Projeto, caracterização e preparação de camada de proteção para revestimento cerâmico constituída por vitrocerâmico do sistema LZSA

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.Uma camada de proteção para a superfície vidrada de revestimentos cerâmicos, em particular do tipo gres porcelânico esmaltado, constituída por um vitrocerâmico do Sistema LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3), foi projetada, caracterizada e preparada neste trabalho. Diversas composições, obtidas a partir de carbonato de lítio, silicato de zircônio, quartzo e espodumênio como matérias-primas, foram fundidas à temperatura de 1480ºC para a obtenção dos vidros (fritas). Cada composição foi moída para se obter um pó com diâmetro médio de partícula em torno de 4,6 mm e caracterizada por meio de análise química, durabilidade química, análise térmica diferencial, análise do comportamento durante o processo de sinterização, difratometria de raios X e análise dilatométrica. Usando-se o coeficiente de expansão térmica (CET), sinterabilidade e resistência química como critérios de seleção, a composição LZS4A foi obtida em escala industrial e utilizada, juntamente com alumina, quartzo e silicato de zircônio em percentuais de 0, 10 e 20% em massa, para a obtenção de materiais compósitos. Cada composição foi moída para se obter um pó com diâmetro médio de partícula em torno de 5 mm e caracterizada por meio de análise térmica diferencial, análise dilatométrica, comportamento durante a sinterização, difratometria de raios X, análise microestrutural, absorção d'água, resistência química e comportamento mecânico. Com base nos resultados obtidos, as composições contendo silicato de zircônio como partículas de reforço foram selecionadas para serem aplicadas como camada de proteção sobre a superfície vidrada de um revestimento cerâmico do tipo gres porcelânico. Os resultados mostraram que a resistência ao risco da superfície vidrada do revestimento cerâmico passou de 4 para 9 na escala Mohs, enquanto que o brilho superficial foi reduzido de 96,2 para 71,2 UB. Além disso, o material final foi classificado como PEI 5 com classe de manchabilidade 4

Sinterabilidade de pós de precursor vitrocerâmico do sistema LZSA tratados por troca iônica

Ion exchange method was employed by means of surface modification of the glass powders of LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) system submitted to a 70wt% NaNO3/30wt% NaSO4 bath salt followed by a heat treatment. Chemical analysis by X-ray fluorescence was used to evaluate the efficiency of ion exchange, while optical dilatometry was employed to evaluate sintering of compacts. Evaluation of the structure of sintered bodies was made by scanning electron microscopy. Substitution of Li+ ions by Na+ ions on the surface of powders during heat treatments of 450 and 600 ºC for 2-10 h promoted an increase in densification of the sintered bodies

Cristalização de superfície em vidro do sistema Li2O--ZrO2--SiO2--Al2O3

A cinética de crescimento da camada superficial cristalizada em um vidro de composição do sistema LZSA,11,7Li2O·12,6ZrO2·68,6SiO2·7,1Al2O3 (% massa), foi estudada. Para a produção do vidro, utilizou-se matérias-primas comerciais (Li2CO3, ZrSiO4, SiO2, Al2O3), as quais foram homogeneizadas e fundidas a 1550 °Cpor 120 min e então vazadas em molde metálico. Amostras do vidro obtido foram seccionadas e submetidas atratamentos térmicos em diferentes temperaturas (825--925 °C) e tempos (30--150 min) para formação e crescimentoda camada cristalina. Seções transversais das amostras tratadas termicamente foram lixadas e polidas,tal que imagens das camadas cristalizadas pudessem ser visualizadas e medidas por microscopia. Os resultadosmostraram que é possível obter vidros do sistema LZSA com camadas cristalizadas contendo principalmenteespodumênio-β e silicatos de zircônio e lítio, de espessuras entre 13 e 665 μm, as quais crescem comvelocidades entre 0,4 e 4,8 μm/min no intervalo de temperatura estudado

Lightweight high-strength concrete with the use of waste cenosphere as fine aggregate

Cenosphere is a coal combustion by-product that presents interesting properties to be used in the productionof cementitious materials, such as hollow structure, low density, low thermal conductivity and notably thermalstability. In addition, it displays pozzolanic reactivity under thermal curing. However, the cenospherepotential for the development of unique construction materials has not been fully investigated, remainingobscure for both power plants and the construction field. This study investigated the employment of wastecenosphere in partial substitution to sand for the obtainment of high-strength lightweight concrete materials.Cenosphere from a Brazilian power plant was chemically and physically characterized and the feasibility ofits use in concretes was investigated. It was discovered that the power plant’s fly ash is composed of approximately0.2% of cenosphere. In addition, the cenosphere displayed size ranging from 30 to 300 μm and weresuitable for use as fine aggregate in concrete. Concrete with 33, 67, and 100% fine aggregate replacement bythe waste cenosphere was produced. Cenosphere-based high strength concrete presented strength higher than70 MPa and density as low as 1500 kg · m-3. Compared to mixes of reference, cenosphere application as fineaggregate improved the specific strength of high-strength concrete while maintaining equivalent mechanicalproperties.Keywords: waste material; cenosphere; high strength concrete; lightweight cementitious materials

Crystallisation Kinetics of a β

LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) glass ceramic system has shown high potential to obtain LTCC laminate tapes at low sintering temperature (<1000°C) for several applications, such as screen-printed electronic components. Furthermore, LZSA glass ceramics offer interesting mechanical, chemical, and thermal properties, which make LZSA also a potential candidate for fabricating multilayered structures processed by Laminated Objects Manufacturing (LOM) technology. The crystallization kinetics of an LZSA glass ceramic with a composition of 16.9Li2O⋅5.0ZrO2⋅65.1SiO2⋅8.6Al2O3 was investigated using nonisothermal methods by differential thermal analysis and scanning electronic microscopy. Apparent activation energy for crystallization was found to be in the 274–292 kJ⋅mol−1 range, and an Avrami parameter n of 1 was obtained that is compared very favorably with SEM observations

Efeito da adição de resíduo de vidro em massa de cerâmica de alvenaria

Este trabalho investigou o efeito da adição de resíduo de vidro para fabricação de cerâmica de alvenaria. Foramconformados corpos-de-prova cilíndricos de 27 mm de diâmetro por 45 mm de altura, a partir da massapadrão de uma indústria de cerâmica vermelha e outras 3 formulações (5, 10 e 20%) com incorporação devidro, baseado em estudos apresentados na literatura. O tratamento térmico foi realizado em forno mufla em3 temperaturas (800, 900 e 1000 °C). As propriedades tecnológicas avaliadas foram: retração de secagem ede queima, absorção de água, perda ao fogo e resistência mecânica à compressão. Foi possível observar que aretração de secagem baixou de 7,9 para 5,9% com o aumento do teor de vidro adicionado. A adição de resíduode vidro à massa cerâmica não interferiu significativamente na retração de queima a 800 e 900 °C, masaumentou significativamente a 1000 °C, assim como a absorção de água foi reduzida consideravelmente a1000 °C. A adição de resíduo de vidro reduziu a resistência à compressão das peças cerâmicas em até 4,4MPa, mas os valores encontrados ficaram dentro do estabelecido por norma. A composição com adição de20% de resíduo de vidro sinterizada a 900 °C alcançou 6 MPa, valor superior ao 1,5 MPa estabelecido pornorma a blocos de vedação. A 1000 °C foi observada a ocorrência de overfiring, que leva ao surgimento debolhas e deformação. A adição de até 20% de resíduo de vidro à massa cerâmica para alvenaria sinterizada a900 °C apresenta valores aceitáveis pela norma brasileira, das propriedades tecnológicas avaliadas, com avantagem de reduzir a tendência ao surgimento de trincas de secagem e à variação dimensional, além de contribuirpara a redução de uso de matérias-primas virgens e de se dar um destino racional a um resíduo.Palavras-chave: cerâmica de alvenaria; resíduo de vidro; propriedades tecnológicas