do emprego da fibra e cinza do bagaço da cana-de-açúcar na construção civil, o aproveitamento deste produto em matrizes cimentícias representa uma alternativa para diminuição de gastos com locais para deposição do resíduo evitando a degradação do meio ambiente. A cinza de bagaço de cana-de-açúcar apresenta características pozolânicas, além de garantir uma redução do consumo de cimento. Fibras de bagaço de cana-de-açúcar (FBC) foram classificadas por peneiramento, lavadas em água fervente para reduzir o açúcar residual e foi tratado quimicamente com silicato de sódio e sulfato de alumino com finalidade de proteger as fibras contra a agressão do meio alcalino proporcionado pelo cimento, imobilizar a matéria orgânica e reduzir a absorção de água, diminuindo as variações dimensionais e proporcionar melhor qualidade no compósito, tais como durabilidade e evitar o ataque de microorganismo. As cinzas de bagaço de cana-de-açúcar (CBC) foram queimadas com temperatura e tempo controlado para ter um ótimo grau de amorficidade e conseqüentemente maior reatividade. A moagem também foi efetuada a fim de melhorar a reatividade da cinza. Foi realizada uma série de ensaios de caracterização da CBC. A atividade pozolânica foi averiguada por ensaio condutividade elétrica. O desempenho mecânico e físico e na microestrutura dos compósitos de fibrocimento foram avaliados. Os compósitos foram avaliados antes e após ciclos de envelhecimento acelerado. A extrusão foi utilizada na produção de compósitos cimentícios com geometrias diferenciadas e na produção em pequena escala. Os resultados apresentaram que a fervura da FBC reduziu o açúcar residual e o tratamento químico mineralizou as FBC. As CBC apresentaram valores de sílica elevada. Foram produzidos placas com níveis de reforço entre 0,5% e 5,0% de FBC. Compósitos extrudados com 5% de reforço de FBC com 28 dias de cura apresentaram melhores resultados em tenacidade (TE), devido à maior introdução de FBC no compósito, mas não apresentou diferença entre o tratamento químico. Compósitos extrudados com 5% de reforço de FBC tratada após 200 ciclos de envelhecimento apresentaram maior absorção de água (AA) e porosidade aparente (PA). Esse fato se deve a explicado com a maior hidratação do cimento que ocasionou mineralização drástica da FBC e descolagem da fibra na interface fibra e matriz. Compósito extrudado com 5% de FBC tratada com 28 dias e após 200 ciclos com substituição de cimento por 30% de CBC apresentaram diminuição de módulo de ruptura (MOR) e maior absorção de água (AA). A substituição da matriz (agregado) e a maior relação água/cimento da mistura influenciaram neste resultado. Os resultados indicaram que os compósitos extrudados com reforço de fibra de bagaço de cana e 30% de cinza de bagaço de cana, em substituição ao cimento Portland, podem ser utilizados para produzir elementos construtivos. / This study evaluates the use of fibre and ash from sugarcane bagasse in extruded cementitious composites. Aims at studying the potentiality of using fibre and ash from sugarcane bagasse in construction, the use of this product in cementitious matrices represents an alternative to reduce expenses with the waste disposal sites for avoiding environmental degradation. The bagasse ash cane sugar has pozzolanic characteristics and ensures a reduction in cement consumption. Fibres from sugarcane bagasse (FSB) were classified by sieving, washed in boiling water to reduce the residual sugar and has been chemically treated with sodium silicate and aluminum sulphate in order to protect the fibres against the aggression of alkaline provided by the cement, immobilize the organic material and reduce the water absorption, reducing size variations and provide better quality in the composite, such as durability and prevent the attack of microorganisms. The ashes of sugarcane bagasse (ASB) were burned with controlled temperature and time to have a great degree of amorphicity and consequently higher reactivity. The grinding was also performed to improve the reactivity of the ash. We performed a series of tests to characterize the ASB. The pozzolanic activity was determined by electrical conductivity test. The mechanical and physical performance and microstructure of cement composites were evaluated. The composites were evaluated before and after ageing accelerated cycles. Extrusion was used in the production of cementitious composites with different geometries and small scale production. The results showed that boiling FSB reduced the residual sugar and chemically treated to mineralized FSB. The ASB had high amounts of silica. Plates were produced with enhanced levels of between 0.5% and 5.0% of FSB. Composites extruded with 5% of FSB with 28 days of healing showed better results in toughness (TE) due to the increased introduction of FSB in the composite, but no difference between the chemical treatments. Composites extruded with 5% strengthening of FSB treated after 200 ageing accelerated cycles had higher water absorption (AA) and apparent porosity (AP). This fact should be explained with the higher hydration of cement which caused drastic mineralization FSB and off the fibre and fibre-matrix interface. Extruded composite with 5% FBC treated with 28 days and after 200 cycles with replacement of cement by 30% of ASB showed a decrease of modulus of rupture (MOR) and higher water absorption (AA). The substitution matrix (aggregate) and the highest water / cement ratio of the mixture affected this result. The results indicated that the extruded composites reinforced with fibre sugarcane bagasse and 30% ash sugarcane bagasse in Portland cement mortars can be used to produce building elements.

O aço ferrítico-martensítico ODS Eurofer com 9%pCr (ODS - do inglês oxide dispersion strengthened), objeto de estudo dessa dissertação, é um potencial candidato para fins estruturais em reatores de fusão nuclear. Este material foi produzido via metalurgia do pó e consolidado por prensagem isostática. Em seguida sofreu laminação cruzada a quente e revenimento em 750°C por 2h. Esta foi a condição como recebida desse aço, o qual foi cedido pelo KIT (Karlsruher Institut für Technologie - Alemanha). Este aço possui 0,3%p de partículas de ítria (Y2O3) com diâmetro entre 10 e 30 nm. Uma das finalidades dessa dispersão de partículas de óxido é impedir a livre movimentação de contornos de grão no material, de modo a garantir a estabilidade microestrutural do mesmo sob recozimento. O aço ODS Eurofer como recebido foi laminado a frio com reduções de 20, 40, 60 e 80% da espessura e, posteriormente, foi recozido em diversas temperaturas entre 300 e 1350°C por 1h. Como o enfoque desse trabalho é sobre o aço ODS Eurofer recozido em altas temperaturas, para as temperaturas de 1250, 1300 e 1350°C foram feitos recozimentos adicionais (para o material com 80% de redução) variando-se o tempo de recozimento de 1 a 8 h. Para todos os recozimentos, com exceção dos realizados em 1350°C, o resfriamento das amostras se deu ao ar. Para a temperatura de 1350°C isso não foi possível e o resfriamento das amostras se deu no interior do forno. As amostras foram caracterizadas utilizando-se de medidas de dureza, medidas magnéticas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Amostras representativas também foram analisadas utilizando-se de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Para recozimentos em temperaturas acima de 800°C seguidos de resfriamento ao ar o material sofreu uma transformação martensítica. Na faixa de temperatura entre 800°C e 1300°C verificou-se um ligeiro decréscimo na dureza do material. Para as amostras com 80% de redução e recozidas em 1250 e 1300°C por diversos tempos até 8 h, seguido de resfriamento ao ar, não ocorreu uma variação significativa tanto nos valores de dureza e de campo coercivo das amostras com o tempo de recozimento. Estes valores se mantiveram em um patamar bem superior ao verificado para as amostras sem recozimento. Para as amostras recozidas em 1350°C, devido às características do resfriamento a microestrutura resultou em grãos ferríticos, aproximadamente equiaxiais e com tamanho de grão médio da ordem de 15 ?m. Observou-se uma notável queda tanto no valor de dureza como de campo coercivo dessas amostras. A observação mais importante nesse caso foi a observação de partículas da ordem de 100 nm ricas em ítrio no interior dos grãos, uma evidência de que ocorre o engrossamento das partículas de ítria nessa temperatura. Em virtude disso, a capacidade dessa dispersão de óxidos em impedir a livre movimentação de contornos de grãos no material fica prejudicada em 1350°C. / The object of this study is Eurofer 9% Cr Oxide Dispersion Strengthened (ODS) steel. This ferritic/martensitic steel is a potential candidate for structural applications in nuclear fusion reactors. It is produced through powder metallurgy and consolidated by hot isostatic pressing. The material undergoes hot cross lamination and is tempered at 760 °C. This was the condition of the steel as received, which was provided by KIT (Karlsruher Institut für Technologie, Germany). This steel contains 0.3 wt% yttria particles (Y2O3) with a diameter in the range 10-30nm. The main purpose of this oxide particle dispersion is to prevent the free movement of the grain boundaries in the material, so as to ensure stability of the microstructure during annealing. The material as received was cold rolled to reduce thickness by 20, 40, 60 and 80%. It was annealed at different temperatures from 300 to 1350 °C for 1 h. The focus of this study is the effects of high temperature annealing on the microstructure of ODS Eurofer. For this purpose, additional heat treatments were carried out on the steel that had been rolled to reduce thickness by 80% at temperatures of 1250, 1300 and 1350 °C. Annealing time varied between 15 min and 8 h. For all annealing conditions, except those carried out at 1350 °C, the samples were air cooled. For the temperature of 1350 °C, this was not possible. These samples were cooled in the oven. The samples were characterized using hardness testing, magnetic testing, and scanning electron microscopy (SEM). Representative samples were also analyzed using electron backscatter diffraction (EBSD) and energy dispersive spectroscopy (EDS). For annealing at temperatures above 800 °C, the material underwent a martensitic transformation after air cooling. Between 800 and 1300 °C, there was a slight decrease in the hardness of the material. For samples with 80% reduction annealed at 1250 and 1300 °C followed by air cooling, annealing time up to 8h didn\'t lead to a significant variation in either the hardness or the coercive field. Both hardness and coercive field of these samples were at a level well above the samples without annealing. For samples annealed at 1350 °C, due to the cooling characteristics of the samples, the microstructure took on a ferritic matrix with equiaxed grains with an average grain size of 15 um. There was a remarkable decrease in hardness and coercive field values of these samples. The most important result in this case was the observation of yttria-rich particles of the order of 100nm inside the grains. This is an evidence of the coarsening of the yttria particles at this temperature. As a result, the capacity of oxide dispersion to prevent the free movement of grain boundaries in the material is impaired at 1350°C.

A textura tem posição de destaque na qualidade da carne, podendo ser considerada como a característica sensorial de maior influência na aceitação por parte dos consumidores. Nesse contexto, as técnicas de determinação da textura da carne são de extrema importância. Assim, o objetivo desta dissertação foi o estudo comparativo de três técnicas de determinação da força de cisalhamento de carnes, utilizando-se dois equipamentos diferentes: o Warner-Bratzler Shear com sua lâmina padrão e um Texturômetro modelo TAXT2i (SMS) com duas lâminas de espessuras diferentes (3,05 e 1,01 mm), com a intenção de se obter correlações entre as diferentes técnicas utilizadas. Foram determinadas as forças de cisalhamento em seis cortes cárneos (5 bovinos e 1 suíno) com a finalidade de se obter as correlações numa ampla faixa de força de cisalhamento. Outras análises (Composição química, Perdas de água por cozimento e Microestrutura) foram realizadas para complementar as informações dos efeitos das três técnicas utilizadas sobre as respectivas respostas. Os dados obtidos nos testes de cisalhamento foram submetidos a uma análise descritiva visando determinar as variações entre os resultados de cada corte. A composição química, a microestrutura e as perdas de água foram utilizadas para explicar possíveis causas das variações. Foram feitas análises de regressão, obtendo-se modelos de correlação entre os dados obtidos com o Warner-Bratzler Shear e o texturômetro com as duas lâminas estudadas. Os resultados obtidos com Texturômetro utilizando-se lâmina de 3 mm superestimaram os resultados, indicando menor maciez do que as outras técnicas. Não se observou relação entre a composição química e a perda de água por cozimento com a textura das carnes. Entretanto, os resultados das análises com microscopia eletrônica de varredura permitiram explicar a variabilidade dos resultados da força de cisalhamento. / Texture has a prominent position on the quality of meat, and it can be considered the most influential sensory characteristic on consumers\' acceptance. In this sense, the techniques for texture determination of meat are very important. Thus, the aim of this dissertation was a comparative study of three techniques of determination of shear force of meat, using two different equipments: Warner-Bratzler Shear, with its standard blade; and the Texturometer TAXT2i, with two blades with different thicknesses (3.05 and 1.01 mm), for obtaining correlations between these different techniques. The shear forces were determined in six meat cuts (5 bovines and 1 swine) allowing correlations over a wide range of shear force. Other analyzes (chemical composition, water losses during cooking and microstructure) were performed to supplement the information of the effects of three techniques on shear force results. The data obtained in the shear tests were subjected to a descriptive statistical analysis in order to determine variations between the results for each cut. The chemical composition, microstructure and water losses were used to explain the possible causes of variations. Regression analyzes were performed and linear models of correlation between the data obtained with Warner-Bratzler Shear and the two blades texturometer were established. The results obtained with the 3 mm blade texturometer overestimated the results, suggesting lower softness than the other techniques. There was no relationship between the chemical composition and water loss during cooking with the meat texture. However, the results of analysis with scanning electron microscopy allowed explain the variability of the results of shear force.

Apesar de suas excelentes características técnicas e estéticas, a aplicação de porcelanato em fachadas requer especial atenção devido ser um material diferente das cerâmicas convencionais, além de que as fachadas estão sujeitas a diversos agentes capazes de danificar os revestimentos cerâmicos. O baixo índice de absorção de água do porcelanato é a principal causa da perda ou falta de aderência entre o tardoz e a argamassa colante, pois não permite o mecanismo de aderência mecânica existente nas cerâmicas porosas. O presente trabalho visa o estudo de argamassas com adições de látex base estireno acrílico e sílica ativa para o assentamento de porcelanato em fachadas a fim de evitar o aparecimento de patologias decorrentes da falta de aderência. Foram realizados ensaios normalizados para a avaliação das propriedades das argamassas quanto à fixação do porcelanato, além de procedimentos experimentais para a avaliação da microestrutura tais como análises térmicas, difração de raios-X, porosimetria por intrusão de mercúrio, espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura associada à espectrografia por dispersão de energia. Os resultados obtidos mostraram que a adição combinada de polímero e sílica ativa às argamassas resultou em elevadas propriedades mecânicas e alta resistência de aderência, decorrentes da melhora das propriedades microestruturais, ou seja, aumento da compacidade, diminuição da porosidade e refinamento do diâmetro médio dos poros, além da redução na quantidade do hidróxido de cálcio consumido para a produção de silicato de cálcio hidratado. / Despite the excellent characteristics of porcelain tiles, their application in building facades requires special attention, since this material differs from conventional ceramics and facades are exposed to weathering, which can damage ceramic revetments. The lower water absorption of porcelain tiles is the main cause of the poor adherence between them, as it prevents the mechanical interlocking adherence mechanism that occurs when more porous ceramic materials are applied. The present thesis aims to investigate the effect of silica fume and acrylic polymer together on the properties of mortars employed to install porcelain stoneware tiles to avoid detachment problems due to lack of adherence. An experimental investigation evaluated the fixing properties of the mortars, and a microstructural study including thermal analysis, X-ray diffraction, mercury intrusion porosimetry, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy was performed. The results showed that silica fume and acrylic polymer addition to the mortar resulted in improved properties to fix porcelain stoneware tiles, mainly adherence strength, as a consequence of the microstructural improvement due to the decrease in the porosity and the pore mean diameter, and the decrease in the calcium hydroxide to form hydrated calcium silicate

O objetivo deste estudo foi a Y-TZP odontológica submetida ao envelhecimento hidrotérmico acelerado (EH). Especificamente: a) determinar a curva cinética de transformação de fase tetragonal para monoclínica; b) calcular a velocidade de crescimento da frente da camada transformada durante o EH; c) avaliar a relação entre a porcentagem de fase monoclínica e profundidade da transformação de fase com a resistência à flexão biaxial (FB); d) avaliar o efeito da associação do EH e fadiga na resistência à FB. Discos sinterizados (YZ- Vita YZ, LP-Lava Plus) foram submetidos ao EH a 120°C, 130°C e 150°C e analisados por difração de raios X (DRX). Uma amostra por grupo foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e tomografia de coerência óptica (OCT) para calcular a profundidade de transformação de fase e a velocidade da frente de transformação. Grupos de (YZ, LP e LA-Lava) foram submetidos ao EH (150°C) por (n=10): 0, 5, 25, 70 e 140 horas. Após o EH os grupos de YZ foram novamente divididos (n=10): com e sem ciclagem mecânica, todas as cerâmicas foram submetidas ao teste de flexão biaxial (ISO 6872) e análise de variância 1 fator (ANOVA) (α=0,05) para comparar os resultados. Os resultados de DRX indicam que a Y-TZP apresenta um comportamento sigmoidal de transformação de fase devido à limitação da profundidade de penetração dos raios X (~6,3 μm). As análises de MEV e OCT confirmaram o crescimento linear da frente de envelhecimento em função do tempo para todas as temperaturas. O ANOVA 1-fator demonstrou redução de 10-19% da resistência à FB após 140 horas de envelhecimento (150°C) para todas as cerâmicas, havendo correlação negativa entre profundidade da camada transformada e resistência à FB. Extrapolando os resultados de profundidade para 37°C foi calculado que a frente de transformação de fase levaria 1053 e 2104 anos para atingir a profundidade de 62,67μm e 85,55μm responsáveis pela diminuição da resistência mecânica da YZ e LP, respectivamente. A associação do EH com a ciclagem mecânica não apresentou efeitos deletérios para a YZ. O OCT foi validado como método preciso, fácil e rápido para avaliação da camada transformada e estudos de cinética. / The aim of this study was to evaluate the aging behavior of a dental Y-TZP submitted to an accelerated hydrothermal aging (HA). Specifically: a) determine the kinetic curve of tetragonal to monoclinic phase transformation (t-m); b) calculate the speed of the front of phase transformation zone growth during the HA; c) evaluate the relationship between percentage of monoclinic phase and depth of phase transformation with the biaxial flexural strength (BF); d) evaluate the effect of the association of HA and fatigue at the BF. Sintered discs of dental Y-TZP (YZ- Vita YZ, LP- Lava Plus) were submitted to HA at 120°C, 130°C and 150°C and analyzed by X-ray diffraction analysis (XRD). One specimen of each group was submitted to scanning electron microscopy (SEM) and optical coherence tomography (OCT) to calculate the phase transformation depth and the speed of the front transformation zone. Groups (YZ, LP and LA-Lava) were divided according to the aging time (n=10): 0, 5, 25, 70 and 140 hours (150°C/3.01 bar). After the HA the YZ group was divided once again (n=10): with and without mechanical cycling, all ceramics were submitted to biaxial flexural strength test (ISO 6872) and one way analysis of variance (ANOVA) (α=0.05) to compare the results. XRD results indicated that YTZP presented a sigmoidal behavior due to the limited depth of XRD penetration (~6.3 μm). SEM and OCT analysis confirmed a linear growth of the front as function of the time to all temperatures One way ANOVA showed a decrease in mechanical strength (10-19%) after 140 hours of HA (150°C) for all ceramics. Extrapolating the depth of the transformed zone results to 37°C it was calculated that the front of the transformed zone would take around 1053 and 2104 years to reach 62.67μm and 85.55μm, depth that decreased the mechanical strength of the YZ and LP, respectively. The association of HA and mechanical cycling did not present a deleterious effect for the YZ. The OCT was validated as a precise, easy and fast method to evaluate the depth of the transformed zone and for kinetics studies.

Eletrólitos sólidos de céria com adição de íons de terras raras trivalentes apresentam elevada condutividade iônica quando comparados com a zircônia estabilizada com ítria, que é um eletrólito sólido padrão. Por isso, esses condutores de íons oxigênio à base de céria têm potencial de aplicação em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias (500-700ºC). Uma das abordagens mais investigadas para otimização da condutividade elétrica e de outras propriedades destes materiais é a incorporação de um segundo aditivo. Neste trabalho, composições de céria-20% mol gadolínia com SrO, TiO2 e SrTiO3 como co-aditivos, em teores de 1; 2,5 e 5% em mol foram preparadas por reação em estado sólido. O principal objetivo foi verificar o efeito dos aditivos na densificação, na microestrutura e na condutividade elétrica da céria-gadolínia. Os compactos sinterizados foram caracterizados por medidas de densidade aparente, difração de raios X e espectroscopia Raman para determinação das fases cristalinas, microscopia eletrônica de varredura para observar as diferentes microestruturas das composições, e medida da condutividade elétrica por espectroscopia de impedância. Os resultados mostraram que os aditivos exercem influência em todas as propriedades investigadas, mas de forma diferente dependendo do tipo e do teor. De forma geral, SrO exerce efeito benéfico na condutividade elétrica intergranular, mas prejudica a densificação. O TiO2 promove um aumento na densificação da céria-gadolínia, mas aumenta também o bloqueio aos portadores de carga nos contornos de grão, além de resultar na formação da fase pirocloro Gd2Ti2O7, quando adicionado em teores acima do limite de solubilidade. O SrTiO3 não produz alterações na densificação da céria-gadolínia. / Ceria containing trivalent rare-earths is a solid electrolyte with higher ionic conductivity than the standard yttria fully-stabilized zirconia ionic conductor. This property turns these ceria-based ionic conductors promising materials for application in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures (500-700ºC). One of the most utilized approaches to optimize the electrical conductivity and other properties of these materials is the introduction of a second additive. In this work, ceria-20 mol% gadolinia with additions of 1, 2.5 and 5 mol% of SrO, TiO2 and SrTiO3 as co-additives were prepared by solid state reaction. The main purpose was to investigate the effects of the co-additives on densification, microstructure and electrical conductivity of the solid electrolyte. Sintered pellets were characterized by apparent density, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and electrical conductivity by impedance spectroscopy. The additives were found to exert different influences in all studied properties. The way they influence the solid electrolyte properties depends on the type and content of the additive. SrO addition to doped ceria improves the intergranular conductivity, but decreases the apparent density of the pellets. Increase of densification was obtained with TiO2 addition. This additive promotes increase of the blocking of charge carriers at the grain boundaries due to solute exsolution and formation of the pyrochlore Gd2Ti2O7 phase at grain boundaries for contents in excess of the solubility limit. No influence on densification was found for SrTiO3 additions.

Materiais cerâmicos obtidos a partir de pós nanocristalinos permitem a obtenção de excelentes propriedades após sinterização, devido à possibilidade de redução da temperatura final de sinterização com conseqüente refinamento microestrutural e excelente densificação. Nesse contexto, a zircônia tetragonal (ZrO2 (t)) tem um importante papel, pois suas características intrínsecas, tais como a transformação martensítica (ZrO2 (t-m)), permitem o desenvolvimento de excelentes propriedades, destacando-se a elevada tenacidade à fratura e resistência a flexão, tornando-a um material diferenciado visando aplicações nobres onde propriedades mecânicas e confiabilidade sejam pré-requisitos. Visando otimizar estas aplicações, se faz necessário conhecer as correlações entre as propriedades mecânicas e a microestrutura. Sendo assim, é de extrema importância promover a revelação microestrutural desses materiais, de forma padronizada e com representatividade estatística, o que exige cuidados nas técnicas de preparação ceramográfica. Nesse trabalho pretende-se caracterizar microestruturalmente cerâmicas a base de ZrO2(Y2O3) nanométrica, visando estudar os efeitos da temperatura e do tempo de sinterização na cinética de crescimento de grão. Foi definida uma rota de preparação e análise ceramográfica propondo seqüência de lixas e panos de polimento, assim como cargas e tempos em cada etapa. As amostras foram atacadas termicamente e micrografias foram obtidas. As micrografias foram processadas por rotinas de análise digital de imagens, visando definir padronizações para determinação de parâmetros microestruturais de interesse, tais como distribuição de tamanhos de grãos, densidade de grãos por unidade de área, razão de aspecto, etc. Foi estudado o efeito das condições de sinterização (temperatura final e tempo de isoterma) no crescimento de grãos. / Ceramic materials obtained from nanocrystalline powders enable the obtaining of excellent properties after sintering, due to the possibility of reducing the final sintering temperature with consequent microstructural refinement and excellent densification. In this context, tetragonal zirconia (ZrO2 (t)) has an important role, since their intrinsic characteristics, such as the martensitic transformation (ZrO2 (t-m)), allow the development of excellent properties, highlighting the high tenacity to fracture and resistance to bending, making it a differentiated material aiming noble applications where mechanical properties and reliability are prerequirements. In order to optimize these applications, it is necessary to know the correlations between the mechanical properties and microstructure. Thus, it is extremely important to promote the microstructural disclosure of these materials, in a standardized manner and with statistical representativeness, which requires care with the ceramographic preparation techniques. This work aims to microstructurally characterize ceramics based on nanometric ZrO2(Y2O3), looking for the study of the effects of the sintering temperature and time on the graingrowth kinetics. It was defined a route for ceramographic preparation and analysis proposing a sequence of sandpapers and polishing cloths, as well as loads and times at each stage. The samples were thermally etched and micrographs were obtained. The micrographs were processed through routines of digital image analysis, aiming the definition of standards for the determination of microstructural parameters of interest, such as distribution of grain sizes, density of grains per unit of area, aspect ration, and others. It was studied the effects of the sintering conditions (final temperature and time of isotherm) on the grain growth.

O titanato de estrôncio (SrTiO3) possui estrutura cristalina do tipo perovsquita. Materiais com este tipo de estrutura são utilizados para diversas aplicações, tais como, sensores, atuadores, em células a combustível de óxido sólido, entre outros. Devido as suas interessantes propriedades físicas, o SrTiO3 vem sendo intensamente estudado, em especial com a introdução de dopantes. Portanto, neste trabalho foi investigada a influência de diferentes teores de Ca (1; 2,5 e 5% mol) e Pr (0,025; 0,050; 0,075 e 1% mol) na microestrutura e propriedades elétricas e dielétricas do SrTiO3, assim como o material sem aditivos (puro). Os resultados mostram que após a sinterização do SrTiO3 puro, a microestrutura consiste de grãos poligonais com tamanho médio micrométrico, além de texturas lisas e rugosas. A condutividade elétrica das amostras sintetizadas sinterizadas a 1450 e 1500ºC é máxima para 2 horas de patamar. Apenas as amostras de SrTiO3 contendo 1% em mol de Ca apresentam fase única. O tamanho médio de grãos das amostras contendo 1% em mol de Ca é 10,65 ± 0,28 µm e para teores acima deste valor ocorre crescimento significativo dos grãos. As medidas de condutividade elétrica mostraram que as amostras contendo a adição de 1% em mol de Ca possuem maior condutividade dos grãos em relação ao material puro. Para as amostras contendo teores de até 0,075% mol de Pr, pode-se observar alguns grãos lisos e outros rugosos e não há variação considerável do tamanho médio de grãos. As amostras contendo menor teor de Pr (0,025% mol) apresentam maior condutividade dos grãos e contornos de grãos. As amostras de SrTiO3 sintetizado sinterizadas a 1450ºC/10 h apresentaram permissividade elétrica colossal em temperatura ambiente em altas frequências. / Strontium titanate (SrTiO3) exhibits cubic perovskite type crystalline structure at room temperature. Polycrystalline ceramics with this structure are potential candidates for a number of applications including sensors, actuators and in solid oxide fuel cells. Several properties of SrTiO3 are strongly dependent on addition of both donors and acceptors additives. Then, there is a growing interest for studying its properties as a function of type and concentration of additives. In this study, the effects of Ca (1, 2.5 and 5 mol%) and Pr (0.025 to 1 mol%) additions on microstructure and electric and dielectric properties of SrTiO3 were investigated. The microstructure of pure SrTiO3 consists of polygonal grains with average grain size in the micrometer range, and the electric conductivity is maximized after sintering for 2 h at 1450 and 1500ºC. Specimens containing 1 mol% Ca are single phase and the average grain size is 10.65 ± 0.28 µm, but for higher additive contents grain growth is observed. The electric conductivity of SrTiO3 with 1 mol% Ca is higher than that of the pure ceramic. Specimens containing Pr do not show significant grain growth, and the higher conductivity of grains and grain boundaries was achieved with 0.025 mol% Pr. Pure SrTiO3 sintered at 1450ºC for 10 h shows colossal dielectric permittivity (> 1.000) at room temperature, in contrast to specimens prepared with commercial powder (dielectric permittivity = 300), at high frequencies.

Os efeitos decorrentes da adição de NiO na densificação, na microestrutura e na condutividade elétrica da zircônia totalmente estabilizada com ítria foram sistematicamente estudados. Zircônia-8% mol de ítria (8YSZ) comercial e acetato, trihidróxi-carbonato, nitrato e óxido de níquel foram utilizados como materiais de partida. Os teores de Ni variaram entre 0,5% e 5% em mol e as composições foram preparadas por mistura dos materiais precursores a partir das concentrações estequiométricas. Estudos de densificação realizados por meio de medidas de densidade geométrica e dilatometria revelaram que a retração total até 1400ºC varia de ~16 até ~20% dependendo do precursor de níquel. No segundo estágio de sinterização a retração linear aumentou com o aumento no teor do aditivo (precursor: trihidróxi-carbonato de níquel). No estágio inicial de sinterização a energia de ativação para a difusão via contornos de grão varia de acordo com o precursor de níquel utilizado sendo menor para o óxido e maior para o trihidróxi-carbonato. No estágio secundário de sinterização prevalece a sinterização volumétrica. Neste estágio, as temperaturas de máxima retração são independentes do precursor de níquel, exceto para o acetato. O tamanho médio de cristalito variou com o tipo de precursor empregado sendo menor para o trihidróxi-carbonato e maior para o óxido de níquel. O limite de solubilidade do NiO determinado por difração de raios X é 1,48% em mol a 1350ºC. Para teores acima do limite de solubilidade o aditivo permanece aleatoriamente distribuído como uma fase secundária na forma de NiO. O principal efeito do aditivo na microestrutura é aumentar o tamanho médio de grãos. Os resultados de medidas elétricas revelaram que a adição de NiO não produz alterações significativas na condutividade intragranular da 8YSZ para diversos tempos de sinterização, exceto quando o precursor é o óxido de níquel, para o qual a condutividade elétrica aumenta com o tempo de sinterização evidenciando a dificuldade na formação de solução sólida, quando o material precursor possui tamanho de cristalito superior ao da matriz. Entretanto, a condutividade intragranular nas amostras preparadas com o trihidróxi-carbonato de nickel é pouco inferior à das demais amostras. Nas amostras sinterizadas por 15 h a 1350ºC um terceiro semicírculo foi associado com a formação de fase tetragonal na 8YSZ, devido à aceleração pelo níquel na cinética da transformação de fase cúbica para tetragonal. A condutividade intergranular varia com o tempo de sinterização devido à diminuição na fração de interfaces (contornos de grão) que ocorre com o aumento no tamanho médio de grãos. A condutividade intergranular microscópica da 8YSZ não varia significativamente com a adição de NiO. / The effects produced by NiO addition to yttria fully-stabilized zirconia were systematically investigated. Commercial zirconia-8 mol% yttria, nickel acetate, nitrate, trihydroxicarbonate and nickel oxide were used as starting materials. The NiO content varied from 0.5 to 5 mol%, and the compositions were prepared by mechanically mixing the starting materials in the stoichiometric proportions. Densification studies carried out by density and dilatometry measurements revealed that the maximum shrinkage (~16-~20%) depends on the type of nickel precursor. In the second sintering stage the linear shrinkage increased with increasing NiO content (precursor: nickel trihydroxi-carbonate). In the first sintering stage, the activation energy for grain boundary diffusion changed according to the additive precursor, being lower for the oxide and higher for the trihydroxi-carbonate. In the second stage, when the major part of porosity is eliminated, the maximum shrinkage rate temperatures were found to be independent on the precursor except when nickel acetate is used. The solubility limit at 1350ºC is 1.48% as determined by X-ray diffraction. Above the solubility limit the excess NiO is retained as a second randomly distributed phase. The main effect of the additive in the ceramic microstructure is to increase the average grain size. The electrical measurements showed that the additive did not produce any significant effect in the grain conductivity irrespective of the sintering time, except when the precursor material was nickel oxide. In this case, the grain conductivity increased with increasing sintering time. This effect is attributed to the crystallite size of the nickel oxide precursor, which is higher than that of 8YSZ, slowing down the formation of solid solution. However, the grain conductivity of samples prepared with nickel trihydroxi-carbonate precursor is slightly lower than those of other samples. The samples sintered for 15 h exhibited an additional semicircle in the impedance diagram, which is assigned to the tetragonal phase of zirconia-yttria, resulting from thermal decomposition of the cubic structure. Hence, NiO additive accelerates the kinetics of cubic-to-tetragonal phase transformation in 8YSZ. The grain boundary conductivity depends on the sintering time due to reduction of the fraction of interfaces as a consequence of grain growth. The microscopic grain boundary conductivity of 8YSZ does not vary with NiO addition.