Resumo em Português:

A secagem é uma etapa crítica do processamento de concretos refratários, pois a saída de água contida em sua estrutura pode provocar danos mecânicos ou até mesmo explosões durante o aquecimento inicial. Com a finalidade de minimizar esses problemas, fibras poliméricas têm sido adicionadas à formulação (0,01-0,1% em peso), porém a forma como atuam não foi totalmente esclarecida. O entendimento do efeito das fibras no aumento de permeabilidade dos refratários pode possibilitar o projeto de concretos menos susceptíveis a explosões e que possam ser secos de forma otimizada. Este trabalho investigou a influência da adição de fibras de polipropileno (PP) com diferentes tamanhos (0,1-24 mm, a 0,09% em peso) na permeabilidade de concretos refratários projetados com distribuições granulométricas distintas (modelo de Andreasen q=0,21 e 0,26). As amostras foram avaliadas através de medidas de permeabilidade em baixa (PBT, a 25 ºC) e porosimetria de imersão.

Resumo em Inglês:

The drying process of refractory castables is a critical step on their processing due to the explosive spalling tendency during the first heat up. Polymeric fibers are incorporated to the castable's formulation (0.01-0.1%wt) in order to minimize or avoid these problems, but the fibers performance has not been completely explained so far. Understanding the castable's permeability enhancement mechanisms, can lead to the design of monolithics less susceptible to explosive spalling, with better quality and optimized drying schedules. The purpose of this work was to evaluate the influence of polymeric fibers addition with different lengths (0.1-24 mm) into castables with two distinct particle-size distributions based on Andreasen's packing model using distribution coefficient values q of 0.21 and 0.26. The samples were evaluated by low temperature permeametry (LTP, 25 °C) and porosimetry.

Resumo em Português:

Expansão por umidade (EPU) é o aumento das dimensões do corpo cerâmico devido à adsorção de água, podendo ter grande influência na vida útil dos materiais cerâmicos. Este trabalho tem por objetivo relacionar a EPU e a absorção de água de pisos cerâmicos comerciais, com a sua composição química e a quantidade estimada de fase vítrea, calculada utilizando-se o diagrama de equilíbrio de fases do sistema SiO2.Al2O3.K2 O e a regra da alavanca. Foram estudadas amostras de vinte e três tipos de pisos cerâmicos comerciais. Foi realizada a análise química das amostras (via úmida) e determinada a sua EPU e absorção de água (ensaios realizados de acordo com a norma Brasileira NBR 13818). Foi também determinada a área superficial específica de algumas amostras por adsorção de nitrogênio (BET). Os resultados obtidos mostram genericamente uma proporcionalidade inversa entre a EPU e a absorção de água, para a maioria das amostras, e a análise utilizando o diagrama de fases sugere uma relação decrescente entre a absorção de água e a quantidade estimada de fase vítrea, e uma relação crescente entre a EPU e a quantidade estimada de fase vítrea.

Resumo em Inglês:

Moisture expansion is the size increase of the ceramic body due to water adsorption and can have a great influence in the ceramic material service life. This work aims to relate the moisture expansion and water absorption of commercial ceramic tiles with their chemical composition and estimated glassy phase content, calculated from the phase equilibrium diagram of the system SiO2.Al2O3.K2 O using the lever rule. Samples of twenty three commercial ceramic tiles were studied. The chemical composition of the samples was obtained (wet route) and their moisture expansion and water absorption were determined (according to the Brazilian standard NBR 13818). The specific surface area of some samples was also determined, using the nitrogen adsorption methodology (BET). The results obtained generally show an inverse proportionality between the moisture expansion and the water absorption, for the majority of the samples. The analysis using the phase diagram suggests an inverse proportionality between the water absorption and the estimated glassy phase content and a direct proportionality between the moisture expansion and the quantity of glassy phase.

Resumo em Português:

O aumento na produção de concretos refratários de alto desempenho tem demandado proporcional acréscimo no entendimento do comportamento reológico de suspensões concentradas de sólidos. Os concretos podem ser considerados como sistemas contendo agregados cujo diâmetro médio de partícula é superior a 100 mm e partículas finas que constituem a matriz. A reologia desse sistema é determinada, predominantemente, pela viscosidade da matriz, porém influenciada por parâmetros associados aos agregados. Este trabalho simula um sistema fluido-partícula, empregando um compósito vidro-partícula de alumina, caracterizando-o quanto à sua viscosidade em temperaturas em torno de 600 °C. Um viscosímetro de flexão foi empregado para medir as altas viscosidades do compósito. São mostrados resultados de viscosidade para diferentes teores de partículas de alumina. O sistema vidro-partícula apresentou um máximo na viscosidade para teores em torno de 50%-vol de partículas. Até aproximadamente 40%-vol de partículas, o compósito se comporta como um sistema newtoniano entre 560 ºC e 670 °C. Os resultados deste trabalho indicam a possibilidade de simulação da reologia na preparação de concretos refratários e da fluência do concreto operando em alta temperatura.

Resumo em Inglês:

Basic knowledge on rheological behaviour of highly concentrated suspensions is nowadays a very important issue in the refractory industry, regarding the production of high-performance castables. Refractory castables can be considered as a system containing aggregates and particles larger than 100 mm and finer ones constituting a matrix. In that system, the rheological behaviour is mainly determined by the viscosity of the matrix, although it is affected by parameters related to the aggregates. This work simulates a fluid-particle system through the use of a glass-alumina particle composite which viscosity was evaluated at temperatures close to 600 ºC. A beam-bending viscometer was employed to measure the viscosity of the composites. The system glass-particle has presented a maximum viscosity around 50 vol-% of particles. The newtonian behaviour is verified for this system up to 40 vol-% of particles in the temperature range 560-670 °C. The results of this work indicate the possibility of rheology simulation of refractory castables and insights on the creep at the working conditions.

Resumo em Português:

A sinterização de SnO2 puro foi estudado por taxa constante de aquecimento e por sinterização isotérmica. O estudo de taxa constante de aquecimento mostrou que não ocorre retração macroscópica durante o processo de sinterização até temperaturas de 1500 ºC. Medidas de distribuição de tamanho de poros, usando adsorção de gás, tamanho de grão e tamanho de cristalito para amostras sinterizadas isotermicamente mostrou a não formação de uma microestrutura não-densificante durante o processo de sinterização. Estes resultados são um forte indicativo que a densificação foi inibida por fatores termodinâmicos, principalmente o alto valor da razão de gamaGB/gSV. Uma explicação, baseada na natureza covalente da ligação química e no balanço entre forças atrativas e repulsivas, é apresentada para explicar o alto valor da razão gamaGB/gamaSV no SnO2.

Resumo em Inglês:

Pure SnO2 sintering was studied by constant heating rate and isothermal sintering. The constant heating rate study showed no macroscopic shrinkage during the sintering process up to 1500 ºC. Pore size distribution measurements, using gas desorption, and grain size and crystallite size measurements of isothermally sintered samples showed no formation of non-densifying microstructures during the sintering process. These results are a strong indication that densification was prevented by thermodynamic factors, mainly the high ratio of gammaGB/gSV. An explanation, based on the nature of covalent bonding and the balance between attractive and repulsive forces, was proposed to explain the high gammaGB/gammaSV ratio in SnO2.

Resumo em Português:

Cerâmicas ferroelétricas transparentes têm sido largamente empregadas em dispositivos ópticos e eletro-ópticos. Neste trabalho apresentamos recentes progressos alcançados pelo GCFerr/DF-UFSCar na obtenção de cerâmicas ferroelétricas transparentes, obtidas por prensagem uniaxial a quente. São apresentados resultados de caracterizações microestrutural, estrutural, óptica, dielétrica, piroelétrica, eletro-óptica, eletrostrictiva e ferroelétrica, em cerâmicas de titanato zirconato de chumbo modificado com lantânio (PLZT) e niobato de magnésio e chumbo - titanato de chumbo modificado com lantânio (PLMN-PT). Os resultados obtidos revelaram uma microestrutura homogênea, altos valores de densidade e ausência de fases segregadas para as cerâmicas de ambas composições. Conseqüentemente, altos valores de transmitância foram observados para as regiões visível e infravermelho próximo. As medidas elétricas também apresentaram excelentes resultados, quando comparados à literatura, demonstrando a alta qualidade das amostras obtidas.

Resumo em Inglês:

Transparent ferroelectric ceramics have been extensively employed in optical and electrooptical devices. The recent progresses achieved by the GCFerr/DF - UFSCar in the production of the transparent ferroelectric ceramics, through uniaxial hot-pressing technique, are presented. The physical property characterization, as microstructural, structural, optical, dielectrical, pyroelectric, electro-optical, electrostrictive and ferroelectric are reported for lanthanum modified lead zirconate titanate (PLZT) and lanthanum modified lead magnesium niobate - lead titanate (PLMN-PT) ceramics. The results revealed a homogeneous microstructure, high densities and absence of second phases for the ceramics of both compositions. Consequently, high optical transmittance was found in the visible and infrared range. The electrical measurements also presented excellent results when compared to those reported in the literature confirming the high quality of the samples.

Resumo em Português:

Cerâmicas densas de óxido de estanho são muito promissoras para aplicações tecnológicas como varistores e cadinhos de fusão de vidros corrosivos. Vários aditivos em pequenas concentrações podem ser usados como promotores de densificação desta cerâmica. No presente trabalho foram estudadas as cinéticas de sinterização do óxido de estanho, considerando o efeito de atmosfera de sinterização e da concentração de MnO2. Sistemas de SnO2-MnO2 foram preparados pelo método dos precursores poliméricos e os pós obtidos foram caracterizados por medidas de área de superfície específica (BET) e por difração de raios X. Pós de SnO2 com concentrações variadas de MnO2 foram compactados de forma cilíndrica e sinterizados em dilatômetro com taxa de aquecimento constante e atmosferas controladas. Amostras sinterizadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura. A influência da atmosfera (argônio, ar ou CO2) como também das concentrações de MnO2 na cinética de sinterização foram determinadas. Os dados cinéticos da retração linear foram analisados pelos modelos cinéticos para a fase inicial de sinterização (Woolfrey e Bannister) como também para a sinterização global (Su e Johnson) permitindo determinar a energia de ativação aparente. De acordo com a determinação da curva mestre de sinterização, a energia de ativação aparente de todo o processo de sinterização foi determinada bem como sua dependência com a atmosfera e concentrações de manganês. Baseado nestes valores e no expoente n, pode-se determinar, pela equação clássica de crescimento de grão, que o mecanismo de sinterização mais provável é de difusão por contorno de grão com redistribuição superficial controlando a cinética de sinterização.

Resumo em Inglês:

Dense tin oxide based ceramics are very promising for technological applications such as varistors and crucibles for melting very corrosive glasses. Several additives have been used in small concentrations as densifying aids for this oxide. In the present study the sintering kinetics of tin oxide was studied considering the effect of sintering atmosphere and of the MnO2 concentration. SnO2-MnO2 systems were prepared from the polymeric precursors method and the obtained powders were characterized by surface area by the BET method. SnO2 powders with varied MnO2 concentrations were pressed in cylindrical shape, and sintered in a dilatometer furnace with constant heating rate and controlled atmospheres. Sintered samples were characterized by scanning electron microscopy. The influence of atmosphere (argon, air or CO2) as well as of the MnO2 concentrations on the sintering kinetics was determined. The kinetics data of linear shrinkage were analyzed in terms of kinetic models for the initial stage of sintering (Woolfrey and Bannister) as well as for the global sintering (Su e Johnson) allowing the determination of the apparent activation energy. Following the determination of the master sintering curve the apparent activation energy of all sintering process were determined as well as its dependence with the atmosphere and manganese concentrations. Based on these values and on the n exponent, determined by the classical grain growth equation, it was concluded that the most probable sintering mechanism is grain boundary diffusion with surface redistribution controlling the kinetics.

Resumo em Português:

Pós de titanato zirconato de chumbo (PZT) puros e dopados com bário foram obtidos pelo método de precursores poliméricos, conformados uniaxialmente, na forma de cilindros, utilizando 15 MPa, e prensados isostaticamente à 210MPa. Com o objetivo de estudar o comportamento de sinterização os compactos foram divididos em dois lotes. Sendo um sinterizado em um forno acoplado a um dilatômetro até a temperatura de 1300 °C e o outro sinterizado em forno tipo mufla, em sistema fechado, na temperatura de 1100 °C por 4 horas. Verificou-se que a adição do íon bário influencia na cinética de sinterização, na densificação final, na microestrutura e nas propriedades elétricas da cerâmica. A adição de bário aumenta a concentração da fase tetragonal no PZT, em função da substituição do chumbo por bário na rede perovskita. As amostras dopadas com concentrações maiores que 5,0 mol % em bário apresentaram segregação de PbO no contorno de grão, inibindo seu crescimento.

Resumo em Inglês:

Pure and barium doped lead zirconate titanate powders were obtained by the polymeric precursor method, uniaxially conformed in cylinders form using 15 MPa and pressing isostatically at 210 MPa. In order to study the sintering behaviour, the compacts were divided in two parts. One part was sintered in a dilatometer furnace till 1300 °C and the other one sintered in muffle furnace in the temperature of 1100 °C for 4 hours. It was verified that the addition of barium influences on the sintering kinetics, on the final density, microstructure and electric properties of the ceramics. The addition of barium increases the concentration of the tetragonal phase of PZT due to the substitution of lead by barium in the perovskite lattice. The samples doped with barium concentrations higher than 5.0 mol % leads to the segregation of PbO in the grain boundary, inhibiting grain growth.

Resumo em Português:

Os pós à base de óxido de estanho são conhecidos por apresentarem baixa densificação mesmo a temperaturas de sinterização acima de 1500 °C. A introdução de diferentes íons metálicos como Mn2+, Fe3+ e Cu2+ induzem a redução do volume de poros e crescimento de grãos durante a sinterização. Pós à base de SnO2 foram preparados pela rota química derivada da patente de Pechini, contendo diferentes concentrações de Mg2+ ou Fe3+. Todas as amostras apresentaram uma alta taxa de densificação nos momentos iniciais, quando sinterizadas por "fast firing". As amostras contendo 5% em mol de ferro sinterizadas durante 30 s a 1200 °C apresentaram densidades superiores às amostras sinterizadas por aquecimento em taxas normais (10 °C/min) por 4 h a 1200 °C. O fenômeno de eliminação rápida de poros pode ser explicado, levando em conta o papel da superfície no fenômeno de sinterização. A saturação da superfície pelo aditivo foi confirmada por medidas de mobilidade eletroforética dinâmica com base na literatura e em dados experimentais.

Resumo em Inglês:

Tin oxide based powders without additives present low densification even at high sintering temperatures. Different metal cations such as Fe3+, Mn2+ and Cu2+ are introduced into such powders and induce pore volume reduction during sintering. In this work, SnO2 based powders were prepared with different amounts of Mg2+ and Fe3+ by a polymeric chemical process derived from Pechini's method. All samples presented high initial densification rate when sintered by fast firing. SnO2 samples containing 5 mol % of iron ions and sintered by fast firing at 1200 °C during 30 s were denser than samples with the same composition but sintered by conventional method, e.g., 1200 °C during 4 h at 10 °C/min. The fast densification could be understood considering the role of the surface on the sintering phenomenon. The surface saturation was verified by electrokinetic mobility measurements and reported results.