Processamento coloidal de compósitos nanoestruturados metal-cerâmica via moagem de alta energia

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010Nas últimas décadas o processamento de materiais compósitos tem despertado interesse pelas combinações de propriedades mecânicas, magnéticas, ópticas ou catalíticas. O compósito níquel-cerâmica combina resistência à corrosão e tenacidade do níquel com a dureza e estabilidade termodinâmica da cerâmica. A técnica consolidada na produção destes materiais é a moagem de alta energia na qual o potencial energético para a síntese de materiais advém da deformação plástica. Uma técnica alternativa que vem sendo citada nos últimos anos na literatura para obtenção de componentes de níquel e compósitos níquel-cerâmica é o processamento coloidal. A técnica baseia-se na obtenção de uma suspensão estável de partículas dispersas em um meio líquido onde não ocorram processos de aglomeração ou sedimentação dos sólidos até o momento de sua consolidação. O objetivo deste trabalho é analisar o efeito da inserção de nanopartículas de sílica e titânia no processamento (comportamento reológico e moagem de alta energia), na microestrutura e propriedades de compósitos com matriz de níquel. Para tanto foram realizados ensaios relógicos, difração de raiosx, dilatometria, densidade, microdureza e análise microestrutural para as composições de níquel puro, 1, 3, 5 e 10 vol.% em volume de sílica e 1, 3 e 5 vol.% de titânia. Os compactados sinterizados com presença de nanopartículas de sílica apresentaram melhores resultados quando processados via colagem de barbotina. Entretanto, os compactados com adição de nanopartículas de titânia alcançaram melhores resultados quando processadas por moagem de alta energia, sendo avaliadas pelos resultados de porosidade, dureza e microestrutura. Os resultados de dilatometria mostraram que o processo de moagem reduziu a temperatura de maior taxa de densificação. A difração de raios-X revelou que a moagem por atrição reduziu os tamanhos dos cristalitos dos compósitos independentemente do tipo e da fração volumétrica de nanopartículas cerâmicas.In recent decades the processing of composite materials has aroused interest in combinations of mechanical, magnetic, optical or catalytic properties. A nickel-ceramic composite, combines corrosion resistance and toughness of nickel with the thermodynamic stability of ceramics. A consolidated technique for the production of these materials is the high energy milling in which the potential energy for the synthesis of materials is by plastic deformation and subsequent annealing. An alternative technique that has been cited in the literature in recent years to obtain components of nickel and nickel-ceramic composites is the colloidal processing. The technique is based on achieving a stable suspension of particles dispersed in a liquid medium avoiding agglomeration or sedimentation of solids before consolidation. The aim of this study is to analyze the effect of the insertion of ceramic nanoparticles of silicon dioxide and titanium dioxide on processing (rheology and mechanical alloying), microstructure and properties of nickel-matrix composites. Several analyses were performed including rheological behavior, x-ray diffraction, dilatometry, density, microhardness and microstructural analysis for the compositions of pure nickel, 1, 3, 5 and 10 vol.% SiO2 and a 1, 3 and 5 vol.% TiO2. The silica nanoparticles reached better results when processed by slip casting. However, nanoparticles of titania achieved more satisfactory results when processed by mechanical alloying, when analyzed from viewpoints of porosity, hardness and microstructure. The results of dilatometry showed that the milling process reduced the temperature of the highest rate of densification. The X-ray diffraction revealed a reduction in crystallite size regardless of the type and volume fraction of ceramic nanoparticles

Produção de compósitos Cu-ZrO2 por meio de processamento coloidal aquoso

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2014Esta tese de doutorado apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de processamento para a estabilização de suspensões de partículas de cobre metálico reforçadas com nanopartículas de ZrO2, em meio aquoso, para a produção de componentes densos e porosos. Neste sentido, foi realizada uma etapa inicial de caracterização do pó de cobre, via química coloidal, analisando interações entre a superfície das partículas de cobre e o meio líquido em valores crescentes de pH e com a adição de um dispersante. Esta etapa viabilizou a produção de suspensões Cu-ZrO2 com fluidez adequada até a concentração de 58% em volume (92% em massa). A seguir, as suspensões foram submetidas a três técnicas coloidais: colagem de barbotina (slip casting), colagem de fitas (tape casting) e réplica (replica). Mantendo-se a concentração de sólidos das suspensões de cobre, adicionaram-se nanopartículas de zircônia até 3% em volume. Foi empregada a técnica de colagem de barbotina para avaliar as condições de empacotamento de partículas e previsão do seu comportamento durante a sinterização. Para a obtenção das fitas, adicionou-se um ligante às suspensões na condição ideal de 3% em massa, fato que conferiu flexibilidade e resistência a verde às fitas processadas. A última técnica de processamento empregada foi a impregnação e réplica para a produção de componentes porosos. O comportamento térmico dos materiais foi avaliado de acordo com ensaios de dilatometria, análise térmica diferencial (ATD) e termogravimetria (TG). A adição das nanopartículas levou a um retardo na sinterização dos componentes devido à maior refratariedade da zircônia. Os materiais conformados foram sinterizados a temperaturas de até 1000°C em atmosfera de Ar/5%H2. Por fim, todos os materiais produzidos foram caracterizados por densidade e microscopia eletrônica de varredura. A caracterização mecânica se deu por microdureza Vickers para os compactados colados. No caso das fitas sinterizadas, a caracterização mecânica foi realizada via ensaio de tração. O melhor resultado atingido foi com 1% em volume de zircônia, combinando propriedades reológicas e mecânicas.Abstracts: This thesis presents the development of a processing methodology for the stabilization of copper suspensions reinforced with ZrO2 nanoparticles in aqueous medium to produce dense and porous components. Therefore, a previous stage of powder characterization, colloidal chemically was performed by analyzing interactions between the surface of copper particles and the liquid medium at increasing pH values and with the addition of a dispersant. This step enabled the production of Cu-ZrO2 suspensions with adequate flowability at the concentration of 58vol% (92wt%). Subsequently, the suspensions were subjected to three colloidal techniques: slip casting, tape casting and replica. Maintaining the solids content of the copper suspension, zirconia nanoparticles were added up to 3 vol.%. The slip casting technique was applied to evaluate the particles packing conditions and their behavior during sintering. To obtain the tapes, a binder was added to the suspensions in the ideal condition of 3wt.%, which conferred flexibility and green strength. The latter technique employed was replica to produce porous components. The thermal behavior of the materials was evaluated according to dilatometry, differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetry (TG). The addition of nanoparticles led to a sintering impediment of the components due to increased refractoriness of zirconia. The green materials were sintered at temperatures up to 1000°C in Ar/5% H2 flowing atmosphere. Finally, all materials produced were characterized by density and scanning electron microscopy. This mechanical characterization was performed by Vickers microhardness. For sintered tapes, mechanical characterization was performed by tensile testing. The best result was achieved with Cu-1ZrO2 combining rheological and mechanical properties

Produção e caracterização de uma liga Fe-Ni obtida por processamento coloidal aquoso e reação de estado sólido

O processamento coloidal é uma técnica amplamente usada para a produção de componentes cerâmicos. Diversos artigos científicos foram publicados na última década apresentando a possibilidade de se obter suspensões aquosas concentradas estáveis de partículas metálicas a partir do seu controle de pH e uso de dispersantes. Este artigo tem o objetivo de estudar a produção de um aço com microestrutura austenítica usando pós elementares de ferro (Fe) e níquel (Ni) via rota coloidal. Para tanto, foram realizadas medições de potencial zeta entre os pHs 2 e 12 para a composição Fe30Ni em massa. As suspensões aquosas atingiram concentrações de sólidos de até 45% v/v e processadas por colagem de barbotina. Os compactados colados foram caracterizados por densidade (Arquimedes), análise térmica diferencial (ATD) e dilatometria. Após a sinterização aos 900°C e 1100°C/1h, os compactados apresentaram microestrutura com formação de maclas de recozimento, porosidade inferior a 10% em volume e microdureza Vickers aproximada de 160 HV.Palavras-chave: Reologia, ligas metálicas e colagem de barbotina

Land Use Change Emission Scenarios: Anticipating A Forest Transition Process In The Brazilian Amazon?

Following an intense occupation process that was initiated in the 1960s, deforestation rates in the Brazilian Amazon have decreased significantly since 2004, stabilizing around 6000km(2) yr(1) in the last 5 years. A convergence of conditions contributed to this, including the creation of protected areas, the use of effective monitoring systems, and credit restriction mechanisms. Nevertheless, other threats remain, including the rapidly expanding global markets for agricultural commodities, large-scale transportation and energy infrastructure projects, and weak institutions. We propose three updated qualitative and quantitative land use scenarios for the Brazilian Amazon, including a normative Sustainability scenario in which we envision major socioeconomic, institutional and environmental achievements in the region. We developed an innovative spatially-explicit modelling approach capable of representing alternative pathways of the clear-cut deforestation, secondary vegetation dynamics and the old growth forest degradation. We use the computational models to estimate net deforestation-driven carbon emissions for the different scenarios. The region would become a sink of carbon after 2020 in a scenario of residual deforestation (~1000 km(2) yr(-1) ) and a change in the current dynamics of the secondary vegetation - in a forest transition scenario. However, our results also show that the continuation of the current situation of relatively low deforestation rates and short life cycle of the secondary vegetation would maintain the region as a source of CO2 - even if a large portion of the deforested area is covered by secondary vegetation. In relation to the old growth forest degradation process, we estimated average gross emission corresponding to 47% of the clear-cut deforestation from 2007 to 2013 (using the DEGRAD system data), although the aggregate effects of the post-disturbance regeneration can partially offset these emissions. Both processes (secondary vegetation and forest degradation) need to be better understood as they potentially will play a decisive role in the future regional carbon balance. This article is protected by copyright. All rights reserved.22Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Núcleos de Ensino da Unesp: artigos 2007

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq