Neste trabalho foram efetuados estudos importantes e pioneiros sobre as propriedades estruturais, eletrônicas e termodinâmicas dos nitretos e de suas ligas, através de dois métodos de primeiros princípios distintos, o FLAPW (\"Full-potential Linear Augmented Plane Wave\") e o pseudopotencial combinado com a aproximação quasequímica generalizada. Na primeira parte, utilizando o método FLAPW, calculamos as estruturas de bandas para os nitretos cúbicos do grupo-IH, BN, AIN, GaN e InN. Foram obtidos valores para a constante de rede e \"bulk modulus\" para os nitretos do grupo-III através de cálculos relativísticos da energia total. Através das estruturas de bandas e analisando o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução perto do ponto r ou, no ponto k correspondente ao mínimo da banda de condução, derivamos os respectivos valores para as massas efetivas de elétron e de buraco pesado, leve e de \"split-off\' e correspondentes parâmetros de Luttinger. Todos os resultados são comparados com dados experimentais e teóricos existentes na literatura. Na segunda parte, utilizando o método FLAPW, estudamos a influência da impureza de Mg na estrutura eletrônica do GaN cúbico (c-). Realizamos cálculos da otimização da geometria, incluindo deslocamentos dos primeiros e segundos vizinhos, para os casos da impureza com estados de carga neutro e negativo. Obtivemos o valor de 190 meV para o deslocamento de Franck-Condon da energia térmica, o qual apresenta um bom acordo com os dados experimentais de fotoluminescência e efeito Hall. Nós concluímos que os primeiros e segundos vizinhos desempenham um papel importante na determinação das energias do nível aceitador resultante da dopagem do c-GaN com Mg. Na terceira parte, nós apresentamos cálculos das propriedades eletrônicas, estruturais e termodinâmicas de ligas cúbicas envolvendo os nitretos do grupo-III, InxGa1-xN, InxAl-xN, AlxGal-xN, BxGal-xN e BxA1-xN. Nós combinamos o método de expansão de \"clusters\" através da aproximação quasequímica generalizada (\"Generalized Quasichemical Approximation -GQCA\") com cálculos de pseudopotenciais \"ab initio\" DFT-LDA. Para todas a ligas, exceto a de AlxGal-xN, encontramos separação de fase para temperaturas próximas das temperaturas de crescimento. Generalizamos o método de expansão de \"c1usters\" para estudar a influência da tensão biaxial. Encontramos uma significativa supressão da separação de fase induzida pela tensão para as ligas de InxGal-xN e InxAh-xN, sendo no caso da liga de InxGal_xN confirmado experimentalmente. Observamos também que flutuações da energia do \"gap\" da liga de InxGal-xN permitem definir valores mínimo e médio para a energia do \"gap\" com diferentes valores para o \"bowing\". Observamos que a tensão biaxial reduz as flutuações da energia do \"gap\", resultando em uma diminuição do valor do \"bowing\". Através deste estudo mostramos uma possível explicação para a discrepância experimental para valores do \"bowing\". / In this work we performed a pioneer theoretical study of structural, electronic and thermodynamic properties of the group-III nitrides and their alloys, by using two distinct first principles methods, the FLAPW full potential linear augmented plane wave and the pseudopotential-plane-wave method combined with the generalized quasichemical approximation. In the first part of our work, by using the FLAPW, we present the electronic band structures ofthe zinc-blende-type group-III nitrides compounds, BN, AIN, GaN, and InN. Lattice constant and bulk modulus are obtained from fuH relativistic total-energy calculations. Electron, heavy-, light-, and split-off-hole effective masses and corresponding Luttinger parameters are extracted from the band-structure calculations. A comparison with other available theoretical results and experimental data is made. In the second part of our work, by using the FLAPW method, the electronic structure of Mg impurity in zinc-blende (c-) GaN is investigated. Full geometry optimization calculations, including nearest and next-nearest neighbor displacements, were performed for the impurity in the neutral and negatively charged states. A value of 190 meV was obtained for the Franck-Condon shift to the thermal energy, which is in good agreement with that observed in recent low temperature photoluminescence and Hall-effect measurements. We conclude that the nearest and the next-nearest neighbors of the Mg impurity replacing Ga in c-GaN undergo outward relaxations which play an important role in the determination ofthe center acceptor energies. In the third part of our work, we present a study of electronic, structural, and thermodynamic properties of the cubic group-III nitrides alloys, InxGal-xN, InxAll_xN, AlxGal-xN, BxGal-xN e BxAll-xN. We combined the generalized quasichemical approximation (GQCA) with an ab initio pseudopotential-plane-wave method. For alI alIoys, except the AlxGal-xN, we observe a miscibility gap for temperatures near those of the growth. The cluster treatment is generalized to study the influence of biaxial strain. We find a remarkable suppression ofphase separation in InxGal-xN and InxAll-xN induced by strain which is confirmed by experiments on the InxGal_xN alloy. We also observed that the gap fluctuations in the InxGal-xN alloy allow the definition of a minimum gap and an average gap with different bowing parameters. Biaxial strain drastically reduces the gap fluctuations, resulting in a reduction of the bowing. The different gaps and the strain influence investigated provide an explanation for the discrepancies found in the experimental values of the bowing parameter.

Orientador: Roseana da Exaltação Trevisan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T20:28:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_IvanGoncalves_M.pdf: 1727519 bytes, checksum: 4ae95467cd56b424526ca03c4f577c25 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Visando solucionar o problema da ocorrência de poros em um cordão de solda de um eixo automotivo, o presente trabalho apresenta um estudo da influência de diferentes fatores na ocorrência de porosidade em juntas de aço soldadas pelo processo MIG/MAG robotizado. Basicamente, foi estudada a influência de três fatores na ocorrência dos poros. São eles, a presença de uma camada rica em nitretos na extremidade de um dos tubos que compõe a junta, a limpeza das superfícies a serem soldadas e a vazão do gás de proteção. Após a soldagem dos corpos de prova foram retiradas de cada um deles, três amostras da seção transversal do cordão de solda. A porosidade foi quantificada pela técnica de análise metalográfica por microscopia ótica. Os resultados de porosidade foram apresentados de duas maneiras, uma sem qualquer tipo de restrição quanto aos poros encontrados, e outra em que houve distinção quanto à localização dos poros na seção transversal do cordão de solda. Quando a porosidade foi quantificada de maneira geral, sem qualquer tipo de distinção quanto à localização dos poros, dois fatores influenciaram a ocorrência de poros na junta soldada. São eles, a presença da camada rica em nitretos e a vazão do gás de proteção. No outro caso, levando em consideração a localização dos poros na seção transversal do cordão de solda, foi constatado que para o caso dos poros localizados na raiz da junta, a presença da camada rica em nitretos gerada pelo processo de corte a plasma na extremidade do tubo correspondente ao metal-base 1 afetou significativamente a porosidade resultante no cordão de solda. Além dos ensaios experimentais, ensaios práticos foram realizados no próprio chão de fabrica de produção dos eixos. A realização de ensaios práticos visou avaliar a solução proposta para eliminação da ocorrência de porosidade no cordão de solda dos eixos. Os resultados destes ensaios comprovaram que a substituição do gás utilizado para o corte a plasma na extremidade do tubo correspondente ao metal-base 1, de ar comprimido por oxigênio puro, inibiu a formação dos poros / Abstract: In order to solve the occurrence of pores in weld beads of an automotive axle, the present work studies the influence of three different factors on the occurrence of porosity in joints welded by robotized GMAW process. The factors analyzed were: the presence of a region enriched by nitrides on the surface of the tube related to the base metal 1, the surface cleanliness of the joint components, and the shielding gas flow. Three samples of the weld bead transversal section were retired in each specimen. The porosity was quantified by metalographic analysis technique using an optical microscope. The results were presented by two different ways. In one of this ways, pores were quantified without any kind of distinction. In the other way, pores were grouped in accordance of their location in the weld bead transversal section. The pores quantified without any kind of distinction were affected by the ¿presence of the coat¿ and by the shielding gas flow. The pores located near the joint root were affected only by the ¿presence of the coat¿. In addition to the experimental specimens, practical experiments were made in the axles line production. These practical experiments were developed to evaluate a proposed solution to prevent the occurrence of the pores on the weld bead of the axles. The results of these practical experiments proved that changing the compressed air used in the plasma cut of the extremities of the tube related to the base metal 1 by pure oxygen gas inhibited the pores formation / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Ta-Al-N thin films were prepared using reactive magnetron sputtering, in order to verify the influence of the aluminum content on the crystalline structure, hardness and oxidation resistance. The samples were characterized by Grazing Incidence X-ray Diffraction (GIXRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), nanohardness analysis and oxidation tests at 500°C, 600°C and 700°C. First, it was necessary to define deposition parameters of stoichiometric TaN with face centered cubic structure. From this, TaAlN thin films were prepared and present at concentration of 2, 5, 7, 14, 24 and 41 at.%. The crystal phase for the TaAlN films was only present with addition up to 5 at.%, increasing the Al concentration the coatings will tend to be amorphous. From the SEM analysis was possible to observe the surface of the film after oxidation, all thin films showed irregularities, however the amount of such failures was lower in samples with low aluminum content. Moreover, the addition of aluminum does not result in significant gains for oxidation resistance. The highest hardness value obtained was 29 GPa for the sample containing 14 at.%. / Filmes finos de Ta-Al-N foram depositados por magnetron sputtering reativo, com o intuito de verificar a influência da variação do teor de alumínio na estrutura cristalina, na dureza e na resistência à oxidação desse revestimento. As amostras foram caracterizadas por Difração de Raios X em ângulo rasante (GAXRD), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Espectroscopia por Retroespalhamento Rutherford (RBS), análises de nanodureza e testes de oxidação a temperaturas de 500°C, 600°C e 700°C. Primeiro foi necessário definir os parâmetros de deposição de filmes finos de TaN estequiométrico e com estrutura cubica de face centrada. A partir disso, filmes finos de TaAlN foram depositados e apresentaram concentração de 2, 5, 7, 14, 24 e 41 at.% de Al. A fase cristalina obtida para os filmes de TaAlN se apresentou constate com a adição de até 5 at.% de Al, com o aumento da concentração de Al o filme passa a ter uma tendência a ser amorfo. A partir das análises de MEV foi possível observar a superfície dos filmes após a oxidação, todos os filmes apresentaram irregularidades na superfície, entretanto a quantidade dessas falhas foi menor nas amostras com menores concentrações de alumínio. Além disso, a adição de alumínio não trouxe ganhos significativos para a resistência à oxidação desse revestimento. O maior valor de dureza obtido foi de 29 GPa para as amostras contendo 14 at.%.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:15:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FabioFM.pdf: 1459636 bytes, checksum: 4f2bb557c6a5bddb80e46f325bd5b4dd (MD5) Previous issue date: 2004-12-03 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work we study the spectrum (bulk and surface modes) of exciton-polaritons in infinite and semi-infinite binary superlattices (such as, ???ABABA???), where the semiconductor medium (A), whose dielectric function depends on the frequency and the wavevector, alternating with a standard dielectric medium B. Here the medium A will be modeled by a nitride III-V semiconductor whose main characteristic is a wide-direct energy gap Eg. In particular, we consider the numerical values of gallium nitride (GaN) with a crystal structure wurtzite type. The transfer-matrix formalism is used to find the exciton-polariton dispersion relation. The results are obtained for both s (TE mode: transverse electric) and p (TM mode: transverse magnetic) polarizations, using three diferent kind of additional boundary conditions (ABC1, 2 e 3) besides the standard Maxwell's boundary conditions. Moreover, we investigate the behavior of the exciton-polariton modes for diferent ratios of the thickness of the two alternating materials forming the superlattice. The spectrums shows a confinement of the exciton-polariton modes due to the geometry of the superlattice. The method of Attenuated Total Reflection (ATR) and Raman scattering are the most adequate for probing this excitations / Neste trabalho estudamos o espectro (modos de volume e de superf?cie) dos polaritons de exciton em uma super-rede bin?ria infinita e semi-infinita (tal como, ???ABABA???), onde um meio semicondutor (A), cuja fun??o diel?trica depende da frequ?ncia e do vetor de onda, alterna-se com um diel?trico comum (B). Aqui, o meio A ser? modelado por um semicondutor da fam?lia dos nitretos (semicondutor III-V) que tem como caracter?stica principal um gap de energia (Eg) direto e largo. Em particular, consideramos os valores num?ricos para o nitreto de g?lio (GaN) com uma estrutura cristalina tipo wurtzite. A t?cnica da matriz de transfer?ncia ? utilizada para encontrarmos a rela??o de dispers?o do polariton de exciton. Os resultados s?o obtidos para os modos de polariza??o s (ou modo TE: transversal el?trico) e p (ou modo TM: transversal magn?tico), usando tr?s diferentes condi??es de contorno adicionais (ABC1, 2 e 3), mais as condi??es de contorno padr?es de Maxwell. Al?m disso, investigamos o comportamento dos modos do polariton de exciton para diferentes raz?es entre as espessuras das camadas dos dois materiais que comp?em a super-rede Os espectros encontrados evidenciam um comportamento de confinamento dos polaritons de exciton devido ?s geometrias empregadas. As t?cnicas experimentais ATR ("Attenuated Total Reflection") e o espalhamento Raman s?o as mais adequadas para a caracteriza??o dessas excita??es