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Cerâmica, Volume: 46, Issue: 297, Published: 2000
  • Editorial

  • Review article: silicon carbide. Structure, properties and processing

    Izhevskyi, V. A.; Genova, L. A.; Bressiani, J. C.; Bressiani, A. H. A.

    Abstract in Portuguese:

    Em vista do considerável interesse no desenvolvimento de cerâmicas estruturais e para aplicações em alta temperatura, é oportuna uma revisão quanto a estrutura, propriedades e métodos conhecidos de processamento de cerâmicas a base de carbeto de silício sinterizados via fase líquida. A característica mais interessante do carbeto de silício é o seu politipismo, isto é, a formação de um grande número modificações estruturais para uma mesma composição. Embora este fenômeno venha sendo extensivamente estudado, não se tem até o momento, uma análise sistemática do mesmo, o que seria de extrema importância, uma vez que o politipismo e a tendência à transformação estrutural destes politipos em temperaturas típicas de trabalho podem levar a incontroláveis modificações nas propriedades do material. Além disso, os recentes avanços obtidos na densificação do carbeto de silício através da técnica de sinterização na presença de fase líquida justificam uma avaliação dos resultados obtidos até o momento, que podem proporcionar alguma orientação aos profissionais da área.

    Abstract in English:

    In view of considerable interest in the development of liquid phase sintered structural and high-temperature ceramics on the base of silicon carbide, a comprehensive review of the data on structure, properties and the known methods of processing of silicon carbide seems timely. The most striking feature of silicon carbide is its polytypism, i.e. formation of a great number of different structural modifications without any change in composition. Although this feature of silicon carbide was extensively studied, no systematic up to date analysis was done. However, polytypism and the tendency of the polytypes to undergo structural transformations at working temperatures may lead to uncontrollable modification of the materials properties, and therefore needs to be fully understood. Furthermore, the recently developed liquid phase sintering technique for silicon carbide densification is of an undoubtful interest and the overview of the results achieved until present time may provide some guidelines for the ceramists.
  • Characterization of red ceramic body used in the production of bricks in the region of Campos dos Goytacazes - RJ

    Vieira, C. M. F.; Holanda, J. N. F. de; Pinatti, D. G.

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho é caracterizar uma mistura de argilas utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes-RJ. Com isso, é possível avaliar a possibilidade de aplicação desta massa na fabricação de outros produtos com maior valor agregado, como por exemplo telhas e revestimentos cerâmicos. Foram realizadas análises de composição química, difração de raios-X, análise térmica diferencial/(ATD), análise termogravimétrica (ATG), análise granulométrica e determinação de propriedades físico-mecânicas em função da temperatura de queima. Os resultados demonstraram que a massa cerâmica estudada é apropriada para a fabricação de tijolos maciços e blocos de vedação. Entretanto, para a fabricação de telhas e revestimentos cerâmicos é necessário trabalhar a formulação da massa para a obtenção de propriedades de acordo com as normas técnicas em vigor.

    Abstract in English:

    The objective of this paper is to characterize a mixture of clays in the area of Campos dos Goytacazes-RJ used in the fabrication of bricks. It makes possible to evaluate the possibility of application of this body in the production of others products with greater aggregate value, as roof tiles, wall and floor tiles. In this work were realized the following tests: chemical composition, differential thermal analysis(DTA), thermogravimetric analysis(TGA), particle size distribution analysis and determination of physical-mechanical properties in function of the temperature of it burns. The results demonstrated that the ceramic body studied is appropriate for the production of massive and walled bricks. However to manufacture roof tiles, floor and wall tiles it is necessary to manipulate the body formulation to obtain the of properties in agreement with technical norms in use.
  • Effect of simulataneous addition of seeds particles and dopants in the microstructure and dieletric propertie of the 0.93 PZN - 0.07 BT ceramic

    Mazon, T.; Zaghete, M. A.; Varela, J. A.; Paiva-Santos, C. O.

    Abstract in Portuguese:

    O método de Pechini bem como o uso da adição simultânea de partículas sementes e solução dopante de BaTiO3 foram usados para preparar o Niobato de chumbo e zinco (PZN). Os pós calcinados a 800 ° C/2 h e 900 ° C/1 h, os quais apresentaram maior porcentagem de fase perovskita após a calcinação, foram compactados isostaticamente e sinterizados a 1100 ° C/1 h. A forma na qual os aditivos foram adicionados ao polímero (se como íons ou como sementes) influenciou no processo de sinterização, na microestrutura desenvolvida e na propriedade dielétrica da cerâmica. As cerâmicas contendo 80% dos aditivos na forma de sementes e 20% na forma de íons apresentaram em sua microestrutura grãos maiores e com faces cristalinas bem definidas. O maior tamanho médio de grão observado está em torno de 2 mi m. As amostras preparadas com 80% dos aditivos na forma de sementes e 20% na forma de íons apresentaram melhor propriedade dielétrica. O maior valor de constante dielétrica para esta composição está em torno de 9100.

    Abstract in English:

    The Pechini method as well as the simultaneous addition of seed particles and dopant solution of BaTiO3 were used to prepare the perovskite phase of lead zinc niobate (PZN). The calcined powders at 800 ° C/2 h and 900 ° C/1 h, which showed large amount of perovskite phase after calcining, were isostaticaly pressed and sintered at 1100 ° C/1 h. The way in which additives were added to the polymer (seeds or ions) influenced in the sintering process, microstructure and dielectric properties. The microstructure of ceramics obtained from powders containing 80% of additives as seeds and 20% as ions showed grains with well-defined crystalline planes. The largest mean size is about 2 mu m. Ceramic samples prepared with 80% of additives as seeds and 20% as ions showed better dielectric properties, and the highest dieletric constant is about 9100.
  • Production of self-flow zero-cement castables based on matrix rheological control

    Studart, A. R.; Zhong, W.; Pandolfelli, V. C.

    Abstract in Portuguese:

    Os concretos refratários auto-escoantes com reduzido teor de cimento têm se destacado pelo fato de associarem a facilidade de aplicação dos concretos de elevada fluidez, com o bom desempenho termomecânico dos refratários contendo baixo teor de CaO. Através do controle simultâneo da distribuição granulométrica e do estado de dispersão da matriz, é possível eliminar o cimento aluminoso (fonte de CaO) e quaisquer outros ligantes hidráulicos do concreto, mantendo sua auto-escoabilidade. Os concretos obtidos, denominados zero-cimento, apresentam resistência mecânica a verde compatível com aplicações industriais e excelentes propriedades a altas temperaturas. Neste trabalho, são apresentadas as condições de dispersão da matriz necessárias para a obtenção dos concretos zero-cimento, após um ajuste granulométrico prévio. As faixas de pH e de teor de dispersante ideais para a otimização da reologia da matriz são apresentadas graficamente em um mapa de estabilidade, o qual mostrou-se uma ferramenta bastante útil para a formulação dos concretos auto-escoantes zero-cimento.

    Abstract in English:

    Self-flow low-cement refractory castables have attracted much attention in the latest years because they combine the installation benefits of high-flowability castables with the good thermomechanical behaviour of low CaO-content refractories. By simultaneously controlling the castable particle size distribution and the matrix dispersion state, it becomes possible to eliminate the aluminous cement (CaO source) or any other hydraulic binder in the castable, keeping its self-flow ability. Such castables, named self-flow zero-cement castables, exhibit pre-firing mechanical strength compatible with industrial applications and outstanding high temperature properties. The matrix dispersion conditions necessary to obtain these castables are presented in this work. The optimum range of pH and dispersant amount for the matrix rheological optimisation are graphically presented in a stability map, which appears as a useful tool to prepare the self-flow high-alumina zero-cement castables.
  • Processing of zero-cement refractory castables containing alumina and microsilica

    Bonadia Neto, P.; Studart, A. R.; Suster, M.; Pandolfelli, V. C.

    Abstract in Portuguese:

    Os concretos auto-escoantes de reduzido teor de cimento aliam facilidade de aplicação a um bom desempenho em temperaturas elevadas. Estudos anteriores mostraram que a auto-escoabilidade e o empacotamento de partículas necessário para redução do teor de cimento são função da granulometria e do estado de dispersão da matriz do concreto. Bonadia e outros propuseram, então, uma metodologia de formulação de concretos baseada nestes dois conceitos, enfocando a otimização dos parâmetros granulométricos. Com a granulometria otimizada, Studart et al. geraram mapas de estabilidade, que fornecem as condições ideais para dispersão de uma matriz contendo apenas alumina. Com o auxílio destes mapas foi possível preparar concretos auto-escoantes isentos de cimento (zero-cimento). Devido à importância da microssílica como precursora da fase mulita no concreto, o objetivo deste trabalho foi gerar mapas de estabilidade para matrizes contendo alumina e microssílica. Os resultados mostraram uma correlação entre a fluidez dos concretos e as regiões de menor viscosidade e tensão de escoamento indicadas nos mapas.

    Abstract in English:

    Low and ultra-low cement self-flow castables combine good high temperature performance and faster application rate. It has been shown that the castable self-flow ability and packing is a function of its particle size distribution and matrix rheological conditions. Bonadia and others proposed a castable formulation methodology based on these two concepts, focusing mainly the particle size distribution parameters. Stability maps, which predict the ideal matrix dispersion conditions, were generated by Studart et al. for aluminous castables in order to complete the proposed methodology. Such maps allowed the preparation of self-flow zero-cement (without any hydraulic binder) castables compatible with industrial applications. Since microsilica is essential for mullite formation in castables, the main objective of this work is to generate stability maps for alumina and microsilica-containing matrixes. The results showed a good correlation among the castable flowability and the optimum viscosity and yield stress regions indicated in the maps.
  • Use of dilatometry to study the effect of different additives on the sintering of Si3N4

    Ribeiro, S.; Strecker, K.; Vernilli Jr ., F.

    Abstract in Portuguese:

    Nos últimos anos vem sendo testados óxidos de terras raras pesadas como aditivos de sinterização, via fase líquida, do nitreto de silício (Si3N4). Este trabalho visou o estudo do comportamento da sinterização do Si3N4 aditivado com um concentrado de óxidos de ítrio e terras raras pesadas e sílica, nas quantidades de 14 e 21%. Os resultados obtidos foram comparados com os apresentados quando do uso de óxido de ítrio e sílica, amplamente conhecidos como aditivos de sinterização de cerâmicas covalentes. Foi comparada também a influência da forma em que os aditivos foram usados, óxidos e dissilicatos. As experiências foram realizadas num dilatômetro e os resultados da sinterização são dados em termos de retração linear e velocidade de retração. Verificou-se que as amostras com maior quantidade de aditivos apresentaram maiores retrações, bem como velocidades de retração superiores. Para as amostras aditivadas com 14 e 21% de Y2O3/SiO2, os resultados foram de 13,1 e 15,5%, respectivamente, e para as aditivadas com concentrado/SiO2, 13,7 e 15,7%, respectivamente. Além disso, maiores retrações e razão de retração foram observadas para amostras com dissilicatos como aditivos, em comparação às amostras com a correspondente mistura de óxidos. Em todos os casos, as amostras aditivadas com o concentrado/SiO2, apresentaram retrações e velocidades de retração superiores às apresentadas pelas aditivadas com Y2O3/SiO2, mostrando ser mais eficiente como aditivo de sinterização do Si3N4.

    Abstract in English:

    In recent years heavy rare earth oxides have been investigated as sinter additives in the liquid phase sintering of silicon nitride, Si3N4. This work reports on comparative sintering experiments of Si3N4 with yttria/silica and rare earth oxide concentrate/silica additions. The additive contents used were 14 and 21 vol%. The influence of pure oxide additions was compared to that of pre-reacted disilicates. The experiments were conducted using high temperature dilatometry and the results are presented in terms of the linear shrinkage and the rate of shrinkage. It was verified that the samples with higher additive content showed higher shrinkage as well as higher shrinkage rates. For samples doped with 14 and 21% of Y2O3/SiO2 additives, the shrinkage was 13,1 and 15,5% respectively and for samples doped with the same amounts of rare earth oxide concentrate/SiO2, 13,7 and 15,7% respectively. Furthermore, higher shrinkages and shrinkage rates have been observed for samples with pre-reacted disilicate additions, when compared to samples with separate oxide additions. In all cases, samples with rare earth oxide concentrate as sinter additive presented higher shrinkages and shrinkage rates in comparison to the correspondent samples with Y2O3 additions.
  • R-curve behavior of MgO-C refractories

    Rodrigues, J. A.; Pandolfelli, V. C.

    Abstract in Portuguese:

    Refratários de MgO-C com 8 e 13 %-p (%-pêso) de carbono foram estudados quanto às suas propriedades mecânicas e termo-mecânicas. O módulo de ruptura, o módulo elástico, o coeficiente de expansão térmica linear, a tenacidade à fratura, a energia total de fratura e os parâmetros de resistência ao dano por choque térmico, R'''' e Rst, foram caracterizados. A resistência ao dano por choque térmico foi investigada através da aplicação de um único ciclo de choque térmico com a sua severidade variando no intervalo de 200 °C a 800 °C. Os métodos das linhas radiantes, elasto-plástico e energético foram aplicados para a obtenção das curvas-R. A forma e o comportamento de curva-R desses materiais também foram investigados. A partir das curvas-R obtidas, deduziu-se os valores médios de R, sendo esses valores comparados com a energia total de fratura, como critério de confiabilidade nas curvas-R encontradas. Com isso pôde-se investigar, para esses refratários, o efeito do teor de carbono sobre o nível e a forma da curva-R, assim como o efeito dos diferentes métodos de determinação da curva-R. Os resultados indicam claramente que embora o aumento do teor de carbono, na forma de flocos de grafite, enfraqueça o material, em termos de resistência mecânica, esse mesmo carbono causa o aumento significativo da energia total de fratura e da resistência ao dano por choque térmico. Conluíu-se que, surpreendentemente, o método das linhas radiantes para a determinação da curva-R dos refratários de MgO-C é o mais adequado e confiável. A importância disso está no fato desse método ser o mais simples e de não requerer instrumentação onerosa, tendo como base tão somente a mecânica elástica linear. Isso sugere uma metodologia de caracterização termo-mecânica simples para ser usada na fabricação e na recepção de refratários, quando se tratar de resistência ao dano por choque térmico.

    Abstract in English:

    MgO-C refractories with 8 and 13 wt-% Carbon were studied regarding its mechanical and thermo-mechanical properties. The modulus of rupture, the modulus of elasticity, the linear thermal expansion coefficient, the fracture toughness, the total work of fracture, and the parameters expressing the resistance to thermal shock damage, R'''' and Rst, were characterized. Thermal shock damage was investigated by submitting the refractories to a single thermal shock cycle in the temperature range of 200°C to 800°C. The radiant lines, elasto-plastic and energetic methods were applied to obtain the R-curves. The shape and behaviour of the R-curve of these materials were also investigated. Based on the R-curves profiles, the average R values were obtained and compared to those of the total work of fracture, which were assumed as the criterion to evaluate the R-curves reliability. Thus, it was possible to investigate the effect of the carbon content on the level and shape of the R-curve for these refractories, as well as the effect of the different methods used to determine the R-curve. The results clearly indicate that, although an increase of the carbon content in the form of graphite flakes weakens the material in terms of mechanical strength, this same carbon causes a significant increase of total work of fracture and of resistance to thermal shock damage. Lastly, it was concluded that, surprisingly, the radiant lines method to determine the R-curve of MgO-C refractories is the most suitable and reliable one. The importance of this result lies on the simplicity of the radiant lines method since it does not require sophisticated and costly instrumentation and it is based simply on linear elastic mechanics. This suggests a methodology for a suitable and simple thermo-mechanical quality control for these refractories, insofar as resistance to thermal shock damage is concerned.
  • Abstract of M.Sc. Dissertation

  • Abstract of doctorate thesis

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