Resumo em Português:

O processamento de materiais baseado no aquecimento por meio de energia de microondas vem ganhado a cada dia mais destaque e importância em várias aplicações industriais, em virtude de uma série de vantagens em potenciais frente aos métodos convencionais de aquecimento. Na sinterização de materiais cerâmicos o uso de microondas permite redução no tempo de processamento, economia de energia e melhora na uniformidade microestrutural dos corpos cerâmicos. Como conseqüência das vantagens frente às técnicas de aquecimentos convencionais, a sinterização usando microondas vem sendo estudada por vários grupos de pesquisa em todo o mundo. Entretanto, os benefícios do uso das microondas só são obtidos quando a sinterização é realizada com o controle e entendimento científico de uma série de parâmetros e aspectos envolvidos no processo. Assim, esse trabalho tem por objetivo abordar aspectos científicos fundamentais do processo de sinterização de cerâmicas usando microondas, enfocando particularmente a interação matéria/microondas, aspectos peculiares do processo e a técnica de sinterização híbrida.

Resumo em Inglês:

Processing of materials based on heating by microwave energy has gained increasing importance in many industrial applications due to its potential advantages over conventional heating methods. In the sintering of ceramic materials, the use of microwave energy decreases the processing time, saves energy and improves the microstructural homogeneity of ceramic bodies. These advantages have motivated various research groups around the world to study microwave sintering. However, the benefits deriving from the use of microwaves depend on the control and scientific understanding of the parameters and aspects of the process. This paper offers a review of the fundamental scientific aspects of microwave sintering of ceramics, focusing on the interaction between materials and microwaves and highlighting particular points of the hybrid sintering process and methodology.

Resumo em Português:

Na indústria do alumínio primário, um dos principais responsáveis pela deterioração do revestimento refratário nas cubas de redução eletrolítica é o ataque por banho criolítico com alta concentração de NaF, que penetra e reage com o refratário podendo, em condições extremas, causar a parada prematura de operação da cuba e grandes prejuízos econômicos. Baseando-se nos mais recentes estudos de caracterização de refratários para cubas, uma boa correlação tem sido encontrada entre a resistência à corrosão e a permeabilidade, a qual é calculada pela equação de Forchheimer para a obtenção das constantes k1 Darciana (efeito viscoso) e k2 não Darciana (efeito inercial). Entretanto, na maioria das situações, as medidas da permeabilidade têm sido efetuadas à temperatura ambiente, embora o refratário em uso esteja a superior temperatura. Este trabalho visa avaliar como esta permeabilidade se altera em temperaturas de até 700 ºC buscando, assim, uma melhor correlação dos resultados com as condições reais de operação. Pretende-se também, investigar essa propriedade em refratários empregados no revestimento de cadinhos para o transporte de alumínio líquido, com o intuito de verificar a aplicabilidade da permeametria como uma ferramenta de caracterização desses materiais cujo interesse de aplicação e desenvolvimento tem sido cada vez maior.

Resumo em Inglês:

In the aluminium primary industry, one of the main causes for electrolytic cells lining deterioration is the chemical attack by high NaF content cryolitic bath, that penetrates and reacts with the refractory, shortening the cell’s service life and resulting great economic losses. Based on the most recent studies on characterization of alumino-silicate refractories for aluminum cell linings, a good correlation has been found between its chemical attack by molten fluorides and the permeability, which is calculated by Forchheimer’s equation in order to obtain the Darcian constant k1 (viscous effects) and non-Darcian constant k2 (inertial effects). Nevertheless, in the majority of the situations permeability parameters are obtained at room temperature. This work aims to study how the increasing temperature affects permeability from room temperature up to 700 ºC in these materials, in order to reproduce the operational conditions. It’s also the objective to investigate the permeability of lining refractories for molten aluminum transport crucibles and evaluate the technological viability of such measurement technique for these materials.

Resumo em Português:

O estado de dispersão da matriz de um concreto refratário apresenta uma grande influência no comportamento reológico desse material, determinando as técnicas utilizadas para a sua aplicação. Tais métodos normalmente exigem a preparação de concretos com elevada fluidez, que possam ser bombeados com facilidade e sejam capazes de preencher moldes de formato complexo sem a necessidade de aplicação de vibração. Entretanto, embora tais requisitos favoreçam uma boa trabalhabilidade do concreto, tendem a aumentar o tempo requerido para efetuar a desmoldagem do corpo conformado. Uma vez que o desenvolvimento da resistência mecânica do concreto está intimamente relacionado ao processo de hidratação do ligante hidráulico, este necessita ser controlado quando se busca a redução do tempo para a desmoldagem. Tal controle depende de um profundo conhecimento das variáveis que determinam a cinética das reações. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi o de avaliar a influência do tipo de ligante hidráulico, da temperatura e da presença de finos (matriz) ou de aditivos inorgânicos adicionados ao concreto sobre o processo de hidratação por meio de medidas de temperatura e ensaios reológicos oscilatórios em função do tempo.

Resumo em Inglês:

The dispersion of refractory castables matrix presents a great influence on their rheological behavior, which defines the most appropriate methods for placing these materials. The growing demand for automatically transported refractory castables has promoted the use of pumpable castables, usually specified as self flow compositions. Nevertheless, castables with higher fluidity present longer workability, leading to extended demoulding times. Because the strength development is intimately linked to the hydration process of calcium aluminate cement or hydratable alumina, it needs to be controlled in order to reach the minimum time for demoulding, contributing to reducing overall costs. The control of cement hydration depends on the knowledge of the variables that determine the kinetics of the involved reactions. In this context, the objective of this work was to evaluate the influence of the sources of the hydraulic binder, the temperature and the presence of matrix or inorganic additives on the hydration process, carried out through temperature measurements and oscillatory rheological tests, as a function of the time.

Resumo em Português:

O processo de moldagem de peças cerâmicas conhecido como colagem de barbotina é um processo antigo, mas que ainda é muito utilizado devido ao seu baixo custo, simplicidade e pelas excelentes propriedades mecânicas das peças sinterizadas. Boas propriedades mecânicas são obtidas quando o pó de partida tem tamanho de partícula submicrométrico. Neste trabalho foram moldadas peças cerâmicas por colagem de barbotina com três aluminas comerciais com partículas submicrométricas e, após a sinterização, foram medidas algumas de suas propriedades, como dureza, densidade e resistência ao desgaste. As barbotinas não flocularam e foram obtidas peças de excelente qualidade, sendo que as peças moldadas com a alumina de menor tamanho de partícula apresentaram a melhor dureza, elevada densidade (chegando a 99% da densidade teórica) e o menor coeficiente de desgaste. Peças de alumina de alta qualidade podem ser usadas em inúmeras aplicações, desde a indústria têxtil até em aplicações biomédicas.

Resumo em Inglês:

The molding of ceramics parts by slip casting is an ancient process, but it is still very used because of low cost, simplicity and excellent mechanical properties of sintered parts. Better mechanical properties are obtained when the initial powder have small average particle size. In this work, ceramic parts were molded by slip casting of three commercial submicrometer-sized alumina powders. After sintering, some properties of these ceramic parts were measured, including hardness, density and wear coefficient. The slips do not flocullate, resulting in ceramic parts with excellent quality. Ceramic parts made with the alumina powder of smaller particle size exhibited high hardness, high density (99% TD) and lower wear coefficient. High quality alumina parts such as that produced in this work can be used in many applications, from textile industry to biological applications.

Resumo em Português:

Este trabalho tem o propósito de estudar composições e aplicações de pigmentos de Minas Gerais. Foi realizado um estudo qualitativo e quantitativo de pigmentos naturais coletados na região de Itabirito. As amostras foram denominadas segundo o Sistema Munsell de Cores e apresentaram composições variadas. Os minerais identificados por difração de raios X e confirmados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram a caulinita, ilita, talco e hematita, característicos da região. Análises de espectroscopia dispersiva de energia (EDS) produziram resultados semi-quantitativos dos elementos presentes. A termogravimetria indicou pequena perda de massa, referente à umidade das amostras. A análise térmica diferencial indicou uma quantidade maior de caulinita no pigmento vermelho em relação aos demais. O teor de ferro presente nas amostras foi determinado por análise volumétrica e por espectrofotometria por absorção molecular na região do ultravioleta-visível. Os pigmentos apresentaram boa estabilidade térmica indicando a sua potencialidade de aplicação em peças cerâmicas.

Resumo em Inglês:

This work has the purpose of studying compositions and applications of natural pigments found in Minas Gerais. A qualitative and quantitative study of some pigments collected in the region of Itabirito was carried out. The samples were named according to Munsell Color System and presented a variety of compositions. The minerals identified by X-ray diffraction and confirmed by scanning electronic microscopy (SEM) were kaolinite, illite, talc and hematite, characteristic from this region. Analyses by energy dispersive spectroscopy (EDS) produced semi-quantitative results of the elements present in the samples. Thermogravimetry indicated small weight loss referring to the humidity of the samples. Differential thermal analysis indicated a large amount of kaolinite in the red pigment when compared with the others. The iron content presents in the samples was determined by volumetric analysis and molecular ultraviolet-visible absorption spectrophotometry. The pigments presented good thermal stability indicating its potentiality of application in ceramic parts.

Resumo em Português:

Um dos aspectos principais para o desenvolvimento de concretos refratários está no aprimoramento dos conhecimentos sobre o cimento de alta alumina ou cimento de aluminato de cálcio (CAC), já que esse ligante é o mais utilizado nesta classe de produtos. O objetivo desse trabalho foi o de analisar as informações disponíveis na literatura para se obter um conhecimento mais aprofundado dos mecanismos de ação dos aditivos retardadores e aceleradores da pega deste cimento. Da análise dos dados compilados pode-se concluir que os aditivos retardadores agem geralmente de duas maneiras: 1) dificultando o processo de dissolução do cimento, por meio da formação de barreiras insolúveis ao redor das suas partículas e 2) favorecendo a formação de hidratos mais solúveis, o que aumenta o tempo necessário para que se inicie a precipitação. Por outro lado, os aditivos aceleradores de pega podem atuar favorecendo a formação de hidratos menos solúveis, diminuindo assim o tempo necessário para a precipitação ou ainda pela formação de núcleos iniciadores do processo de crescimento dos cristais dos hidratos. A análise destas informações leva a constatação de que a ação de alguns aditivos retardadores e aceleradores ocorre em estágios distintos no processo de hidratação do CAC. Portanto, pode-se imaginar uma situação onde a combinação desses dois aditivos poderia conferir um tempo de trabalhabilidade adequado e seguro, aliado a um curto tempo de desmoldagem.

Resumo em Inglês:

One of the main aspects for the development of refractories castables is to master the knowledge regarding calcium aluminate cement (CAC), as this binder is the most applied in these products. The objective of this work was to analyze the available information in the literature in order to explain the understanding regarding the actions of retarder and accelerator additives in the setting mechanisms of CACs. The analysis of the compiled information pointed out that the retarder additives, in a general way, act in two ways: 1) inhibiting the process of cement dissolution, by the build up of insoluble barriers around the cement particles, and 2) enhancing the formation of more soluble hydrates, which increase the time necessary for the hardening beginning. On the other hand, the accelerators can induce the formation of less soluble hydrates, diminishing the time necessary for the setting or speeding up the beginning of the hydrate nucleation. The overall analysis pointed out that the action of some retarder and accelerators additives takes place in different periods of the setting time of the CACs. This aspect allows the combination of additives confering a good workability associated to a short demolding time.

Resumo em Português:

Os pigmentos cerâmicos são substâncias capazes de desenvolver cor em sólido inorgânico (cerâmica ou vidro) quando nele dispersar mantendo-se insolúvel no mesmo, sem reação química com o mesmo, nas elevadas temperaturas de processamento. Óxidos de cobre dão origem a pigmentos verdes que se decompõem em temperaturas relativamente baixas (em torno de 900 ºC) enquanto adição de outros íons em sua composição poderá melhorar a sua estabilidade térmica e facilitar a sua utilização em revestimentos cerâmicos queimados em altas temperaturas. O presente trabalho teve por objetivo sintetizar, pelo método da precipitação (ou co-precipitação) química, pós de óxidos de cobre e de manganês, tanto puros quanto misturados destinados ao uso em esmaltes decorativos de matriz vítrea. Para tal fim, pó de frita de vidro foi produzido pela fusão de feldspato do Seridó (divisa entre Paraíba e Rio Grande do Norte). Massas selecionadas, 5 a 10% em peso, de pigmentos foram misturadas com o referido pó de frita e a barbotina resultante foi aplicada sobre a superfície de placas de alumina densa, seguindo-se secagem e queima em escolhidas temperaturas. As cores dos recobrimentos obtidos foram avaliadas por medidas colorimétricas usando o sistema CIEL*a*b* e os resultados variaram em função da composição e teor de pigmentos, bem como da temperatura de queima. Constatou-se que os pigmentos de óxidos puros de cobre e de manganês deram tonalidades mais claras do que aquelas fornecidas pelo pigmento misto de cobre e de manganês.

Resumo em Inglês:

Ceramic pigments are substances that develop color in inorganic solids (ceramic or glass) into which are capable of dispersing themselves at high processing temperatures without dissolution or chemical reaction. Copper oxides give rise to green pigments that undergo thermal decomposition at relatively low temperatures (about 900 ºC) and the addition of other ions in its composition may improve its stability and applicability to ceramic tiles fired at higher temperatures. The present work had the objective of synthesizing by chemical precipitation (or co-precipitation) pure and mixed oxides of copper and manganese for decorating ceramic tiles. For that purpose, 5 to 10wt.% of the ceramic pigment has been mixed to glass frit powder made by using feldspar from Seridó (the border region between Paraíba and Rio Grande do Norte, Brazilian States). The resultant slip was applied on the surface of dense alumina plates and fired at different temperatures. The colors of the coating have been evaluated by using a colorimeter and the result varied with the pigment composition and firing temperature. It was found that coating with pure pigments gave a lighter shade while the coating containing mixed oxides of copper and manganese acquired a darker color.

Resumo em Português:

Uma alternativa mais recente para a sinterização de cerâmicas nanocristalinas é a sinterização por plasma (Spark Plasma Sintering - SPS). Esse processo permite a utilização de temperaturas mais baixas e tempos muito menores, comparado com a sinterização convencional, produzindo alta densificação com pequeno crescimento de grãos. Nesse trabalho pós de alumina contendo 5%vol de inclusões de zircônia nanométrica foram sinterizados utilizando o método SPS em temperaturas variando de 1250 a 1400 ºC, com diferentes tempos de patamar, visando a obtenção de materiais densos e com microestrutura nanométrica. Os corpos de prova obtidos foram analisados através da determinação da densidade aparente, microscopia eletrônica de varredura e microdureza Vickers. Os resultados mostraram o efeito das diferentes condições de sinterização na microestrutura, sendo que as melhores condições foram obtidas usando uma temperatura de 1300 ºC e tempo de patamar de 2 min, condições estas que possibilitaram a obtenção de amostras com microestrutura refinada com tamanho de grão próximos ao tamanho das partículas do pó inicial e valores de microdureza de aproximadamente 22 GPa.

Resumo em Inglês:

A recent alternative to sintering nanometric ceramics is Spark Plasma Sintering - SPS. This process permits the sintering at lower temperatures and short times producing materials with density near the theoretical density with small grain sizes. In this work alumina powder with well dispersed 5%vol addition of nanometric zirconia inclusions were obtained and sintered using SPS method by heating to temperatures ranging from 1250 to 1400 ºC and different holding times were applied to determine the best condition for obtaining dense material with minimal grain growth. The samples were characterized by apparent density measurement, high-resolution SEM, and microhardness. The results show microstructural evolution for different sintering temperatures and holding times and the effect of inclusions on the alumina matrix grain growth, which is related to the results of densification under SPS conditions. Using the SPS method it was possible to obtain samples with full density at 1300 ºC and holding time of 2 min with homogeneous microstructure, and microhardness near 22 GPa.

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi utilizar o planejamento experimental para avaliar o efeito da composição de misturas ternárias de bentonitas na reologia de fluidos de perfuração de poços de petróleo. Por meio do planejamento foram determinadas as proporções dos componentes nas misturas ternárias das argilas e então ajustados modelos de regressão relacionando viscosidade aparente, viscosidade plástica e volume de filtrado com a proporção de cada argila. A aplicação da modelagem de misturas, incluindo composições ternárias, aliada a metodologia de superfícies de resposta e otimização matemática e gráfica permitiu delimitar uma gama de composições de argilas que favorece a melhoria das propriedades reológicas e de filtração dos fluidos estudados.

Resumo em Inglês:

The purpose of this work was to study of composition effect of ternary bentonite mixtures on the rheology of drilling fluids. Through the experimental design were defined the components proportions in the ternary clays mixtures and then adjusted regression models relating apparent and plastic viscosities and water loss, with the proportion of each clay. The application of mixture experimental design, include ternary composition, response surface methodology, graphic and mathematical optimization allowed to delimit a strip of compositions that favors the improvement of the rheological properties of the drilling fluids.

Resumo em Português:

A conversão de materiais ligninocelulósicos em cerâmicas biomórficas tem despertado particular interesse, por tratar-se de uma nova classe de materiais cerâmicos de alto valor agregado, produzidos a partir de matérias-primas de baixo custo e relevante papel econômico. Cerâmicas biomórficas são obtidas por meio do processo de biomodelagem, que consiste na reprodução ao nível micrométrico da estrutura natural do material de partida. Neste trabalho, os materiais ligninocelulósicos utilizados como material de partida foram fibras de sisal, ratam e pinheiro. Estes foram convertidos por pirólise em pré-formas de carbono. Subseqüentemente, essas pré-formas foram infiltradas com alumínio gasoso em temperaturas que variaram de 1400 ºC a 1600 ºC sob vácuo, obtendo-se assim carbeto de alumínio (Al4C3). Por ser um material frágil e de rápida decomposição, O Al4C3 foi rapidamente oxidado a 1600 ºC para sua conversão total em fibras de Al2O3 biomórfica. A microestrutura e morfologia das cerâmicas biomórficas obtidas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e por difração de raios X. O estudo comparativo da infiltração de alumínio gasoso foi realizado com base em resultados obtidos por análise termogravimétrica.

Resumo em Inglês:

The reproduction of lignocellulosic structures into biomorphous ceramics has been extensively studied since it results in added-value products from relatively inexpensive raw materials. Synthetic ceramics can be obtained by biotemplating maintaining the structural features of native wood or fibers. In the present study, lignocellulosic materials, i.e, sisal, rattan and pinnus, were used to produce alumina fibers. The natural structures were pyrolized into carbon prefoms and subsequently infiltrated with aluminum gas temperatures ranging from 1400 ºC to 1600 ºC under vacuum, resulting in aluminum carbide (Al4C3). Because of its brittle nature and fast decomposition, Al4C3 was quickly oxidized at 1600 ºC to produce biomorphous Al2O3 fibers. The microstructure and morphology of the ceramic fibers was characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. A comparative study on the infiltration of aluminum gas was performed based on thermogravimetric analyses.

Resumo em Português:

Óxido de ferro foi dopado com íons de terras raras (ítrio e lantânio) para a produção de pigmentos cerâmicos com colorações que variaram de laranja a marrom. Os pigmentos foram produzidos na forma de pós sintetizados pelo método Pechini a partir de precursores poliméricos e calcinados entre 900 ºC e 1100 ºC. Os materiais resultantes foram caracterizados por BET, difração de raios X, colorimetria, UV-visível, espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise granulométrica e térmica. A cor dos pós de La/Fe foi alterada a medida que a temperatura de calcinação aumentou de 900 ºC a 1100 ºC. As correspondentes coordenadas colorimétricas L* a* b* mudaram de 49,003; 10,541; 12,609 para 31,279; 6,096; 6,877. Por outro lado pós do sistema Y/Fe demonstraram maior estabilidade colorimétrica com a mudança da temperatura de calcinação. Nesse caso, as coordenadas colorimétricas L* a* b* mudaram de 45,230; 17,315; 28,750 para 51,631; 15,726; 25,825. O tamanho do íon de terra rara usado na dopagem também afetou a estrutura do material. A presença de lantânio estabilizou a estrutura perovisquita ABO3 após calcinação a 900 °C, enquanto a adição de ítrio resultou em uma mistura de óxidos calcinados.

Resumo em Inglês:

Iron oxide has been doped with rare earth ions (yttrium or lanthanum) aiming at producing ceramic pigments with hues that vary from orange to brown. The powders were synthesized from polymeric precursors using the Pechini method and subsequently calcined between 900 and 1100 ºC. The resulting pigments were characterized by BET, X ray diffraction, colorimetric analysis, UV-visible, infrared (FTIR), particle size distribution and thermal analysis. The color depicted by La/Fe powders changed as the calcination temperature increased from 900 ºC to 1100 ºC, as established by the corresponding changes in the values of the colorimetric coordinates from L* a* b* = 49.003, 10.541, 12.609 to L* a* b* = 31.279, 6.096, 6.877. On the other hand, Y/Fe powders were little affected by similar changes in the calcination temperature, revealing the effect of yttrium on the color stability of the powder. The values of the colorimetric coordinates in this case varied from L* a* b* = 45.230, 17.315, 28.750 to L* a* b* =51.631, 15.726, 25.825. Structural changes were also noticed as a function of the size of the rare earth ion added to the structure. Upon calcination at 900°C, lanthanum stabilized the ABO3-type perovskite structure whereas the presence of yttrium resulted in a mixture of oxides.

Resumo em Português:

O silicato de zircônio apresenta uma elevada importância tecnológica devido as suas propriedades físico-quimicas, tendo aplicações em indústrias de esmalte e vidrados cerâmicos, além de ser considerada uma das mais importantes estruturas geradoras de pigmentos cerâmicos, por ter enorme capacidade de agrupar íons dopantes. No entanto, por utilizarem matérias-primas pouco reativas, a cinética de reação em estado sólido fica extremamente comprometida, o que impulsiona os estudos pela otimização de parâmetros de processo com objetivo de extrair a maior eficiência deste método, considerado extremamente barato e simples. Assim, este trabalho teve por objetivo estudar a influência da temperatura e do método de mistura na cinética de reação de formação da zirconita (ZrSiO4) a partir das matérias primas individuais, ZrO2 e SiO2. Para isso, os precursores foram dosados na equivalência molar, misturados por dois métodos de mistura distintos, moinho de martelos e moinho de bolas a seco, e calcinados a 1300, 1400 e 1500 °C. A efetividade da mistura foi caracterizada através de microscopia eletrônica de varredura e a evolução mineralógica por difração de raios X. Os resultados indicaram uma relação exponencial entre a velocidade de reação e a temperatura, e também uma dependência entre a efetividade da mistura e a cinética de formação da zirconita.

Resumo em Inglês:

The zirconium silicate presents a high technological importance due to its physico-chemical properties, having applications in glaze and enamel ceramic industries, besides being considered one of the most important structure for ceramic pigments due to its ability to group dopants. However, for using substances with low reactivity, the kinetics of the solid state reaction is slow, stimulating the studies for the optimization of processing parameters reach an improved efficiency of this method, considered very cheap and simple. This work had as objective to study the influence of the temperature and the method of mixture in the kinetics of zircon (ZrSiO4) reaction formation from ZrO2 and SiO2. The precursors were determined, mixed by two methods: hammer mill and dry ball mill and calcined at 1300, 1400 and 1500 °C. The effectiveness of the mixture was characterized by scanning electron microscopy and the mineralogical evolution by X-ray diffraction. The results indicated an exponential relation between the rate of the reaction and the temperature, and also a dependence between the effectiveness of the mixture and the kinetics of zircon formation.

Resumo em Português:

Soluções sólidas de Ce0,85Y0,15-xRxO2-delta (R=Pr, Tb) com x = 0,02 e 0,06 foram sintetizadas pela co-precipitação dos hidróxidos para o estudo do efeito dos co-dopantes Pr e Tb na microestrutura e na condutividade elétrica das cerâmicas sinterizadas. Para fins comparativos foram também preparadas as soluções sólidas Ce0,85Y0,13Pr0,02O2-delta pela mistura do Pr6O11 ao gel precipitado contendo céria e ítria, e Ce0,85Y0,15O2-gama. A caracterização estrutural das amostras sinterizadas foi feita por difração de raios X e espectroscopia Raman. O estudo da microestrutura foi feito por observações em microscópio eletrônico de varredura, e a análise elementar em micro-regiões por espectroscopia de energia dispersiva. A condutividade elétrica foi determinada por medidas de espectroscopia de impedância. Os principais resultados obtidos mostraram a importância da técnica de síntese na obtenção de soluções sólidas com homogeneidade química e estrutural. A adição de praseodímio a céria-ítria resulta em maior homogeneidade microestrutural, diminuindo o tamanho médio de grãos e estreitando a distribuição de tamanho de grãos. A adição de térbio não altera a microestrutura da céria-ítria. Os co-dopantes Pr e Tb exercem efeito deletério na condutividade elétrica da céria-ítria na temperatura de operação típica (650 ºC) de uma célula a combustível de óxido sólido em temperaturas intermediárias.

Resumo em Inglês:

Ce0.85Y0.15-xRxO2-delta (R=Pr, Tb) with x = 0.02 e 0.06 solid solutions were synthesized by the hydroxide coprecipitation technique to study the effect of Pr and Tb additions in the microstructure and electrical conductivity of yttria-doped ceria solid electrolyte. For comparison purposes, the solid solution Ce0.85Y0.13Pr0.02O2-delta was prepared by mixing Pr6O11 to the precipitated gel of ceria-yttria. The solid electrolyte Ce0.85Y0.15O2-gamma was also synthesized by chemical route. The structural characterization of sintered specimens was carried out by conventional X-ray diffraction and Raman spectroscopy experiments. The morphology of sintered materials was verified by scanning electron microscopy coupled to energy dispersive X-ray analysis. The electrical conductivity was measured by impedance spectroscopy. The overall results show the key role of the synthesis technique for obtaining chemically and structurally homogeneous solid solutions. Reductions in the average grain size and in the full width at half maximum height of the grain size distribution curve were obtained with increasing praseodymium additions to ceria-yttria. In contrast, Tb additions to yttria-doped ceria do not result in any significant microstructural change. Both co-dopants, Pr and Tb, exert a deleterious effect on the electrical conductivity of yttria-doped ceria at temperatures of typical solid oxide fuel cells operation.

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho é descrever a síntese e a caracterização óptica de uma solução sólida de óxido de zircônio contendo ítrio e lantânio. Foram misturados citrato de zircônio, nitrato de ítrio e nitrato de lantânio nas proporções 94 mol% ZrO2-6 mol% Y2O3 e 92 mol% ZrO2-6 mol % Y2O3-2 mol % La2O3. A análise de espectroscopia de absorção no infravermelho com tranformada de Fourier mostra material orgânico em decomposição e a análise térmica mostra a transformação de fases da zircônia tetragonal para monoclínica, a perda de água e a desidroxilação do zircônio. A análise por difração de raios X mostra formação de fases homogênea de ZrO2-Y2O3-La2O3 demonstrando que a adição de lantânio não provoca formação de fases, promovendo uma solução sólida baseada em zircônia cúbica. Os espectros de fotoluminescência mostram bandas de absorção em 562 nm e 572 nm (350 ºC) e bandas de absorção específicas em 543 nm, 561 nm, 614 nm e 641 nm (900 ºC). O efeito fotoluminescente a baixas temperaturas é causado por defeitos como (Y Zr,Y O)', (2Y Zr,V O)'' e V O. As emissões em 614 nm e 641 nm são causadas pela transição O-2p -> Zr-4d. Uma emissão em 543 nm pode ser atribuída a centros LaO8 com transição O-2p -> La-5d.

Resumo em Inglês:

This study aims to describe the synthesis and optical characterization of a nanometric zirconium oxide solid solution containing yttrium and lanthanum. Zirconium citrate, yttrium nitrate and lanthanum nitrate were mixed in the ratios: 94 mol% of ZrO2 - 6 mol% of Y2O3 and 92 mol% of ZrO2 - 6 mol % of Y2O3 - 2 mol % of La2O3. FTIR analysis shows organic material in decomposition and thermal analysis shows the transformation from the tetragonal to the monoclinic phase of zirconia, the loss of water molecule and zirconium dehydroxylation. The X-ray diffraction analysis shows a homogeneous phase formation of ZrO2-Y2O3-La2O3 demonstrating that lanthanum addition does not cause phase formation, promoting a solid solution based on zirconia with cubic structure. The photoluminescence spectra show absorption bands at 562 nm and 572 nm (350 °C) and specific absorption bands at 543 nm, 561 nm, 614 nm and 641 nm (900 °C). The photoluminescence effect at low temperature is caused by defects such as (Y Zr,Y O)', (2Y Zr,V O)'' and V O. Emissions at 614 nm and 641 nm are caused by O-2p -> Zr-4d transition. An emission at 543 nm can be attributed to LaO8 centers with O-2p -> La-5d transition.

Resumo em Português:

Produtos cerâmicos à base de alumina (Al2O3), zircônia (ZrO2) e/ou carbeto de silício (SiC) têm grande utilização em várias áreas e com diferentes formas que vão desde corpos sinterizados até pós abrasivos. As etapas fundamentais do processamento para a fabricação de cerâmicas são sua mistura e conformação. A conformação cerâmica pode ser feita por vários métodos e o sucesso da utilização destas técnicas depende fundamentalmente do conhecimento das propriedades eletrocinéticas da dispersão de partículas com seus aditivos. Este trabalho teve como objetivo o estudo das características eletrocinéticas de dispersões de Al2O3, ZrO2 ou SiC em etanol, analisando a formação de cargas devido à adsorção específica de aditivos (como íons Al3+ para o caso da Al2O3 ou SiC) e a influência de outro aditivo como polivinil butiral (PVB) na estabilidade da dispersão. Podemos constatar que para os três sistemas ocorre adsorção do PVB, e que o mesmo adsorve preferencialmente quando a superfície da partícula está carregada positivamente, situação que para o ZrO2-MgO ocorre espontaneamente quando adicionado em etanol, já para o caso do Al2O3 e SiC consegue-se adicionando uma solução alcóolica de Al(NO3)3 promovendo adsorção de íons Al3+.

Resumo em Inglês:

Alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2) and silicon carbide (SiC) based ceramics have a large number of applications in the ceramic industry. Among the most relevant stages of the fabrication process of these materials, mixture and shaping deserve special attention. The success of these stages depends on the knowledgement of the suspension electrokinetics properties containing the appropriate additives. In this work, the electrokinetics properties of ethanolic suspensions of Al2O3, ZrO2 or SiC were studied as a function of the adsorption of specific additives. Al3+ was tested on Al2O3 and SiC suspensions, and polyvinylbutyral (PVB) was tested on all suspensions to evaluate its influence on the suspension stability. It was shown that PVB is adsorbed on the surface of all powders under experiment, and its adsorption was observed to be higher when the surface was positively charged. These surface positive charges were spontaneously generated on ZrO2-MgO ethanol suspension. However on Al2O3 and SiC, this surface situation was only achieved after the adsorption of Al3+.