Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increasing CO2 concentration in the atmosphere after Industrial Revolution mainly due to the increasing consumption of fossil fuels is considered the major role in global warming and greenhouse effect. Thereafter, alternatives have been sought to decrease this gas emission. CO2 capture is an appropriate option to achieve that reduction. It consists of separation of CO2 from flue gas and storage in a safe place. An economical way to separate it is through cycles of carbonation - calcination reactions, based on the carbonation reaction of CaO to capture CO2 and the subsequent calcination of CaCO3 to regenerate the sorbent. However, it has been found that the conversion of CaO to CaCO3 in the carbonation step decreases with increasing cycles because of the sintering phenomena. Hence, it is reasonable include a step of hydration of calcium oxide to keep the reactivity along many cycles. In this work, it was aimed to evaluate the use of a high limestone content waste from Vale Fertilizantes produced in apatite process to produce lime and capture CO2 over five calcination/hydration/carbonation reaction cycles. Firstly, it was studied the characteristics of the waste and it was determined its mean diameter, crystalline phases, specific surface area and the temperature which it starts calcining. Then, it was set a Central Composite Planning with the variables calcination temperature and time and it was used a thermogravimetric analysis to monitor the capture capacity of CO2 and the ASTM-C-110-76 to evaluate lime reactivity. The results indicate that, to all cycles, as calcination time and temperature increase the reactivity also increases until reach the best region, and then begins to decrease due to sintering. Furthermore, for the first cycle, those samples conducted at higher calcination temperatures showed better ability to capture, but over the cycles the ability to capture for all conditions tends to the same value. Therefore, it appears that temperature and time calcination do influence on CO2 uptake in initial cycles, but a large number of cycles, the effect becomes insignificant. Furthermore, the reactivity and the capture capacity showed similar behavior and were strongly influenced by the calcination temperature and time at the first cycle and become more independent of these conditions as cycle number increases. The maximum capacity declines over the cycles and drops from about 0,42 at the first cycle to about 0,23 at the fifth cycle and it is due to sintering phenomena which becomes more noticeable. / O aumento da concentração de CO2 na atmosfera após a Revolução Industrial, devido principalmente à queima de combustíveis fósseis, é apontado como um possível responsável pela intensificação do efeito estufa e consequente aumento da temperatura da Terra. Diante disto, tem-se buscado alternativas para diminuir as emissões deste gás. A captura de CO2 é uma técnica satisfatória para alcançar esta diminuição e consiste em separar o CO2 do gás efluente e armazená-lo em local seguro. Uma forma econômica de separá-lo é através de ciclos de reações calcinação-carbonatação, porém com o passar dos ciclos o óxido de cálcio produzido torna-se menos reativo devido à sinterização. Desta forma, é interessante incluir uma etapa intermediária de hidratação do óxido a fim de evitar o fechamento dos poros e manter a capacidade de captura ao longo de um número maior de ciclos. Diante disso, este trabalho visou aproveitar um resíduo em pó rico em calcário, produzido no processamento da apatita da Vale Fertilizantes, para produção de cal e captura de CO2 ao longo de cinco ciclos de reações calcinação-hidratação-carbonatação. Inicialmente, caracterizou-se o resíduo determinando o diâmetro médio de Sauter, as fases cristalinas, a área superficial específica e a faixa de temperatura em que ocorre a decomposição. Posteriormente, elaborou-se um Planejamento Composto Central com as variáveis temperatura e tempo de calcinação e foram utilizadas a análise termogravimétrica para monitorar a capacidade de captura de CO2 e a Norma ASTM-C-110-76 para avaliar a reatividade da cal. Os resultados indicam que, para todos os ciclos, conforme o tempo e a temperatura aumentam, a reatividade também aumenta até atingir um valor máximo e então começa a diminuir, devido à sinterização. Observou-se ainda que para o primeiro ciclo de reações, os experimentos conduzidos a temperaturas mais altas de calcinação proporcionaram maior reatividade e capacidade de captura. Porém, ao longo dos ciclos a diferença entre os resultados alcançados pelas amostras submetidas a diferentes condições de calcinação se torna cada vez menor, e as reatividades e capacidades de captura das amostras tendem para um mesmo valor, independente da temperatura e do tempo de calcinação. Desta forma, a reatividade e a capacidade de captura apresentaram comportamento análogos, sendo fortemente influenciadas pela temperatura e tempo de residência da calcinação no primeiro ciclo e se tornando cada vez mais independentes dessas condições. Observa-se ainda que a máxima capacidade de captura de CO2 diminui com o passar dos ciclos, passando de cerca de 0,42 no primeiro ciclo para cerca de 0,23 no quinto, indicando que a sinterização se torna mais acentuada. / Mestre em Engenharia Química

Com a crescente ideia de sustentabilidade, surge a necessidade de utilização de recursos renováveis e reaproveitamento de resíduos gerados em processos industriais. Neste trabalho foi avaliada a utilização da cinza pesada oriunda da queima do carvão em usinas termoelétricas no desenvolvimento de um Cermet. O compósito Cinza-Ferro (Cz-10Fe) foi obtido por metalurgia do pó e é composto de cinza pesada moída com adição de 10% em massa de pó de ferro puro. A adição do ferro é justificada para melhoria das propriedades mecânicas do material cerâmico. O compósito foi aplicado como meio suporte para biofilme em filtro biológico percolador, no pós-tratamento de efluentes domésticos. Foram realizados estudos com os principais componentes da cinza, tais como a sílica (SiO2), em forma de pó de quartzo, e a alumina (Al2O3) na versão comercial para avaliação da interação dos mesmos com o ferro e avaliação de suas propriedades mecânicas sob influência da variação da temperatura de sinterização A cinza pesada, obtida na Usina Tractebel de Charqueadas, foi moída durante 2, 4 e 8 horas para determinação do tamanho de partícula ideal para o compósito. Após caracterização, foi selecionada cinza moída por 2 horas para a produção dos compósitos para aplicação. A aplicação se deu utilizando um protótipo no pós-tratamento de efluentes da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) da COMUSA visando a remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO). Obteve-se incremento na eficiência do processo, reduzindo a DQO do efluente final em média 9%, indicando a viabilidade de uso do protótipo no pós- tratamento de esgotos domésticos, com porosidade aproximada de 20%, obtidos na cinza moída por 2 horas e sinterizado com ferro, como meio suporte para biofilme em filtro biológico percolador. / With the crescent idea of sustainability, there is a necessity for the use of renewable resources and the reuse of waste generated in industrial processes. In this work the use of the coal bottom ash from thermoelectric plants was evaluated in the development of a Cermet. The composite Ash-Iron (Cz-10Fe) was obtained by powder metallurgy and is composed of ground heavy ash with addition of 10% by mass of pure iron powder. The addition of iron is justified to improve the mechanical properties of the ceramic material. The composite was applied as biofilm packing media in trickling filter in the post-treatment of domestic effluents. Studies with the main components of the ash, such as silica (SiO2), in the form of quartz powder, and alumina (Al2O3) in the commercial version were carried out to evaluate their interaction with iron and evaluation of their mechanical properties under influence of the sintering temperature variation The bottom ash obtained at Tractebel from Charqueadas was milling for 2, 4 and 8 hours to determine the ideal particle size for the composite. After characterization, milled ash for 2 hours was selected for the production of the composites for application. The application was done using a prototype in the post-treatment of effluents from the Wastewater Treatment Station (ETE) of COMUSA aiming at the removal of Chemical Oxygen Demand (COD). The efficiency of the process was obtained by reducing the COD of the final effluent by a mean of 9%, indicating the viability of the utilization the prototype in the post-treatment of domestic sewage, with approximate porosity of 20%, obtained in ground ash for 2 hours and sintered with iron powder, in biofilm packing media in trickling filter.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

O processamento em alta pressão é um método alternativo para a produção de materiais cerâmicos. Neste trabalho, pressões na ordem de 7,7 GPa e 2,5 GPa foram aplicadas em amostras, em diferentes temperaturas, que foram colocadas em uma célula de reação específica, gerando diferentes efeitos na formação de fases. A composição de fases foi analisada por difração de raios X e a evolução microestrutural, associada ao processamento em alta pressão, foi investigada por microscopia eletrônica por varredura em associação com a espectroscopia por dispersão de energia. Um analisador de resposta de frequência foi utilizado para obter as curvas ferroelétricas por espectroscopia de impedância eletroquímica. A utilização de alta pressão (2,5 GPa) possibilitou a obtenção de amostras de SrBi2Ta2O9 monofásicas com elevada densidade relativa, acima de 93%, após sinterização a uma temperatura de 900 °C. Essa temperatura é inferior às usualmente necessárias para obter alta densificação utilizando métodos convencionais de sinterização. Além disso, as amostras processadas em alta pressão apresentaram uma resposta dielétrica similar às amostras de SrBi2Ta2O9 sinterizadas por processos convencionais em temperaturas acima de 1000 ºC. / High-pressure processing is a very attractive approach for the production of ceramic materials. In this work, pressures about 7.7 GPa and 2.5 GPa were applied in SrBi2Ta2O9 samples at different temperatures placed in a specific reaction cell. X-ray diffraction was used to identify the different phases produced as a function of the processing conditions. The microstructural evolution, associated to the high-pressure processing, was investigated by scanning electron microscopy in association with energy dispersive spectroscopy. Frequency response analysis was used to obtain the ferroelectric curves by electrochemical impedance spectroscopy. A highly densified (> 93% of theoretical density) single-phase (SrBi2Ta2O9) sample was obtained after processing at 2.5 GPa and 900 ºC. This temperature is lower than those necessary to obtain high densification, when conventional sintering processes are employed. In addition, the samples produced by high pressure processing showed a dielectric response similar to SrBi2Ta2O9 samples sintered by conventional processes at temperatures above 1000 ºC.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-10T14:59:09Z No. of bitstreams: 2 Antonello, R. T._DISSERTAÇÃO.pdf: 11868567 bytes, checksum: 37f02ff74a4b9a3a993814861c25e4db (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T14:59:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Antonello, R. T._DISSERTAÇÃO.pdf: 11868567 bytes, checksum: 37f02ff74a4b9a3a993814861c25e4db (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / FACEPE / Aços rápidos obtidos por técnicas de metalurgia do pó (MP) apresentam propriedades melhoradas quando comparados aos aços rápidos obtidos pelo processo convencional. A inserção do nióbio (Nb) como elemento de liga nos aços rápidos iniciou-se com o objetivo de substituir elementos de liga como o vanádio (V) e o tungstênio (W). A sinterização com fase líquida é uma das técnicas de fabricação de aços rápidos obtidos pela metalurgia do pó. O objetivo deste trabalho é a obtenção dos aços rápidos AISI M2 e M3:2 com e sem a adição de carboneto de nióbio (NbC) por compactação uniaxial a frio e sinterização a vácuo com fase líquida. Os pós dos aços rápidos AISI M2 e M3:2 foram processados por moagem de alta energia (MAE) com e sem adição de carboneto de nióbio e compactado uniaxialmente a frio a 700 MPa e sinterizados nas temperaturas de 1240 °C, 1270 °C, para os aços sem a adição de NbC e 1250 °C, para os aços com a adição de 6% de NbC. Os pós dos aços rápidos AISI M2 e M3:2 com a adição de carboneto de nióbio (NbC) processados por uma técnica de moagem de alta energia (MAE) foram caracterizados por difração de raios-X e Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de baixa energia dispersiva de raios-X (EDS) para avaliar a incorporação do reforço do carboneto de nióbio (NbC) aos pós elementares dos aços rápidos. Amostras dos aços rápidos AISI M2 e M3:2 sinterizadas a vácuo com e sem a adição de carboneto de nióbio (NbC) tiveram suas densidades avaliadas e as microestruturas foram caracterizadas por microscopia óptica (MO) para avaliar as microestruturas (porosidades, tamanho e distribuição de carbonetos). Os aços rápidos AISI M2 e M3:2 objetos desse trabalho de pesquisa foram avaliados ainda no que concerne a propriedade mecânica de dureza através de ensaios de dureza Vickers (HV).

Recently the laser sintering process has attracted the attention of researchers due to advantages such as: possibility of using very high heating and cooling rates, possibility of sintering materials with high melting point, among others. It has been observed that each material responds differently to the incident laser radiation, i.e., the same power density can generate different temperatures and temperature gradients that depend of the physics characteristics of the material. The correlation between these properties and the laser sintering process has been scarcely discussed in the literature, thus become it an important study subject for laser sintering process optimization. In this doctoral study, the main objective was the study of the laser sintering kinetics of common oxides, making a comparative study between experimental results and simulations of Fourier´s Law for heat conduction in solids. Ceramic bodies of TiO2, ZnO, CaTiO3 and Y2O3 pure and doped were produced starting from powders synthesized by the polymeric precursors method. For the production and characterization of the samples were used the Differential Thermal Analysis, Thermogravimetry, X-Ray Diffraction, Dilatometry, Scanning Electron Microscopy, radioluminescence, X-ray Fluorescence Spectroscopy and Impedance Spectroscopy. The four studied compositions obtained presented single crystalline phase. The numeric solution of the heat flow equation for Gaussian e Linear profiles allowed the analyses of specific situations of the temperature in function of the thermal conductivity, spot size, sample thickness and optical absorption coefficient. Significant correlations between the experimental observations and simulated data were obtained, mainly in the analyzes of the thermal properties. The results presented in the present work strengthen the understanding of the laser sintering technique for oxide systems and allow a considerable advance for the study of new systems. / Recentemente o processo de sinterização a laser tem atraído a atenção de pesquisadores devido a vantagens como: possibilidade de utilização de altíssimas taxas de aquecimento e resfriamento, possibilidade de sinterização de materiais com alto ponto de fusão, entre outras. É observado que cada material responde de maneira diferente à radiação laser incidente, ou seja, uma mesma densidade de potência pode gerar diferentes temperaturas e gradientes de temperatura a depender das características físico-químicas do material. A correlação entre estas propriedades e o processo de sinterização a laser tem sido pouco abordada na literatura científica, tornando-se desta forma um importante objeto de estudo para otimização do processo de sinterização a laser. Este trabalho de doutoramento teve como objetivo principal o estudo da cinética de sinterização laser de óxidos comuns pelo estudo comparativo entre resultados experimentais e simulações da lei de Fourier para condução de calor em sólidos. Foram produzidos corpos cerâmicos de TiO2, ZnO:Bi, CaTiO3 e Y2O3 puros e dopados com íons divalentes partindo de pós sintetizados pelo método dos precursores poliméricos. Para a produção e caracterização das amostras foram utilizadas as técnicas de Análise Térmica Diferencial, Termogravimetria, Difração de raios X, Dilatometria, Microscopia Eletrônica de Varredura, Radioluminescência, Fluorescência de raios X e Espectroscopia de Impedância. As quatro composições estudadas apresentaram fase cristalina única. A resolução numérica da equação do fluxo de calor para perfis de feixe gaussiano e linear permitiu a análise de situações específicas de temperatura em função da condutividade térmica para diversos óxidos, largura do feixe, espessura da amostra e coeficiente de absorção óptica. Correlações importantes entre as observações experimentais e os dados simulados foram obtidos, principalmente na análise das propriedades térmicas. Os resultados apresentados no presente trabalho fortalecem o entendimento da técnica de sinterização a laser para sistemas óxidos e permitirá um avanço considerável para o estudo de novos sistemas.

This study aims a reasoned study on the physical, chemical, mineralogical and microstructural characterization of four clay raw materials of the state of Sergipe, three of them never previously studied and evaluates its potential for use in the production of ceramic tiles. We analyzed the influence of process variables granulometry, pressing, ceramic formulation, heating rate and maximum firing temperature for the densification of the material. For this, the clays were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric and differential thermal analysis, particle size distribution, dilatometry, Atterberg limits, water absorption, modulus of rupture in bending and linear firing shrinkage. Calcite concentrations were detected between 1.1 and 13.7%, depending on the origin of the raw material. This information is crucial for adjustments in the firing cycle and predicts the minimum energy for the sintering occurs. The microstructure was investigated by scanning electron microscopy and from the results it was possible to confirm the correlation between the liquid phase formation and porosity reduction in the ceramic bodies sintered at 1150 °C. The determined activation energy in final sintering stage showed that, as it decreases the calcium carbonate content combined with the increase of flux material content, the sintering occurs at lower temperatures, resulting in lower energy costs in the process of production. / O presente trabalho tem como objetivo um estudo fundamentado na caracterização física, químico-mineralógica e microestrutural de quatro matérias-primas argilosas do estado de Sergipe, sendo três nunca estudadas anteriormente, e avaliar suas potencialidades para aplicação na produção de revestimentos cerâmicos. Analisou-se a influência das variáveis de processo granulometria, prensagem, formulação da mistura cerâmica, taxa de aquecimento e temperatura máxima de queima sobre a densificação do material. Para isso, as argilas foram caracterizadas por difração de raios X, fluorescência de raios X, espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier, análises termogravimétrica e térmica diferencial, distribuição de tamanho de partículas, dilatometria, limites de Atterberg, absorção de água, módulo de ruptura à flexão e retração linear de queima. Foram detectadas concentrações de calcita entre 1,1 e 13,7%, a depender da origem da matéria-prima. Esta informação é determinante para ajustes no ciclo de queima e previsão da energia mínima para que a sinterização ocorra. A microestrutura foi investigada por microscopia eletrônica de varredura e através dos resultados foi possível confirmar a correlação entre a formação de fase líquida e a redução de porosidade nos corpos cerâmicos sinterizados a 1150 oC. As energias de ativação determinadas no estágio final de sinterização mostraram que, à medida que se diminui o teor de carbonato de cálcio combinado com o aumento do teor de materiais fundentes, a sinterização ocorre em temperaturas mais baixas, resultando em menores gastos energéticos no processo de produção.

Neste trabalho foram avaliados os efeitos da adição de polímeros precursores na sinterização, microestrutura, dureza e na tenacidade à natura de materiais cerâmicos à base de carbeto de silício e de AI2O3. As matérias-primas cerâmicas foram caracterizadas por análise semi-quantitativa por espectrometria de fluorescência de raios X, difração por laser, adsorção gasosa e microscopia eletrônica de varredura. Para os polímeros utilizou-se análise termogravimétrica. A cinética de sinterização das amostras compactadas foi estudada por dilatometria. A caracterização dos materiais sinterizados incluiu medidas de densidade aparente pelo princípio de Arquimedes e/ou por picnometria de He, porosimetria por intrusão de Hg, análises de difração de raios X, de carbono total, avaliação da microestrutura e por microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, análise por espectrometria de raios X por dispersão de energia, ensaios de impressão Vickers para determinação de dureza e tenacidade à fiatura. No estudo de cerâmica à base de carbeto de silício foram utilizados os aditivos óxidos AI2O3 (4% em peso) e Y2O3 (4% em peso) e os aditivos poliméricos PMHS (polimetilhidrogenossiloxano) e polimetilhidrogenossiloxano com D4Vi. O processamento envolveu a cura do material, pirólise e sinterização (1850 °C e 1950 °C/l h. Ar ou N2). Nas amostras à base de carbeto de silício houve elevada perda de massa, principalmente quando a atmosfera de sinterização foi argônio. As amostras à base de carbeto de silício, com adição de polímeros atingiram densidade de até 3,15 g/cm3 quando pirolisadas a 900 °C em N2 e sinterizadas a 1950 °C, em atmosfera de nitrogênio. Para as amostras à base de alumina foram utilizados os aditivos poliméricos PMHS, PMS (polimetilsilsesquioxano) e PPS (polifenihnetilvinilhidrogenosilsesquioxano) e as sinterizações foram realizadas a 1650 °C e 1700 °C, não havendo variações significativas nas densidades obtidas nas duas temperaturas. Nos materiais com adição de PMHS foram obtidos compósitos de alumina e mulita, sendo que os grãos de mulita foram formados intergranularmente. Nas amostras contendo PMS ou PPS a distribuição das feses formadas, Si2Al4O4N4 e Si2ON2, foi bastante heterogênea, A obtenção de compósitos cerâmicos utilizando pequenas adições de polímeros precursores cerâmicos mostrou-se viável para materiais à base de alumina, sendo uma rota simples de conformação, com grande potencial para a obtenção de peças com geometria complexa. / The effects of the addition of precursor polymers on sintering, microstructure, hardness and fiacture toughness of silicon carbide and alimiina ceramics were studied. The ceramic raw materials were characterized by semi-quantitative analysis by X-ray fluorescence, particle size by laser diffraction, specific surface area by gas adsorption and microstructural analysis by scanning elecfron microscopy. The polymers were analyzed by thermogravimetry. The sintering kinetics of cold-pressed specimens was studied by dilatometry. The sintered materials were characterized by evaluation of apparent density by the Archimedes technique and/or helium picnometry, by mercury porosimetry, by X-ray diflftaction, by evaluation of total carbon content, by scanning and transmission electron microscopy, by enetgy dispersion X-ray spectrometry, and by Vickers indentation analysis for determining hardness and fiacture toughness. AI2O3 (4wt.%) and Y2O3 (4wt.%) and polymetylhydrogenosiloxane and polymetylhydrogenossiloxane with D4Vi were the sintering aids for SiC. The processing procedures were material cure, pyrolysis and sintering (1850 X and 1950 °C/1 h, Ar or N2). High mass loss was measured in silicon carbide based ceramics, mainly under argon. Silicon carbide based ceramics with polymer sintering aids achieved 3.15 g/cm3 density after pyrolysis at 900 °C under N2 and sintering at 1950 °C under nitrogen. PMHS, PMS and PPS polymer sintering aids were used for almnina based ceramics sintering carried out at 1650 °C and 1700 °C, without significant difference in the final density. Addition of PMHS yielded alumina and mullite composites, with intergranular mullite grains. Heterogeneous Si2AI4O4N4 and Si2ON2 phases were obtained in specimens with PMS or PPS, The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers showed a suitable process for alumina-based ceramics, a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

A obtenção de cerâmicas de SiC pela sinterização com a presença de aditivos que promovam a formação de uma fase líquida (SFL) durante o processo tem sido uma forma adequada para garantir a menor temperatura de sinterização. Pelo fato de o SiC ser frágil, a busca por melhores propriedades mecânicas e avaliação correta das mesmas, para ser aplicado em ambientes agressivos, é contínua. Com base nisso, na primeira etapa, foram estudados, quanto à molhabilidade sobre o SiC, os sistemas AlN/Re2O3 (Re = Dy, Yb) para serem utilizados como aditivos. Os ângulos de contato medidos foram menores que 10° e considerados adequados para a SFL. O SiC sinterizado com esses aditivos permitiu produzir microestruturas diferentes com o aumento da temperatura. Na segunda etapa, foram sinterizadas amostras na forma de pastilhas em várias temperaturas, cujas condições que apresentaram os melhores resultados de massa específica real e densidade relativa foram tomadas como referência para a sinterização na forma de barras prismáticas. Na terceira etapa, essas amostras foram avaliadas quanto à sua tenacidade à fratura (KIC) pelo método da barra entalhada em V, dureza e resistência à flexão. O comportamento de KIC foi avaliado em função da profundidade e raio de curvatura dos entalhes. Os valores variaram entre 2,59 e 3,64 MPam1/2. Verificou-se que os valores de KIC confiáveis foram aqueles encontrados com pequeno raio de curvatura na ponta do entalhe. Quando o raio foi grande, o mesmo não manteve a singularidade da raiz quadrada da ponta do entalhe, e forneceu valores de KIC superestimados. Foram realizados testes para determinar KIC em ar atmosférico e em água, cujos resultados foram menores em água que em ar, com queda entre 2,56 e 11,26%. A maior resistência sob flexão determinada em 4 pontos foi de 482 MPa. Observou-se correlação direta do tamanho dos grãos nos valores de KIC, dureza e módulo de ruptura das cerâmicas de SiC. / Obtaining SiC ceramics by sintering in the presence of additives that promote a liquid phase formation (LPS) during the process has been a proper manner to ensure the lowest sintering temperature. Because SiC is brittle, an ongoing search for better mechanical properties and proper evaluation of these properties for application in aggressive environments maintained. Thus, in the first stage we studied AlN/Re2O3 systems (Re = Dy, Yb), as to their wettability on SiC, for use as additives. The measured contact angles were smaller than 10° and considered suitable for the LPS. The sintered SiC with these additives allowed the production of different microstructures with the increase in temperature. In the second stage, pellet-shaped samples were sintered at various temperatures, and the conditions showing the best density results were taken as reference for sintering prism-shaped bars. In the third stage, these samples were evaluated for toughness (KIC) by single edge V-notched beam method, hardness, and flexural strength. The behavior of KIC was assessed for notch depth and notch radius of curvature. Values ranged between 2.59 and 3.64 MPa/m1/2. The reliable values of KIC were those found with small radius of curvature at the notch tip. When the radius was large, it did not maintain the singularity of the square root of notch tip and provided overestimated KIC values. Tests were performed to determine KIC in atmospheric air and water, and results were lower in water than in air, dropping between 2.56 and 11.26%. The greatest strength under the 4-point bending test was 482 MPa. We observed a direct correlation of grains size in KIC values, hardness and bending strength of SiC ceramics.

Orientadores: Maria Helena Robert, Elisa Maria Ruiz Navas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:27:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BravoSalazar_JaimeAlejandro_D.pdf: 9695376 bytes, checksum: d35ebfbcaf1dac8c6665392b7d784d23 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho estuda o processo de fabricação de compósitos de matriz de alumínio AA6061 reforçado com TiCN por metalurgia do pó, envolvendo as etapas de mistura de pós, compactação uniaxial e sinterização com fase líquida. Para efeitos de comparação foram produzidos e caracterizados compactados da liga AA6061 sem adição de reforços. Foram investigados os parâmetros de processo: teores de reforço (5% e 10% massa), teor de aditivos Pb e Sn (0,1, 0,15, 0,2 e 0,4% massa), pressão de compactação (400, 600 e 800 MPa), tempos (15, 30, 45 e 60 min) e temperatura de sinterização (590, 600, 610 e 620 ºC). Em cada etapa do processo foram caracterizados os produtos (mistura de pós e compactados); o produto final obtido, após sinterização, foi caracterizado com relação à sua microestrutura, propriedades físicas (densificação e variação dimensional) e mecânicas (resistência à flexão e dureza). Os resultados obtidos mostraram uma grande eficiência do processo na obtenção de compósitos; a adição do teor de reforço de 5%TiCN foi eficiente na promoção de rupturas das camadas de óxidos do pó da liga de alumínio compactado à pressão de 400 MPa, auxiliando a sinterização por difusão da fase líquida formada a partir da fusão de Al+Mg2Si, melhorando a densificação e diminuindo a variação dimensional dos produtos sinterizados. Do ponto de vista metalúrgico, os materiais compósitos obtidos apresentaram microestruturas homogêneas, com uma boa distribuição dos reforços na matriz e relativa diminuição de poros. A adição de Pb e Sn promovem maior eficiência de ativação de mecanismos de sinterização; para compactados produzidos à pressão de 800 MPa, a adição de 0,1% desses elementos já apresentou significativa influência na sinterização. Com relação às propriedades mecânicas e físicas observou-se que a adição de TiCN aumentou quase no dobro de seus valores obtidos quando são comparados com a liga AA6061 / Abstract: This work investigates the process of production of composites of the alloy AA6061 reinforced with TiCN particles, by powder metallurgy involving the steps: conventional mixture of powders, compaction by uniaxial cold pressing and sintering with formation of a liquid phase. For comparative analysis it was also produced sintered AA6061 without addition of reinforcements. The following processing parameters were studied: reinforcing particles content (5 and 10 wt%); content of trace elements Pb and Sn (0.1, 0.15, 0.2 0.4 wt%); compaction pressure (from 400, 600 and 800 MPa); time and temperature of sintering (15, 30, 45, 60 min and 590, 600, 610, 620 oC). In each step products were characterized (powder mixture and green compacts); the final sintered product was characterized related to microstructure, physical (densification and dimensional changes) and mechanical (hardness and bending strength) properties. Obtained results showed high efficiency of the applied process to produce reliable composite products; the addition of 5 wt% TiCN was efficient to promote fracture of the oxide layer in the aluminum particles surface during pressing. At sintering temperatures liquid phase is formed by Al+Mg2Si melting and is distributed among particles through the fractures of the oxide layer, improving the material densification and its mechanical properties. Microstructures obtained showed homogeneous distribution of TiCN and reduced porosity, whereas AA6061 alloy microstructure showed higher porosity. Addition of Pb and Sn promoted higher efficiency of sintering mechanisms in compacts submitted to high pressures, leading to enhanced physical and mechanical properties in those materials. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica