Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-10T03:08:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2015 / Neste trabalho foram desenvolvidos dois métodos para a obtenção de cerâmicas porosas pela emulsificação de uma suspensão de alumina. O primeiro usou parafina fundida; e o segundo, óleo de girassol, como agentes formadores de poros. Em ambos os casos, foi usado colágeno como agente estabilizador, que permite a consolidação do sistema emulsionado antes da etapa de sinterização, e também como surfactante para as amostras com o óleo de girassol. Além disso, a adição de colágeno causa uma diminuição do tamanho médio de poros, devido ao aumento da viscosidade da fase contínua combinada com uma diminuição da energia interfacial. As cerâmicas porosas produzidas com parafina e com óleo de girassol apresentaram uma porosidade entre 53-75%. As amostras com parafina apresentaram um tamanho médio de poros entre 9-25 µm. As amostras com parafina sem colágeno apresentaram um tamanho médio de poros de até 57 µm. Já para as amostras com óleo de girassol, o tamanho médio de poros apresentou valores entre 6-13 µm. Um planejamento experimental com base no método de Taguchi foi utilizado para determinar as influências de diferentes parâmetros nos processos realizados. Para as emulsões com parafina foram estudados fatores como o teor de sólidos na suspensão de alumina, o tempo de ultrassom na emulsão final antes da etapa de secagem, o teor de parafina com relação à suspensão de alumina e a taxa de aquecimento no estágio inicial do tratamento térmico. A influência destes parâmetros foi observada nos resultados como tamanho médio de poros, porosidade e interconectividade dos poros. Os fatores que mais se evidenciaram foram o teor de sólidos na suspensão de alumina e a proporção de parafina com relação à suspensão. A resistência mecânica à compressão para duas amostras feitas com parafina apresentou valores de 24 e 46 MPa, que se diferenciaram apenas nas taxas de aquecimento iniciais utilizadas, sugerindo que os estágios iniciais do tratamento térmico têm fundamental importância nas características microestruturais finais das cerâmicas porosas. Para as emulsões com óleo de girassol, os fatores e suas influências estudadas foram o teor de óleo de girassol com relação à suspensão de alumina, o teor de colágeno na emulsão e diferentes velocidades de agitação. A influência destes parâmetros foi observada nos resultados como a viscosidade, o tamanho médio de poros e porosidade. As emulsões apresentaram um comportamento pseudoplástico descrito pela equação de Herschel-Bulkley, e os parâmetros reológicos relevantes estão relacionados com oviiteor de óleo de girassol, com a velocidade de agitação e o teor de colágeno. A combinação das análises térmicas DTG/DTA/FTIR para uma amostra a verde feita com óleo de girassol, mostrou que a queima dos orgânicos ocorre com maiores perdas de massa na faixa de temperatura entre 450-460 °C. Pequenas frações de monóxido de carbono e traços de hidrocarbonetos e de outros gases também foram detectados.<br> / Abstract : In this work two methods were developed to produce highly porous ceramics from emulsification of alumina-collagen slurries. The procedures difference lies on the emulsifier and its interaction with the slurry. Sunflower oil and melted paraffin were used as pore-forming agent. Collagen acts as a suspension stabilizer and promotes the system consolidation before sintering. Moreover, collagen also behaves as surfactant in the sunflower oil slurries. Furthermore, collagen addition diminishes the average pore size, what is attributed to viscosity increase caused by collagen in the continuous phase associated to a lowering of the interfacial energy. Porous ceramics produced with oil and paraffin present porosity values between 53 and 75%. Paraffin-based samples present average pore size between 9 and 23 µm. Samples with paraffin but without collagen present a comparatively higher average pore size (57 µm). On the other hand, the sunflower oil-based samples exhibit lower average pore size between 9-23 µm. Taguchi design was used to determine the effect of different factors on the methods. For emulsions with paraffin the factors were: volume fraction of solids in the alumina suspensions, ultrasound time in the final emulsion before drying, paraffin quantity and heating rate of the initial heat treatment. The influence of these parameters was observed on the average cell size, porosity and cell interconnectivity. The most remarkable factors were the solids loading in the suspension and paraffin:suspension ratio in the emulsified system. The paramount factors were the initial heating rates for paraffin-based porous ceramics. Differences in the mechanical properties values for compression (~22 MPa) suggest a relationship between this factor and the final ceramic microstructure. For sunflower oil case, factors were sunflower oil amount, collagen amount and stirring rate. The influence of these parameters was observed in results as viscosity, the average cell size and porosity. The emulsions exhibited pseudoplastic behavior described by the Herschel-Bulkley model, and the relevant rheological parameters are related to the sunflower oil content, the stirring rate and collagen content. Thermal analysis (DTG/DTA/FTIR) of green samples of oil-based ceramics portrays the organics burnout as critical in the temperatures range of 450-460 °C. Small fractions of carbon monoxide, traces of hydrocarbons and other gases were detected.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/136335 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Sanches, Mariana Ferreira |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Rodrigues Neto, João Batista, Hotza, Dachamir |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 89 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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