Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdsonJCS_DISSERT.pdf: 1649413 bytes, checksum: 32339cc7487693336b6710eaa3e1c93c (MD5) Previous issue date: 2013-07-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Many applications require that the plasma discharge is produced apart from the surface to be processed, thus preventing damage caused by bombardment and/or plasma radiation. In the post-discharge regime in various applications thermally sensitive materials can be used. In this work, active species produced by discharge and post-discharge hollow cathode were diagnosed by optical emission spectroscopy and mass spectrometry. The discharge was produced with the gases Ar and Ar - N2 gas flow ranging from 1 to 6 cm3/min and electric current between 150 to 600 mA. It was estimated that the ion density inside the hollow cathode, with 2 mm diameter ranged between 7.71 and 14.1 x 1015 cm-3. It was observed that the gas flow and the electric current changes the emission intensity of Ar and N2 species. The major ionic species detected by quadrupole mass spectrometry were Ar+ and N2+. The ratio of optical emission intensities of N2(1 +)/Ar(811 nm) was related to the partial pressure of N2 after the hollow cathode discharge at low pressure / Muitas aplica??es de plasma exigem que a descarga seja produzida distante da superf?cie a ser processada, evitando assim danos causados pelo bombardeamento e/ou radia??o do plasma. Nesse regime de p?s-descarga v?rias aplica??es em materiais termicamente sens?veis podem ser utilizadas. Neste trabalho esp?cies ativas produzidas por descarga e p?s-descarga de catodo oco foram diagnosticadas por espectroscopia de emiss?o ?ptica e espectrometria de massa. A descarga foi produzida com os gases Ar e mistura Ar - N2 com fluxo de g?s variando de 1 a 6 cm3/min e corrente el?trica entre 150 a 600 mA. Estimou-se que a densidade de ?ons no interior do c?todo oco, com 2 mm de di?metro, variou entre 7,71 e 14,1 x 1015 cm-3. Observou-se que o fluxo de g?s e a corrente el?trica alteram a intensidade de emiss?o das esp?cies de Ar e N2. As principais esp?cies i?nicas detectadas por espectrometria de massa quadrupolar foram de Ar+ e N2+. A raz?o das intensidades de emiss?o ?tica de N2 (1 +)/Ar(811 nm) foi relacionada com a press?o parcial de N2 na p?s-descarga de c?todo oco em baixa press?o

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:15:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoOA.pdf: 1713095 bytes, checksum: 1ee138883bf7b4da570838f6654b21b0 (MD5) Previous issue date: 2006-12-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In the present work we use a plasma jet system with a hollow cathode to deposit thin TiO2 films on silicon substrates as alternative at sol-gel, PECVD, dip-coating e magnetron sputtering techniques. The cylindrical cathode, made from pure titanium, can be negatively polarized between 0 e 1200 V and supports an electrical current of up to 1 A. An Ar/O2 mixture, with a total flux of 20 sccm and an O2 percentage ranging between 0 and 30%, is passed through a cylindrical hole machined in the cathode. The plasma parameters and your influence on the properties of deposited TiO2 films and their deposition rate was studied. When discharge occurs, titanium atoms are sputtered/evaporated. They are transported by the jet and deposited on the Si substrates located on the substrate holder facing the plasma jet system at a distance ranging between10 and 50 mm from the cathode. The working pressure was 10-3 mbar and the deposition time was 10 -60 min. Deposited films were characterized by scanning electron microscopy and atomic force microscopy to check the film uniformity and morphology and by X-ray diffraction to analyze qualitatively the phases present. Also it is presented the new dispositive denominate ionizing cage, derived from the active screen plasma nitriding (ASPN), but based in hollow cathode effect, recently developed. In this process, the sample was involved in a cage, in which the cathodic potential was applied. The samples were placed on an insulator substrate holder, remaining in a floating potential, and then it was treated in reactive plasma in hollow cathode regime. Moreover, the edge effect was completely eliminated, since the plasma was formed on the cage and not directly onto the samples and uniformity layer was getting in all sampl / Filmes finos de TiO2 foram depositados sobre substrato de sil?cio usando descarga em c?todo oco. A presente t?cnica foi usada como alternativa a outras t?cnicas como solgel, PECVD, dip-coating e magnetron sputtering. O sistema desenvolvido apresenta uma configura??o de c?todo oco cil?ndrico polarizado com tens?o DC variando entre 0 e 1200V e corrente de at? 1 A. Um jato de plasma de Ar + O2, extrai ?tomos do mesmo, que s?o em seguida depositados sobre um substrato frontalmente posicionado. As amostras s?o posicionadas a dist?ncias do c?todo variando entre 10 e 50 mm. Foram investigadas os par?metros do plasma e sua influ?ncia sobre as propriedades dos filmes depositados. Os par?metros de trabalho para deposi??o de TiO2 foram 20sccm de fluxo da mistura Ar/O2 com percentuais de oxig?nio variando entre 0 -30%, press?o de trabalho 10-3 mbar e tempos de deposi??o de 10 -60 minutos. As amostras foram caracterizadas por microscopia eletr?nica de varredura e microscopia de for?a at?mica para verificar sua uniformidade e morfologia e por difra??o de raios-x para an?lise qualitativa das fases presentes nos filmes. Neste trabalho tamb?m ? apresentado um novo dispositivo, denominado gaiola ionizante, derivada da nitreta??o a plasma em tela ativa (ASPN), mas baseado no efeito de c?todo oco, recentemente desenvolvido. Neste processo as amostras s?o envolvidas por uma gaiola, na qual ? aplicada a diferen?a de potencial, permanecendo em potencial flutuante, sendo tratadas numa regi?o livre da influ?ncia do campo el?trico por um plasma reativo, operando em regime de c?todo oco. Dessa forma foram obtidas camadas uniformes em todas as amostras e eliminados defeitos como o efeito de borda

O dimensionamento das câmaras dissipadoras para válvulas dispersoras demanda um estudo sobre a interação da operação destes elementos, não somente para um ponto de operação, mas também para a faixa operativa do conjunto, que compreende a faixa de operação da válvula e da câmara de dissipação. Os limites sobre responsabilidade assumem um cenário onde as dimensões da câmara podem não ser adequadas à operação da válvula, e vice-versa. Isto porque durante o processo de dissipação de energia, ocorrem grandes turbulências que podem gerar erosão na estrutura dissipadora. A interação entre a operação das válvulas dispersoras e as dimensões da câmara dissipadora é complexa porque o dimensionamento de um elemento está associado ao outro. Assim, as dimensões necessárias para dissipação de energia na câmara dependem de dados da válvula, resultando em uma interdependência de dados para a dissipação de energia adequada. O dimensionamento do conjunto deve levar em consideração a interdependência de operação dos elementos, caso contrário o funcionamento do sistema poderá ser inadequado devido às turbulências e altas velocidades, que podem gerar cavitação e erosão das estruturas dissipadoras. Os danos na estrutura dissipadora podem causar paradas de geração de energia das usinas hidrelétricas e acidentes nas regiões localizadas a jusante desta estrutura. O dimensionamento adequado do conjunto válvula e câmara dissipadora e o conhecimento de sua faixa operativa admissível pode ser feito com auxílio de simulações numéricas e ensaios em modelo reduzido de forma a prever o comportamento adequado do protótipo. Desta forma, as simulações numéricas em CFD possibilitam maior seletividade dos casos que serão ensaiados em modelo reduzido, proporcionando maior assertividade nestes ensaios. / The sizing of valves and chambers for dissipating purpose demands a study about the interaction between these elements, not only from an operation point of view but also the whole operating range of the set, which comprehends the operating range of the valve and the dissipating chamber. The limits of liability assume a scenario where the dimensions of the chamber may be not suitable for operation of the valve, and vice-versa. This is because during dissipating energy process, major turbulences occur which may cause erosion in the dissipating structure. The interaction between the dissipating valve and the dissipating chamber dimensions is complex because the sizing of an element is associated to other. Thus, the required dimensions to dissipate energy on the chamber rely on valve data, resulting in data interdependency required for adequate energy dissipation. The set sizing must consider the operation interdependency of both elements otherwise the system operation may be inadequate due to turbulence high flow velocities, which may cause cavitation and erosion of the dissipating structures. Damages on the dissipating structure may cause energy generation interruption of hydroelectric power plants and accidents on the regions located downstream this structure. The adequate sizing of the set valve and dissipating chamber as well as the information regarding its operating range can be done with the aid of numerical simulations and physical model tests in order to predict the behavior of the prototype. Therefore, numerical simulations in CFD allow more selectivity of the cases which will be tested in a physical model, proportioning higher assertiveness on those tests.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:06:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdalmyOA.pdf: 3019202 bytes, checksum: 652b61310237ca737b3decb6945b78be (MD5) Previous issue date: 2008-06-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The system built to characterize electrodes and, consequently, deposited fine films are constituted by a hollow cathode that works to discharges and low pressures (approximately 10-3 to 5 mbar), a source DC (0 to 1200 V), a cylindrical camera of closed borossilicato for flanges of stainless steel with an association of vacuum bombs mechanical and spread. In the upper flange it is connected the system of hollow cathode, which possesses an entrance of gas and two entrances for its refrigeration, the same is electrically isolated of the rest of the equipment and it is polarized negatively. In front of the system of hollow cathode there is a movable sample in stainless steel with possibility of moving in the horizontal and vertical. In the vertical, the sample can vary its distance between 0 and 70 mm and, in the horizontal, can leave completely from the front of the hollow cathode. The sample and also the cathode hollow are equipped with cromel-alumel termopares with simultaneous reading of the temperatures during the time of treatment. In this work copper electrodes, bronze, titanium, iron, stainless steel, powder of titanium, powder of titanium and sil?cio, glass and ceramic were used. The electrodes were investigated relating their geometry change and behavior of the plasma of the cavity of hollow cathode and channel of the gas. As the cavity of hollow cathode, the analyzed aspects were the diameter and depth. With the channel of the gas, we verified the diameter. In the two situations, we investigated parameters as flow of the gas, pressure, current and applied tension in the electrode, temperature, loss of mass of the electrode with relationship at the time of use. The flow of gas investigated in the electrodes it was fastened in a work strip from 15 to 6 sccm, the constant pressure of work was among 2.7 to 8 x 10-2 mbar. The applied current was among a strip of work from 0,8 to 0,4 A, and their respective tensions were in a strip from 400 to 220 V. Fixing the value of the current, it was possible to lift the curve of the behavior of the tension with the time of use. That curves esteem in that time of use of the electrode to its efficiency is maximum. The temperatures of the electrodes were in the dependence of that curves showing a maximum temperature when the tension was maximum, yet the measured temperatures in the samples showed to be sensitive the variation of the temperature in the electrodes. An accompaniment of the loss of mass of the electrode relating to its time of use showed that the electrodes that appeared the spherical cavities lost more mass in comparison with the electrodes in that didn't appear. That phenomenon is only seen for pressures of 10-2 mbar, in these conditions a plasma column is formed inside of the channel of the gas and in certain points it is concentrated in form of spheres. Those spherical cavities develop inside of the channel of the gas spreading during the whole extension of the channel of the gas. The used electrodes were cut after they could not be more used, however among those electrodes, films that were deposited in alternate times and the electrodes that were used to deposit films in same times, those films were deposited in the glass substrata, alumina, stainless steel 420, stainless steel 316, sil?cio and steel M2. As the eletros used to deposit films in alternate time as the ones that they were used to deposit in same times, the behavior of the thickness of the film obeyed the curve of the tension with relationship the time of use of the electrode, that is, when the tension was maximum, the thickness of the film was also maximum and when the tension was minimum, the thickness was minimum and in the case where the value of the tension was constant, the thickness of the film tends to be constant. The fine films that were produced they had applications with nano stick, bio-compatibility, cellular growth, inhibition of bacterias, cut tool, metallic leagues, brasagem, pineapple fiber and ornamental. In those films it was investigated the thickness, the adherence and the uniformity characterized by sweeping electronic microscopy. Another technique developed to assist the production and characterization of the films produced in that work was the caloteste. It uses a sphere and abrasive to mark the sample with a cap impression, with that cap form it is possible to calculate the thickness of the film. Through the time of life of the cathode, it was possible to evaluate the rate of waste of its material for the different work conditions. Values of waste rate up to 3,2 x 10-6 g/s were verified. For a distance of the substratum of 11 mm, the deposited film was limited to a circular area of 22 mm diameter mm for high pressures and a circular area of 75 mm for pressure strip. The obtained films presented thickness around 2,1 ?m, showing that the discharge of arch of hollow cathode in argon obeys a curve characteristic of the tension with the time of life of the eletrodo. The deposition rate obtained in this system it is of approximately 0,18 ?m/min / O sistema constru?do para caracterizar eletrodos e, conseq?entemente, filmes finos depositados ? constitu?do por um c?todo oco que trabalha a altas e baixas press?es (aproximadamente 10-3 a 5 mbar), uma fonte DC (0 a 1200 V), uma c?mara cil?ndrica de borossilicato fechada por flanges de a?o inox com uma associa??o de bombas de v?cuo mec?nica e difusora. No flange superior est? conectado o sistema de c?todo oco, o qual possui uma entrada de g?s e duas entradas para a sua refrigera??o, o mesmo est? eletricamente isolado do resto do equipamento e ? polarizado negativamente. Em frente ao sistema de c?todo oco encontra-se um porta amostra em a?o inox m?vel com possibilidade de se mover na horizontal e vertical. Na vertical, o porta amostra pode variar a sua dist?ncia entre 0 e 70 mm e, na horizontal, pode sair completamente da frente do c?todo oco. Tanto o porta amostra como o c?todo oco s?o equipados com termopares de cromel-alumel com leitura simult?nea das temperaturas durante o tempo de tratamento. Neste trabalho foram utilizados eletrodos de cobre, bronze, tit?nio, ferro, a?o inox, p? de tit?nio, p? de tit?nio e sil?cio, vidro e cer?mica. Os eletrodos foram investigados com rela??o a sua mudan?a de geometria e comportamento do plasma dentro da cavidade de c?todo oco e canal do g?s. Quanto a cavidade de c?todo oco, os aspectos analisados foram o di?metro e sua profundidade. Com o canal do g?s, verificamos o di?metro. Nas duas situa??es, investigamos par?metros como fluxo do g?s, press?o, corrente e tens?o aplicada no eletrodo, temperatura, perda de massa do eletrodo com rela??o ao tempo de uso. O fluxo de g?s investigado nos eletrodos foi fixado em uma faixa de trabalho de 15 a 6 sccm, a press?o constante de trabalho ficou entre 2.7 a 8 x 10-2 mbar. A corrente aplicada foi entre uma faixa de trabalho de 0,8 a 0,4 A, e as suas respectivas tens?es ficaram em uma faixa de 400 a 220 V. Fixando o valor da corrente, foi poss?vel levantar a curva do comportamento da tens?o com o tempo de uso. Essa curva estima em que tempo de uso do eletrodo a sua efici?ncia ? m?xima. As temperaturas dos eletrodos ficaram na depend?ncia dessa curva mostrando uma temperatura m?xima quando a tens?o era m?xima, j? as temperaturas medidas nas amostras mostraram ser sens?veis a varia??o da temperatura no eletrodo. Um acompanhamento da perda de massa do eletrodo com rela??o ao seu tempo de uso mostrou que os eletrodos que apareceram as cavidades esf?ricas perderam mais massa em compara??o aos eletrodos em que essas n?o apareceram. Esse fen?meno s? ? visto para press?es de 10-2 mbar, nestas condi??es uma coluna de plasma se forma dentro do canal do g?s e em determinados pontos fica concentrado em forma de esferas. Essas cavidades esf?ricas evoluem dentro do canal do g?s se propagando durante toda a extens?o do canal do g?s. Os eletros utilizados foram cortados depois que n?o puderam ser mais usados, no entanto entre esses eletrodos filmes que foram depositados em tempos alternados e os eletrodos que foram utilizados para depositar filmes em tempos iguais, esses filmes foram depositados nos substratos de vidro, alumina, a?o inox 420, a?o inox 316, sil?cio e a?o M2. Tanto os eletros usados para depositar filmes em tempo alternado como os que foram usados para depositar em tempos iguais, o comportamento da espessura do filme obedeceu a curva da tens?o com rela??o ao tempo de uso do eletrodo, isto ?, quando a tens?o era m?xima, a espessura do filme tamb?m foi m?xima e quando a tens?o era m?nima, a espessura foi m?nima e no caso onde o valor da tens?o foi constante, a espessura do filme tende a ficar constante. Os filmes finos que foram produzidos tiveram aplica??es com nano bast?o, bio-compatibilidade, crescimento celular, inibi??o de bact?rias, ferramenta de corte, ligas met?licas, brasagem, fibra de abacaxi e decorativos. Nesses filmes foi investigada a espessura, a ader?ncia e a uniformidade caracterizadas por microscopia eletr?nica de varredura. Outra t?cnica desenvolvida para atender a produ??o e caracteriza??o dos filmes produzidos nesse trabalho foi o caloteste. Ele se utiliza de uma esfera e abrasivo para marcar a amostra com uma impress?o de calota, com essa forma de calota ? poss?vel calcular a espessura do filme. Atrav?s do tempo de vida do c?todo, foi poss?vel avaliar a taxa de desgaste do seu material para as diferentes condi??es de trabalho. Valores de taxa de desgaste at? 3,2 x 10-6 g/s foram verificados. Para uma dist?ncia do substrato de 11 mm, o filme depositado ficou limitado a uma ?rea circular de 22 mm de di?metro para press?es altas e uma ?rea circular de 75 mm para faixa de press?o. Os filmes obtidos apresentaram espessura em torno de 2,1 ?m, mostrando que a descarga de arco de c?todo oco em arg?nio obedece a uma curva caracter?stica da tens?o com o tempo de vida do eletrodo. A taxa de deposi??o obtida neste sistema ? de aproximadamente 0,18 ?m/min

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KarilanyDC_TESE.pdf: 5082673 bytes, checksum: 4427463c2d2c4ca61196bdca31ba604e (MD5) Previous issue date: 2014-06-10 / In recent years there has been a significant growth in technologies that modify implant surfaces, reducing healing time and allowing their successful use in areas with low bone density. One of the most widely used techniques is plasma nitration, applied with excellent results in titanium and its alloys, with greater frequency in the manufacture of hip, ankle and shoulder implants. However, its use in dental implants is very limited due to high process temperatures (between 700 C o and 800 C o ), resulting in distortions in these geometrically complex and highly precise components. The aim of the present study is to assess osseointegration and mechanical strength of grade II nitrided titanium samples, through configuration of hollow cathode discharge. Moreover, new formulations are proposed to determine the optimum structural topology of the dental implant under study, in order to perfect its shape, make it efficient, competitive and with high definition. In the nitriding process, the samples were treated at a temperature of 450 C o and pressure of 150 Pa , during 1 hour of treatment. This condition was selected because it obtains the best wettability results in previous studies, where different pressure, temperature and time conditions were systematized. The samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope, roughness, microhardness and wettability. Biomechanical fatigue tests were then conducted. Finally, a formulation using the three dimensional structural topology optimization method was proposed, in conjunction with an hadaptive refinement process. The results showed that plasma nitriding, using the hollow cathode discharge technique, caused changes in the surface texture of test specimens, increases surface roughness, wettability and microhardness when compared to the untreated sample. In the biomechanical fatigue test, the treated implant showed no flaws, after five million cycles, at a maximum fatigue load of 84.46 N. The results of the topological optimization process showed well-defined optimized layouts of the dental implant, with a clear distribution of material and a defined edge / Nos ?ltimos anos tem-se observado um grande crescimento em tecnologias para modifica??o de superf?cies de implantes que reduzam o tempo de espera da cicatriza??o, assim como possibilite seu uso com sucesso em ?reas de baixa densidade ?ssea. Dentre as diferentes t?cnicas, a nitreta??o por plasma desponta como forte candidata, uma vez que a mesma j? est? sendo empregada com excelentes resultados no tit?nio e suas ligas, aplicados com maior frequ?ncia na confec??o de implantes de quadril, ombro e tornozelo. Entretanto, seu uso em implantes dent?rios ? bastante limitado devido ?s altas temperaturas do processo (entre 700 C o e 800 C o ) resultando em distor??es nessas pe?as que possuem geometria complexa e alto grau de precis?o. O objetivo deste trabalho ? avaliar a osseointegra??o e resist?ncia mec?nica de amostras de tit?nio grau II nitretadas, atrav?s da configura??o de descarga em c?todo oco. Al?m disto, propor formula??es para determina??o da topologia ?tima estrutural do implante dent?rio em estudo, com o intuito de aperfei?oar sua forma, que seja eficiente, competitiva e com alta defini??o. No processo de nitreta??o, as amostras foram tratadas em temperatura a de 450 oC e press?o de 150 Pa , durante 1 hora de tratamento. Esta condi??o foi escolhida por apresentar os melhores resultados de molhabilidade em trabalhos anteriores, onde sistematizou-se diferentes condi??es de press?o, temperatura e tempo. As amostras tratadas foram caracterizadas por Difra??o de Raios-X, Microscopia Eletr?nica de Varredura, Rugosidade, Microdureza e Molhabilidade. Posteriormente, foram realizados ensaios biomec?nicos de fadiga. Finalizando com uma proposta de formula??o atrav?s do m?todo de otimiza??o topol?gica tridimensional, combinado a um processo de refino h-adaptativo. Os resultados mostraram que a nitreta??o a plasma, utilizando a t?cnica de descarga em c?todo oco, produziu mudan?as na textura superficial dos corpos de prova, aumento da rugosidade superficial, da molhabilidade e da microdureza quando comparado a amostra sem tratamento. No ensaio biomec?nico de fadiga, o implante tratado n?o apresentou sinal de falha, ap?s cinco milh?es de ciclos, a uma carga m?xima de fadiga de 84, 46 N . Os resultados do processo de otimiza??o topol?gica apresentaram leiautes otimizados bem definidos do implante dent?rio, com uma n?tida distribui??o de material e defini??o do contorno.