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A presença de aglomerados em pós cerâmicos é fonte conhecida de heterogeneidade e defeitos nos produtos finais, uma vez que na etapa de sinterização ocorre densificação diferencial dos aglomerados. Assim, o controle de todas as etapas do processamento para obtenção de corpos cerâmicos livres de aglomerados e com microestrutura homogênea é de fundamental importância. Neste trabalho foram avaliadas as condições mais adequadas para reduzir a presença de agregados proveniente da etapa de moagem de alta energia, bem como o controle da etapa de secagem para a obtenção de uma microestrutura com tamanho de grãos pequenos e distribuição homogênea das partículas de inclusões no interior da matriz.

A presença de aglomerados em pós cerâmicos é fonte conhecida de heterogeneidade e defeitos nos produtos finais, uma vez que na etapa de sinterização ocorre densificação diferencial dos aglomerados. Assim, o controle de todas as etapas do processamento para obtenção de corpos cerâmicos livres de aglomerados e com microestrutura homogênea é de fundamental importância. Neste trabalho foram avaliadas as condições mais adequadas para reduzir a presença de agregados proveniente da etapa de moagem de alta energia, bem como o controle da etapa de secagem para a obtenção de uma microestrutura com tamanho de grãos pequenos e distribuição homogênea das partículas de inclusões no interior da matriz. Agglomerates in ceramic powders often cause heterogeneities and defects in the final ceramic product, due to differential densification of the agglomerates during the sintering stage. Hence, control of the processing steps is important to form ceramic bodies without agglomerates and with a homogeneous microstructure. In this study, the processing conditions to reduce aggregate formation during high-energy milling and control of the powder drying step were evaluated to attain a microstructure consisting of small grains and a homogeneous distribution of TiC inclusions in the matrix.

O capeamento pulpar é uma medida importante e muito usada no cotidiano da prática odontológica e, quando realizado de forma consciente, baseado em um bom diagnóstico da condição pulpar no momento da exposição, pode prevenir o dente de sofrer uma intervenção endodôntica. Além do hidróxido de cálcio, outros materiais vêm sendo testados quanto a sua ação em promover o reparo pulpar pela formação de ponte de dentina, após capeamento pulpar direto. Uma das alternativas de materiais viáveis para o capeamento pulpar são as cerâmicas à base de fosfatos de cálcio, destacando-se a hidroxiapatita (HAp) e o fosfato tricálcico (β-TCP). Estes materiais não promovem a formação de área necrótica, característica da utilização do hidróxido de cálcio, são biocompatíveis e favorecem o reparo do tecido pulpar. Para avaliar os efeitos desses materiais no capeamento pulpar foi realizada esta revisão de literatura, abordando desde a resposta do tecido pulpar, até o protocolo para o uso clínico. Pulp capping is an important measure and one with a high rate of use in daily dental practice, and when it is conscientiously performed, based on good diagnosis of the pulp condition at the time of its exposure, it may prevent the tooth from requiring endodontic intervention. In addition to calcium hydroxide, other materials have been tested with regard to their action in promoting pulp repair by the formation of a dentin bridge after direct pulp capping. Some of the feasible alternative materials for pulp capping are calcium phosphate-based ceramics, with hydroxyapatite (HAp) and tricalcium phosphate (β-TCP) being outstanding. These materials do not promote formation of a necrotic area, characteristic of the use of calcium hydroxide, are biocompatible and favor pulp tissue repair. To evaluate the effects of these materials on pulp capping, this literature review was conducted, the approach being wide ranging in scope, from pulp response through to the protocol for clinical use.

Foram estudados os efeitos da adição de polímero precursor na sinterização, microestrutura e dureza da alumina. O polímero inorgânico polifenilmetilvinilhidrogenosilsesquioxano (PPS) foi utilizado como aditivo em cerâmicas de alumina sinterizadas a 1650 ºC. Os materiais sinterizados foram caracterizados por dilatometria, determinando-se a densidade aparente por picnometria de hélio, pela análise de carbono total, por difração de raios X, por microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de energia dispersiva de raios X e por análise de indentação Vickers para determinação de dureza e tenacidade a fratura. Foram obtidas fases heterogêneas de Si2Al4O4N4 nas amostras com PPS. Dentre as amostras analisadas, a que contém 5% de PPS apresentou dureza e tenacidade à fratura superiores à da alumina pura. A preparação de compósitos cerâmicos com pequenas quantidades de polímero precursor mostrou-se um processo adequado para cerâmicas à base de alumina, sendo uma rota simples de conformação com grande potencial para a obtenção de peças com geometria complexa. The effects of the addition of precursor polymer on sintering, microstructure and hardness of alumina ceramics were studied. The linear shrinkage of cold-pressed specimens was studied by dilatometry. Polyphenylmethylvinylhidrogensilsesquioxane (PPS) polymer sintering aid was used for alumina based ceramics sintered at 1650 ºC. The sintered materials were characterized by determination of apparent density by helium picnometry, by evaluation of total carbon content, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry, and by Vickers indentation analysis for determining hardness and fracture toughness. Heterogeneous Si2Al4O4 phases were obtained in specimens with PPS. The specimens with 5% of PPS presented hardness and toughness greater than the obtained for pure alumina. The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers shows a suitable process for alumina-based ceramics, a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

Foram estudados os efeitos da adição de polímero precursor na sinterização, microestrutura e dureza da alumina. O polímero inorgânico polifenilmetilvinilhidrogenosilsesquioxano (PPS) foi utilizado como aditivo em cerâmicas de alumina sinterizadas a 1650 ºC. Os materiais sinterizados foram caracterizados por dilatometria, determinando-se a densidade aparente por picnometria de hélio, pela análise de carbono total, por difração de raios X, por microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de energia dispersiva de raios X e por análise de indentação Vickers para determinação de dureza e tenacidade a fratura. Foram obtidas fases heterogêneas de Si2Al4O4N4 nas amostras com PPS. Dentre as amostras analisadas, a que contém 5% de PPS apresentou dureza e tenacidade à fratura superiores à da alumina pura. A preparação de compósitos cerâmicos com pequenas quantidades de polímero precursor mostrou-se um processo adequado para cerâmicas à base de alumina, sendo uma rota simples de conformação com grande potencial para a obtenção de peças com geometria complexa.

O carbeto de silício (SiC) é utilizado como material estrutural devido à boa combinação de propriedades, como altas resistências ao desgaste, ao choque térmico e à oxidação. Cerâmicas à base de SiC foram obtidas com aditivos poliméricos polimetilhidrogenossiloxano, polimetilhidrogenossiloxano com D4Vi e, como aditivos de sinterização, alumina (Al2O3, 4% em peso) e ítria (Y2O3, 4% em peso). Após obtenção das composições, foi feita cura, pirólise (500 ºC e 900 ºC/1 h) e sinterização dos materiais compactados (1850 ºC e 1950 ºC/1 h, sob Ar). A maior densidade obtida foi 3,0 g/cm³ para as amostras pirolisadas a 900 ºC/1 h e sinterizadas a 1950 ºC/1 h. Foram avaliados os efeitos dos aditivos poliméricos na microestrutura e na dureza das cerâmicas. A obtenção de compósitos cerâmicos utilizando pequenas adições de polímeros precursores cerâmicos mostrou-se viável para materiais à base de SiC, apesar da alta perda de massa. É uma rota simples de conformação, com grande potencial para a fabricação de peças com geometria complexa. SiC structural materials present good properties such as high resistance to wear and to oxidation and high thermal shock resistance. Al2O3 (4wt.%), Y2O3 (4wt.%), polymetylhydrogensiloxane and polymetylhydrogensiloxane with D4Vi were the sintering aids for SiC. The processing procedures were material cure, pyrolysis (500 ºC and 900 ºC/1 h) and sintering (1850 ºC and 1950 ºC/1 h, Ar). Silicon carbide based ceramics with polymer sintering aids achieved 3.0 g/cm³ density after pyrolysis at 900 ºC/1 h and sintering at 1950 ºC/1 h. The effects of the addition of precursor polymers on microstructure and hardness of silicon carbide ceramics were studied. The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers shows a suitable process for SiC-based ceramics, even with high mass loss. It is a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

A técnica de processamento de colagem por fita (tape casting) tem sido amplamente utilizada na obtenção de cerâmicas para diferentes aplicações: substratos cerâmicos e estruturas planares em multicamadas para circuitos integrados e capacitores; eletrólitos sólidos para células a combustível e sensores; cerâmicas piezoelétricas para atuadores e transdutores; membranas de separação para micro-filtragem; compósitos estruturais e trocadores de calor. Neste trabalho, a técnica convencional de colagem por fita foi adaptada com a utilização do processo de pirólise controlada de misturas de polímeros e carga, empregando-se polissiloxanos e cargas de silício e alumina nas suspensões. Foram preparadas suspensões com 60% vol. de fase polimérica (polissiloxanos e metil-trietoxi-silano) e 40% vol. de carga (Si e Al2O3), com diferentes concentrações dos polímeros e das cargas. As amostras na forma de substratos foram pirolisadas em atmosfera de nitrogênio a 1400 °C/2 h e 1500 °C/2 h, sendo convertidas em materiais cerâmicos no sistema Si-Al-O-N-C. O processo de pirólise foi caracterizado até a temperatura de 1000 ºC por análise termogravimétrica. As cerâmicas foram caracterizadas quanto às fases formadas, microestrutura, massa específica aparente e condutividade térmica. Os substratos cerâmicos apresentaram porosidade relativamente alta (entre 12 e 22%) e baixa condutividade térmica (entre 3 e 8 W/m.K), sendo constituídos por fases cristalinas de beta-SiC, Si2ON2, O'-SiAlON, Al2O3, mulita e fase amorfa de SiOC; o Si foi observado nas amostras pirolisadas a 1400 ºC. The tape casting technique has been widely used to prepare ceramic tapes for different applications: ceramic substrates and multilayer planar structures for integrated circuits and capacitors, solid electrolytes for fuel cells and sensors, piezoelectric ceramics for actuators and transducers, membrane systems for micro-filtration, structural composites and heat exchanger. In this work the conventional tape casting technique was adapted to utilize the active filler controlled polymer pyrolysis process making use of polyssiloxanes and fillers in the initial suspension. Suspensions were prepared with 60 vol. % of polymeric phase (polyssiloxanes and methyl-trietoxy-silane) and 40 vol. % of fillers (Si and Al2O3) with different contents of polymer and fillers. The cured tapes were pyrolysed In nitrogen atmosphere at 1400 ºC/2 h and 1500 ºC/2 h, converting the material to ceramic tapes in the Si-Al-O-N-C system. The pyrolysis process was characterized by thermogravimetry up to 1000 ºC and pyrolyzed tapes were characterized according to phase formation, microstructure, density and thermal conductivity. The converted tapes showed relatively high porosity (between 12 and 22%) and low thermal conductivity (between 3 and 8 W/m.K.). The tapes are mainly composed by crystalline phases of beta-SiC, Si2ON2, O'SiAlON, Al2O3 and mullite and a SiOC amorphous phase; Si was observed in tapes pyrolysed at 1400 ºC.

A busca por melhores propriedades mecânicas e maior confiabilidade de cerâmicas à base de Si3N4 faz com que seus compósitos sejam desenvolvidos e intensivamente estudados. A maioria das pesquisas realizadas foca as interações e propriedades mecânicas obtidas, mas interações químicas entre as fases foram pouco estudadas. O objetivo deste trabalho é estudar as interações químicas que ocorrem durante a sinterização do compósito Si3N4-20%vol. TiC. A cinética de sinterização foi estudada por dilatometria, com patamar a 1750 °C/1 h em atmosfera dinâmica de N2. Os resultados de dilatometria indicam alterações na cinética de sinterização, quando comparado ao Si3N4 monolítico. Para avaliar as fases que se formam em temperaturas intermediárias, os compósitos foram tratados termicamente entre 1400 °C e 1850 °C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X. Foi observada a formação da solução sólida TiCN e da fase SiC. During the last years much attention was given towards the better properties and reliability of Si3N4 based composites. Most of the research focus on the improvement of the mechanical properties but not on the chemical interaction between the phases of the composite. The purpose of this work is to study the chemical interactions between Si3N4 and TiC during the sintering process. The kinetics of sintering was studied by means of dilatometry, at 1750 °C/1 h in a dynamic atmosphere of N2. Thermal treatments were carried out in the temperature range 1400 - 1850 °C to analyze the reactions. The phases were determined by X-ray diffraction. Alterations on the sintering kinetics due to the presence of the second phase were observed. These alterations must be related to the formation of the TiCN solid solution and SiC, observed in X-ray diffraction.

Possibility of high performance ceramics manufactured from commercial SiC powder of technical grade has been shown. Sintering behavior and microstructure formation under conditions of liquid phase sintering (LPS) with oxynitride sintering aids (AlN-Y2O3) of three SiC-based compositions have been investigated. Two of the compositions were based on Alcoa 1000 SiC powder of technical grade, and the third one, which was used as a reference, was based on H.C. Starck UF-15 fine grade commercial powder. Milling process used for Alcoa 1000 SiC powder granulometry improvement has been investigated in detail, while chemical treatment of milled SiC powders has been used for pick-up impurities removal. Dilatometric experiments showed that SiC powder of technical grade after appropriate treatment exhibits sinterability comparable with the fine grade SiC. Microstructural investigations performed on sintered samples showed that the final microstructure of the Alcoa 1000 SiC based materials was practically identical with the H.C. Starck SiC based reference ones. Preliminary investigations of hardness and fracture toughness were carried out revealing excellent results for the materials produced from cheaper, nationally produced starting powder. Neste trabalho é apresentada a possibilidade de obtenção de cerâmicas de SiC de alto desempenho a partir de matéria-prima comercial de grau técnico. Foi realizado o estudo de sinterização via fase líquida e desenvolvimento microestrutural de três composições à base de SiC tendo como aditivos de sinterização AlN e Y2O3 . Duas destas composições são à base de SiC-1000 da Alcoa, grau técnico, e a terceira, utilizada como referência, à base do UF-15 da H.C. Starck - Alemanha, pó comercial de granulometria fina. O processo de moagem do pó SiC-1000 da Alcoa foi acompanhado por medidas de distribuição granulométrica e posterior ataque químico, para remoção de impurezas. Os pós de grau técnico, após tratamento de moagem apropriado, apresentam sinterabilidade comparável à do pó de referência, em experimentos em dilatômetro. Os materiais sinterizados com matéria-prima à base de SiC da Alcoa apresentam microestrutura bastante similar aos obtidos com o pó de referência, da H.C. Starck. Foi feita análise preliminar das propriedades de dureza e tenacidade à fratura das cerâmicas desenvolvidas e os resultados obtidos para os materiais produzidos com o pó nacional são excelentes.

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. 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.

Basic regularities of silicon nitride based materials microstructure formation and development in interrelation with processing conditions, type of sintering additives, and starting powders properties are discussed. Models of abnormal or exaggerated grain growth are critically reassessed. Results of several model experiments conducted in order to determine the most important factors directing the microstructure formation processes in RE-fluxed Si3N4 ceramics are reviewed. Existing data on the mechanisms governing the microstructure development of Si3N4-based ceramics are analyzed and several principles of microstructure tailoring are formulated.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12360.pdf: 4474610 bytes, checksum: afe6b212ae16024e756b11010a52131a (MD5) Tese (Doutoramento) IPEN/T Institut fur Metallkunde der Universitat Stuttgart, Alemanha