Search

Orientador: Daltro Garcia Pinatti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Não informado Abstract: Not informed Mestrado Física Mestre em Física

Agradecimentos: The authors acknowledge Fondazione Cariparma, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo-FAPESP(03/12604-6), FAPES, and CNPq for financial support. This work was also part of an Industrial Partnership Programme IPP I28 of the "Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM)" which was financially supported by the "Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)" and co-financed by BASF New Business Abstract: We present direct measurements of the magnetocaloric effect on a Fe2P-based compound induced by a milliseconds pulsed magnetic field of 1 T to test their possible use in high frequency (up to 100 Hz) thermomagnetic cycles. The reported measurements were performed with an innovative and versatile non-contact set up based on the mirage effect. The adiabatic temperature change of a MnFeP0.45As0.55 sample is presented and compared with measurements performed varying the same magnetic field in a time interval of 1 s and 100 ms. These results demonstrate the absence of kinetic constraints in the first-order phase transition of this sample induced on the milliseconds time scale. The study of the materials' response to millisecond magnetic field pulses represents a fundamental test for the development of more powerful and efficient magnetic refrigerators FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E INOVAÇÃO DO ESPÍRITO SANTO - FAPES CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Aberto

Agradecimentos: The authors would like to express their gratitude to R. Nirmala, Pramod Kumar, Devendra Buddhikot for their help in various measurements. One of the authors (KGS) would like to thank DST and BRNS (DAE), Government of India for financial support to carry out some of the work mentioned in this article Abstract: By virtue of the itinerant electron metamagnetism (IEM), the RCo2 compounds with R = Er, Ho and Dy are found to show first-order magnetic transition at their ordering temperatures. The inherent instability of Co sublattice magnetism is responsible for the occurrence of IEM, which leads to interesting magnetic and related physical properties. The systematic studies of the variations in the magnetic and magnetocaloric properties of the RCo2-based compounds show that the magnetovolume effect plays a decisive role in determining the nature of magnetic transitions and hence the magnetocaloric effect (MCE) in these compounds. It is found that the spin fluctuations arising from the magnetovolume effect reduce the strength of IEM, which subsequently lead to a reduction in the MCE. Most of the substitutions at the Co site are found to result in a positive magnetovolume effect, leading to an initial increase in the ordering temperature. Application of pressure, on the other hand, causes a reduction in the ordering temperature due to the negative magnetovolume effect. A comparative study of the magnetic and magnetocaloric properties of RCo2 compounds under various substitutions and applied pressure is presented. Analysis of the magnetization data using the Landau theory of magnetic phase transitions has shown that there is a strong correlation between the Landau coefficients and the MCE. The variations seen in the order of magnetic transition and the MCE values seem to support the recent model proposed by Khmelevskyi and Mohn for the occurrence of IEM in RCo2 compounds. Metastable nature of the transition metal sublattice in RCo2-based compounds and its role in determining the magnetic and magnetocaloric properties is explained Fechado

Agradecimentos: We acknowledge financial support from CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Brazil, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), and Coordenação de Aperfeiçoamento do Pessoal de Nível Superior (CAPES). This work was also partially supported by PRONEX No. E-26/171.168/2003 from FAPERJ/CNPq. We wish to thank Flavio C. G. Gandra for valuable comments about this work Abstract: We report a way of obtaining the magnetocaloric effect due to the crystal electrical-field quenching of the total angular momentum in a magnetic system where a strong spin reorientation is present. The theoretical model is applied to DyAl2 and the results predict a considerable magnetic entropy change by rotating a single crystal in a fixed magnetic field. The obtained temperature and magnetic-field dependencies of the magnetization component along the < 111 >-crystallographic direction are in good agreement with the recently reported experimental data CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO - FAPERJ COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Aberto

Agradecimentos: One of the authors (KGS) would like to thank ISRO, Government of India, for financial support in the form of a sponsored project Abstract: The magnetic and magnetocaloric properties of the intermetallic compounds Tb1-xTmxCo2 (with x = 0, 0.2 and 0.5) have been studied. It is found that partial replacement of Tb by Tm in TbCo2 leads to a reduction in the ordering temperature, which is attributed to the decrease in the exchange strength due to the lower spin value of Tm3+ as compared with that of Tb3+. The analysis of the zero-field heat capacity data at low temperature shows that the coefficient of electronic heat capacity increases with increase in Tm content and is attributed to the presence of local spin fluctuations. The variation of the magnetocaloric effect (MCE) has been explained on the basis of the magnetic properties. Temperature dependence of the MCE shows that this system may be useful for magnetic refrigeration applications in a sub-room temperature regime Fechado

Agradecimentos: One of the authors (KGS) would like to thank DST, Government of India, for financial support in the form of a sponsored project Abstract: The effect of external pressure on the magnetic properties and magnetocaloric effect of polycrystalline compounds DyCo2 and Er(Co1-xSix)(2) (x = 0, 0.025 and 0.05) has been studied. The ordering temperatures of both the parent and the Si-substituted compounds are found to decrease with pressure. In all the compounds, the critical field for metamagnetic transition increases with pressure. It is seen that the magnetocaloric effect in the parent compounds is almost insensitive to pressure, while there is considerable enhancement in the case of Si-substituted compounds. Spin fluctuations arising from the magnetovolume effect play a crucial role in determining the pressure dependence of the magnetocaloric effect in these compounds. The variation of the magnetocaloric effect is explained on the basis of the Landau theory of magnetic phase transitions Fechado

Magnetic refrigeration is a good alternative to gas compression technology due to higher efficiency and environmental concerns. Magnetocaloric materials must exhibit large adiabatic temperature variations and a large entropic effect. MnAs shows the colossal magnetocaloric effect under high pressures or with Fe doping. In this work the authors introduce a class of materials-Mn1-xCuxAs-revealing a peak colossal effect of -175 J/(K kg) for a 5 T field variation at 318 K and ambient pressure FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Fechado

The effect of hydrogen absorption (

Agradecimentos: We acknowledge financial support from CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Brazil, CAPES and FAPERJ - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro. This work was also partially supported by PRONEX number E-26/171.168/2003 from FAPERJ/CNPq Abstract: In this work we report a theoretical investigation about the influence of the spin reorientation on the magnetic and magnetocaloric properties of PrAl2. The model Hamiltonian takes into account the exchange magnetic interaction and the crystalline electrical field anisotropy. All theoretical results were obtained using the proper model parameters found in the literature for this compound. An anomalous valley was predicted to exist in the magnetocaloric curves for magnetic field changes along > 111 > non easy magnetic crystallographic direction. This anomaly was ascribed to the spin reorientation process CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO - FAPERJ Fechado

We report a study about the structural properties of polycrystalline samples of nominal composition Gd5Ge2(Si1-xSnx)(2) (x = 0.23, 0.40) that closely influence their physical behavior particularly related to electric resistivity and magnetocaloric (MCE) effect. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) using the Rietveld refinement method, metallographic analyses, Sn-119 Mossbauer spectroscopy, DC magnetization and electrical transport measurements. It was identifieda Gd5Si2Ge2-monoclinic phase for x = 0.23 and a Sm5Sn4-orthorhombic phase (type II) for x = 0.40, both with two non-equivalent crystallographic sites for the Sn ions. We were able to infer on the role of tin on the magnetic and transport properties in these compounds COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE MINAS GERAIS - FAPEMIG FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

We have performed circular magnetic dichroism experiments on a single crystal of Fe Dy at ambient temperature. By 17 2 applying sum rules we have calculated the ratio of kL l to kS l for the Fe atom, obtaining the result 0.4060.14. This ratio is z z compared with ratios measured previously for related compounds using the same technique. We have also observed strong dichroism at the M edge of Dy, in spite of the fact that pure dysprosium is paramagnetic at ambient temperature FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Amostras de YBa2(Cu1-xMnx)3O7-d , x = 0,0, 0,01, 0,025, 0,05, 0,075, 0,10, 0,15 e 0,20, foram sintetizadas às temperaturas de 950º, 970º e 1020º C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios ¿ X, metalografia óptica, resistividade elétrica e susceptibilidade magnética. Supercondutividade ao redor de 92 K foi observada para todas as amostras. O limite de solubilidade do Mn no composto YBa2Cu3O7-d é muito baixo, menor que x = 0,005. Isto implica em precipitação de fases adicionais não supercondutoras e de estequiometrias Y2BaCuO5 e Ba3Mn2O8. A precipitação destas fases altera substancialmente a microestrutura dos compostos, fato este observado principalmente na série de 970º C. Para esta série foi observada uma anomalia induzida pela microestrutura nas propriedades de transporte de calor Abstract: Samples of the compounds YBa2(Cu1-xMnx)3O7-d , x = 0,0, 0,01, 0,025, 0,05, 0,075, 0,10, 0,15 e 0,20, were sintered at. 950º, 970º e 1020º C. These samples were characterized by X ¿ ray diffraction, optical metallography, electrical resistivity and magnetic susceptibility. Superconductivity around 92 K for all samples. The YBa2Cu3O7-d solubility limit for Mn is very small, less than x = 0,005. This fact means precipitation of non-superconducting additional phases, whose stoichiometric were identified as Y2BaCuO5 and Ba3Mn2O8. The presence of this phases changes substancially the microstructure of the samples. This effect being greater for the samples sintered at 970º C. For this series of samples it was observed na anomaly in the thermal transport properties induced by the microstructural modifications Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: As amostras do composto intermetálico TR2Fe17 com nitrogênio intersticial foram analisadas por diversas técnicas experimentais. Foram utilizadas análise óptica metalográfica, análise termomagnética ac, micro-sonda eletrônica, difração de raios-x e efeito Mossbauer. A difusão de nitrogênio foi estudada considerando diversas terras-raras leves na formação dos compostos 2:17. Todas as técnicas experimentais revelaram que a fase nitreto se acha presente na amostra mesmo quando a concentração nominal de nitrogênio é muito menor que aquela de saturação: a fase nitreto precipita diretamente a partir da fase 2: 17. Os padrões de difusão foram extensivamente analisados em diversas amostras, com diferentes concentrações de nitrogênio, quando submetidas à absorção em temperaturas variadas. Para temperatura de 400 °C todos os compostos apresentaram um modelo muito diferente daquele previsto pela lei de Fick, no qual uma camada de nitreto é formada na parte mais externa da partícula e cuja espessura cresce com o aumento de tempo de absorção. Temos observado, para essa temperatura, que o transporte de nitrogênio se realiza quase integralmente, por contornos de grão, contornos de fase e por defeitos estendidos. São formadas extensas faixas de nitreto ao longo da amostra, através desses canais de baixa impedância. A 500 e 600 °C, nota-se uma ligeira mudança no padrão de difusão, causada por dois mecanismos que a essas temperaturas tornam-se competitivos. É possível observar a formação de uma camada mais externa, correspondendo ao modelo núcleo-camada, e simultaneamente, canais de difusão através de todo o volume da partícula. A interface entre as duas fases, nitreto e 2:17 pura, tem características de uma função degrau, conforme resultados obtidos pela análise de micro-sonda eletrônica. A absorção de N2 pelo composto intermetálico produz um campo de tensão, responsável pelo alargamento de linha da transição magnética da fase pura. Estudamos esse alargamento em função da densidade de defeitos, criados por impactos mecânicos no processo de moagem da fase 2:17 pura. A transição, a partir de certo grau de deformação, torna-se completamente degenerada e dificilmente pode-se definir uma temperatura de transição. O diagrama PCT para o sistema nitrogênio-Nd2Fe17 não apresenta um patamar de pressão invariante, para a temperatura de 500 °C e no intervalo de 10-2 a 70 bar. A reversibilidade da reação não se processa, demonstrando que a fase nitreto é altamente estável. A homogeneização de partículas com concentração nominal de nitrogênio menor que a de saturação, não ocorre por efeito de tratamento térmico a 500 °C/24 horas sob atmosfera de argônio Abstract: The samples of TR2Fe17 intermetallic compounds with intersticial nitrogen were analyzed by several experimental techniques. We used optical metallographic and ac thermomagnetic analyses, electron probe micro-analysis (EPMA), X-ray diffract on and Mossbauer effect for samples characterization. Diffusion of nitrogen was studied for several light rare-earth-iron 2:17 compounds. AlI experimental techniques showed that the nitrided phase is present in the sample even when the nominal concentration is much smaller than the saturation value: the nitrided phase precipitates directly from the 2:17 phase. Diffusion patterns were extensively analyzed in several samples with different nitrogen contents for several absorption temperatures. At 400 °C all compounds showed a very different behaviour than that predict by Fick's law, in which a layer of nitrided phase is formed at the outer region of particle and whose thickness grows as the absorption time increases. We observed, for this temperature, that nitrogen transport is made almost entirely through grain boundaries, phase boundaries and by extended defects. Large strips of the nitrided phase are formed along the sample through these channels. At 500 °C and 600 °C, we noted changes in the diffusion patterns, due to two competitive mechanism s acting simultaneously at these temperatures. We can observe an increasing outer layer, corresponding to the expected shell-core model, and at the same time, diffusion channels through the bulk of the particle. The interface between the two phases, nitrided and pure 2:17, looks like a step function, according to our results obtained from EPMA. The absorption of N2 by the compound induces a stress field, responsible for the broadening in the magnetic transition of the pure phase. The magnetic transition, from a certain stage of mechanical deformation, becomes completely degenerated and ol1e can hardly define a transition temperature. The PCT diagram for the N2-Nd2Fe17 system doesn't show a plateau at 500 °C, over the pressure range from 10-2 up to 70 bar. The reversibility of the reaction doesn't occur, showing that the nitrided phase is highly stable. The homogenization of the nitrided phase inside the particles, doesn't occur in performing a heat treatment at 500 °C, for 24h , under argon atmosphere Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Sergio Gama, Ana Maria Martinez Nazar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O diagrama de fases ternário Ferro-Alumínio-Nióbio é estudado usando técnicas experimentais como metalografia, Análise Térmica Diferencial (ATD), microanálises puntuais quantitativas (MEV) e difratrometria de raios-X. Primeiramente se faz um estudo do sistema binário Fe-Nb, uma avaliação rápida do sistema Fe-AI e finalmente se constroi a isoterma a 1000°C do sistema Fe-AI-Nb, assim como a superfície líquidus deste sistema ternário...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The Iron-Niobium-Aluminium ternary phase diagram is studied using experimental techniques as metallographic and Differential Thermal Analysis (DTA), quantitative Scanning Electron Microanalysis (SEM) and X-ray difractometry. First the Fe-Nb system is studied, second our assesment of Fe-AI system is done and finally the isotherm at 1000.C of the Fe-Nb-AI was built. The scketch of the liquidus surface of this system is proposed...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Sergio Gama, Ekkes Bruck Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Nesta tese de doutoramento são apresentados os resultados do estudo das propriedades magnéticas, magnetocalóricas e estruturais de algumas séries de compostos que são de interesse para aplicação em refrigeração magnética baseada no efeito magnetocalórico. Os métodos de preparação da série MnFe P1-xAsx são estudados de forma a otimizar o tempo de preparação e as propriedades magnétocalóricas. Uma nova série de compostos baseada na anterior, a MnFeGe1-xSix foi descoberta, apresentando transições de fase magnética de segunda ordem e uma variação linear dos parâmetros de rede em função da concentração de Si no intervalo 0 £ x £ 0,7. Também foi descoberto, associado à uma transição magnética de segunda ordem, o efeito magnetocalórico no composto MnFeSn cujo TC situa-se em torno da temperatura ambiente. Foi feito o estudo do efeito magnetocalórico dos compostos baseados no Mn2Sb com o Mn parcialmente substituído por Cr, V, Co e Cu e o Sb substituído por Ge. Nestes compostos uma transição do tipo Exchange Inversion é induzida pelas substituições, transformando o estado ferrimagnético em antiferromagnético em baixa temperatura, dando origem ao chamado efeito magnetocalórico inverso. Ainda foi desenvolvido um modelo fenomenológico para descrever tal transição e o efeito magnetocalórico associado. Por fim é reportado o efeito magnetocalórico colossal nos compostos M n1-xCux As, devido ao qual os métodos de medida magnéticos do efeito magnetocalórico são revistos. A partir dos resultados em diferentes procedimentos de medida, é proposta uma forma de medir o efeito em materiais altamente histeréticos que não leva a resultados espúrios Abstract: On this PhD thesis some results on the magnetic, magnetocaloric and structural properties of some series of compounds suitable for applications on magnetocaloric effect-based refrigeration are presented. The FeMnP1-xAsx series preparation methods are studied in order to optimize their magnetocaloric properties as well as to shorten its preparation time. A new series of compounds based on the previous one was studied, the MnFeGe1-xSix. These compounds present a second-order magnetic phase transition and a linear change in lattice parameters with Si content on the 0 £ x £ 0.7 range. Also associated with a second-order phase transition, the magnetocaloric effect on FeMnSn was discovered around room-temperature. A careful study of Mn2Sb-based compounds with Mn partially substituted by Cr, V, Co and Cu and Sb by Ge was performed. On these compounds an Exchange Inversion transition is induced by substitutions taking the material from the ferrimagnetic to the antiferromagnetic state with decreasing temperature, giving rise to the so-called inverse magnetocaloric effect. A phenomenological theoretical model was also developed to describe such transitions and their associated magnetocaloric effect. Finally we report on the colossal magnetocaloric effect on Cu-substituted MnAs compounds. Due to this compound¿s unusual behavior, the magnetic measurements of the magnetocaloric effect are reviewed. Based on the results of different measurement procedures a new method of measurement for highly hysteretic compounds is proposed which leads to non spurious results Doutorado Materiais Magnéticos e Propriedades Magnéticas Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O cálculo termodinâmico de diagramas de fases é uma ferramenta moderna para otimização da descrição destes diagramas, a partir de dados experimentais. Neste trabalho, é calculado o diagrama Fe-Nb, usando dois tratamentos. No primeiro, as fases intermediárias Fe2Nb e FeNb são descritas como fases estequiométricas e. no segundo, através da utilização do modelo de sub-redes, possuindo uma faixa de estabilidade. Os diagramas resultantes estão em boa concordância com os dados da literatura, e o resultante do segundo tratamento reproduz a reação peritética de formação da fase FeNb, recentemente comprovada em nosso laboratório. O estudo experimental do sistema Fe- Ta foi realizado usando as técnicas de análises metalográfica, por raios X e microanálise eletrônica. Foram confeccionados pares de difusão e amostras nas composições 20, 30, 33, 40, 42, 45, 50, 51,60, 70 e 80%atTa. É sugerido um diagrama de fases preliminar onde a fase FeTa se forma periteticamente, e são indicados os intervalos de estabilidade das fases Fe2 Ta e FeTa a 1400°C como sendo de 28 a 38%atTa e 49 a 58%atTa, respectivamente Abstract: Thermodynamic calculation of phase diagrams is a modem tool for optimization of phase diagrams, by adjusting the phase descrlbing function to experimental data. In this work, the Fe-Nb phase diagram has been calculated using two treatments. In the first one, the intermediate phases Fe2Nb and FeNb have been described as stoichiometric compounds, and, in the second, as compounds with solid solubility, using the sublattice model. The resulting phase diagrams are in good agreement with the literature data, and the phase diagram arising from the sccond treatment reproduces the peritectic reaction for the formation of the FeNb phase. which was recently verified in our laboratory. The experimental study of the Fe- Ta system has been carried out by means of t.hc following techniques: met.allography, X-ray diffractometry and electron microanalysis. Diffusion couples and samples with 20, 30, 33, 40, 42, 45, 50, 5] 60, 70 and 80%atTa have been made. A preliminary Fe- Ta phase diagram is proposed, in which the FeTa phase forms peritecticaly, and the composition ranges of the intermediate phases Fe2 Ta and FeTa aL 1400"C, have been determined as 28 to 38%at Ta and 49 to 58%atTa, respectively Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: O objetivo desta tese é tentar resolver melhor os dois eventos térmicos seqüenciais, que aparecem na análise térmica diferencial de ligas com composições em torno das regiões eutéticas dos sistemas Fe-Pr e Fe-Nd. Pretendemos verificar se esses eventos possuem alguma relação com as fases magnéticas metaestáveis que são observadas em ligas como fundidas de ambos os sistemas, e tentar descobrir que fases realmente participam do diagrama de equilíbrio dos sistemas. Para isto lançamos mão da técnica de Solidificação Direcional para a obtenção de amostras com microestruturas segregadas espacialmente. Esta técnica é similar à técnica de crescimento de cristais conhecida como método Bridgman, e nos proporciona um método para a obtenção de fases estáveis dos sistemas estudados. As amostras obtidas com esta técnica foram analisadas pelas técnicas de análise térmica diferencial, análise calorimétrica, metalografia óptica, microanálise eletrônica e análise termomagnética. Da correlação de todos os dados experimentais obtidos nesses estudos chegamos às seguintes conclusões: No sistema Fe-Pr confirmamos a existência da fase Fe2Pr, que se forma periteticamente a 669 °C e provavelmente decompõe-se através de uma reação eutectóide a uma temperatura superior a 600 °C, e que possui temperatura de Curie de 44 ºC. A fase de estequiometria Fe3Pr13 não foi observada. As amostras do sistema Fe-Nd, obtidas da solidificação direcional, apresentaram características semelhantes às do sistema Fe-Pr. Nesse sistema identificamos uma fase nova, com estequiometria Fe2Nd, que se forma periteticamente a 688 ºC e provavelmente decompõe-se através de uma reação eutectóide na temperatura de 663 ºC, e que possui temperatura de Curie de 251 ºC. Observamos que essa fase deve ser magneticamente anisotrópica, pois apresenta domínios magnéticos a temperatura ambiente. Para cada sistema, é proposto um novo diagrama de fases. Estes diagramas foram construídos com base em nossos dados e nos diagramas apresentados por Hoyos e Landgraf, respectivamente. No diagrama do sistema Fe-Pr foi retirada a fase Fe3Pr13 e no diagrama do sistema Fe-Nd foi incluída a nova fase Fe2Nd Abstract: The aim of this thesis is to better resolve the two sequencial thermal events, which appear in the differential thermal analysis of alloys, with compositions around the eutectic regions of the Fe-Pr and Fe-Nd systems. We intend to verify if these events have relation with metastable magnetic phases which are observed in as-cast alloys in both systems, and to disçover which phases really belong to the equilibrium phase diagrams of these systems. To carry out this purpose we used the direcional solidification technique for obtain samples with spacially segregated microestructures. This technique is similar to that of crystal growth technique, known as Bridgman method, and provide us with a method to obtain stable phases of the studied systems. The samples obtained by means of this technique have been studied with the techniques of differential thermal analysis, calorimetry , metallography, electron probe microanalysis and thermomagnetic analysis. The correlation of all experimental data obtained from these studies, lead us to the following conclusions: In the Fe-Pr system we confirm the existence of the phase Fe2Pr, that is formed peritectically at 669 °C, and decomposes through an eutectoid reaction a temperature above 640 °C, and have Curie Temperature of 44 °C. The phase with stoichiometry Fe3Pr13 has not been observed. The samples of the system Fe-Nd, obtained by direcional solidification, presented similar feature as the system Fe-Pr. We have identified a new phase, with stoichiometry Fe2Nd, that is formed peritectically at 689 °C, and that decomposes through na eutectoid reaction at 659 °C, and has Curie Temperature of 251 °C, and presents magnetic domains at room temperature. For each system is proposed a new phase diagram. These diagrams have been constructed based on our experimental data and on diagrams presented by Hoyos and Landgraf, respectivelly. In the diagram of the system Fe-Pr, the phase Fe3Pr13 was dropped out, and in the diagram of the system Fe-Nd, the new phase Fe2Nd was included Mestrado Física Mestre em Física

Orientadores : Sergio Gama, Judit Zoltan Halasz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Os trocadores de calor criogênicos podem ser usados numa infinidade de sistemas onde devem-se promover trocas térmicas entre dois ou mais fluidos, a citar: Refrigeradores/Liquefatores de nitrogênio, h61io, hidrogênio, oxigênio, etc. Este trabalho consta, essencialmente, do dimensionamento, fabricação e testes de dois tipos de trocadores do calor usados em Refrigeradores/Liquefatores de ciclo Stirling: um trocador de calor compacto tipo casco-tubo o um trocador do calor regenerativo criogênicos. Na apresentação: 1) faz-se um esboço dos principais trocadores de calor usados em processos criogênicos; 2) apresenta-se os Refrigeradores/Liquefatores de ciclo Stirling; 3) finalmente, particulariza-se o dimensionamento, fabricação e tostes de dois tipos específicos de trocadores de calor para refrigeradoes criogênicos do ciclo Stirling: um trocador de calor regenerativo criogênicos, feito com 1g de cobre, e um trocador tipo casco-tubo do 11cm do diâmetro o 251 tubos de O,12cm do diâmetro Abstract: Not informed Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica "Gleb-Wataghin" Resumo: Compostos cerâmicos magnetorresistivos são materiais que apresentam como principal propriedade uma grande rnagnetorresistência, a qual é caracterizada por seus valores negativos e sua natureza isotrópica. Desde a descoberta destes materiais por G. H. Jonker e J. H. Van Santen ( 1950 ), vários modelos foram elaborados para explicar a relação entre as propriedades elétricas e magnéticas. Entre os modelos que foram elaborados está o modelo de troca dupla proposto por C. Zener ( 1951 - 1952 ), o qual explica as interações que acontecem abaixo da temperatura de transição magnética e que na atualidade a maioria de pesquisadores aceitam. Para explicar as interações acima da temperatura de transição, todos os autores concordam que a condutividade se produz através de polarons. Vários estudos teóricos têm sido desenvolvidos para explicar esta propriedade de magnetorresistência, destacando-se entre eles o modelo de Kondo de dimensão infinita, o qual se ajusta bem no caso do sistema La-Ca-Mn-O. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento da propriedade da magnetorresistência do sistema La-Ca-Mn-O, quando são dopadas com elementos de terras raras. A escolha deste composto La0,66Ca0,33MnO3+d foi devido a que a literatura descreve a grande magnetorresistência próxima à temperatura ambiente, e que quando este sistema é dopado por uma pequena quantidade de ítrio, sua magnetorresistência muda até em duas ordens de magnitude. Alguns pesquisadores encontraram que a magnetorresistência depende do parâmetro de rede e da deformação da estrutura. Então, para poder observar se é o tipo de elemento dopante ou somente o raio iônico que influencia na propriedade de magnetorresistência, escolhemos os elementos de terras raras de tal maneira que um elemento de terra rara tenha raio iônico muito próximo ao raio iônico do elemento ítrio, e os outros elementos de terras raras tenham menor e maior raio iônico que o elemento ítrio. Foram caracterizadas as propriedades estruturais, magnéticas e elétricas. As análises metalográficas mostram uniformidade, mas muita porosidade, e além disso, algumas amostras apresentam duas fases. O estudo de difração de raios-X mostra a formação da fase desejada e confirma que ela é majoritária. As medições de resistividade sem e com campo aplicado, mostram que as amostras apresentam grande magnetorresistência. Também foi observado que a magnetorresistência aumenta quando a amostra é dopada com elementos de menor raio iônico. Das medições de magnetização se observou que a temperatura de transição magnética, assim como a grande magnetorresistência, depende fortemente do parâmetro de rede. O interesse nas aplicações tecnológicas destes compostos encontra-se na possibilidade de fábricar dispositivos sensores na forma de filmes finos, e para a obtenção destes filmes é necessário que o alvo a se utilizar seja de boa qualidade, isto é, uniforme, denso e de uma única fase Abstract: Not informed Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Filmes finos das fases Fe17TR2, TR = terras raras, são de muito interesse devido as boas propriedades magnéticas que estes materiais possuem na forma de "bulk". Na forma de filmes finos estas propriedades são mantidas, e filmes podem exibir anisotropia magnética perpendicular e altas coercividades. Nossas amostras de Fe17TR2, TR = Nd, Pr, e Sm, foram preparadas principalmente por "flash evaporation", sendo necessário para isto a preparação do material em '"bulk". Os compostos contendo Pr e Nd foram preparados por fusão à arco, em atmosfera inerte de argônio, seguido de tratamento térmico a 1000°C por 10 dias. As amostras foram então trituradas e peneiradas até a espessura de 200 mesh. Para aterra rara Sm, utilizamos um composto já preparado conseguido junto a Goldschmidt Co, que foi peneirado até a mesma dimensão. Para Pr, Nd, e Sm, obtivemos filmes por "flash evaporation" em uma unidade de evaporação Balzers, usando Ta e W como fontes de evaporação. A pressão de deposição foi tipicamente de 10-6 Torr. Para aterra rara samário filmes foram produzidos também por DC "sputtering", utilizando um alvo sinterizado com o material da Goldschmidt CO. Para ambas as técnicas de deposição vários substratos foram testados, como: vidro, vidro recoberto com CaF2 (500Å), alumina, tantalo e cobre laminado. A espessura dos nossos filmes foram de 3.000 à 5.000 Å, medidos por perfilometria e interferometria. Após as deposições os filmes foram tratados termicamente em um forno de lâmpadas sob atmosfera inerte de argônio em temperaturas de 300°C a 700°C. O tempo de tratamento variou de 10 a 180 min. Depois do tratamento térmico a amostra era submetida a uma atmosfera de nitrogênio sob 400°C, por 10 min. Este procedimento de nitrogenação foi feita no forno de lâmpadas. As amostras como depositadas e como tratadas termicamente foram analisadas por difratometria de raios-X, e uma Microanálise Eletrônica foi feita para assegurar a proporção dos elementos do composto. As propriedades magnéticas foram determinadas por um Magnetômetro de Amostra Vibrante, e um Analisador Termo-Magnético Abstract: Films of the Fe17R2Nx phases, R= rare-earthsf are interesting because of the good magnetic and properties these materiais have in bulk form, mainly for R from = Sm, that show axial magnetic anisotropy .In film form these good magnetic properties are maintained, and films can show perpendicular anisotropy high coercivities. For Pr and Nd the bulk material was prepared by arc-melting the components in argon atmosphere, followed by heat treatment at 1000ºC/10 days. The samples were then crushed and sieved down to 200 mesh. For the Sm, we used powder obtained from Goldschmidt Co, sieved to the same size. For Pr, Nd and Sm, films were obtained by flash evaporation in a Balzers deposition unit, using Ta and W heated boats. Base pressure prior to deposition was typically 10-6 torr. For the samarium case we used also a DC sputtering apparatus using a sintered target built with powder from Goldschmidt Co. For both deposition techniquesf several substrate materiais were attempted, as glass, glass covered with a CaF2 buffer layer of 500 Å, aluminaf tantalum foil and laminated copper. Thicknesses were measure using a stillus perfilometer, and ranged from 3.000 to 5.000 Å. After deposition, t films were heat-treated in a lamp furnace under high purity argon. Temperatures ranged from 300ºC up to 750ºC, by 10 until 180 min. After the heat-treatment we did nitrogenation of the films in the same lamp furnace, at 400ºC, during 10 min, under an one atm high purity nitrogen atmosphere. The as-prepared, heat-treated and nitrogenated samples were characterized by x-ray diffraction. Electron microprobe analysis was used to assure that the right proportion of the elements was in the samples. The magnetic properties were determined using a vibrating sample magnetometer (VSM) and an AC thermomagnetic analyser (TMA) Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Compostos cerâniicos magnetoresistivos de estrutura perovskita foramconvencionalmente preparados misturando estequiometricamente óxidos e carbonatos doselementos envolvidos nos compostos. Foram caracterizadas as propriedades estruturais,magnéticas e elétricas destes compostos AMnO3. As análises de evolução dos comportamentos das propriedades magnéticas eelétricas foram realizadas tomando como parâmetro os efeitos estruturais como o tamanhodo raio iônico médio no sítio A e a disparidade ou desordem no sítio A. Para isto, ascomposições com fórmula nominal (TRl l-yTR2y) l-x (Mll-z-M2z) x MnO3 (TR1,TR2 = La, Pr, Nd, Gd, Ho, Y, Er, M1, M2 = Ca, Sr) foram preparadas. O interesse nas aplicações tecriológicas destes materiais encontra-se em obtervalores altos de magnetoresistência próximo à temperatura ambiente. Considerando isto,então preparamos as amostras de tal forma que a temperatura pico de niagnetoresistência, àqual está associada a Tc, encontraram-se próximos à temperatura ambiente. Para isto, nosorientamos segundo a bibliografia pesquisada, tomando como referência aspectosestruturais, mencionados anteriormente. As mudanças no comportamento elétrico e magnético estão acompanhadas emmuitos casos por importantes mudanças estruturais. Os resultados da análise dos padrões de difração de raios X mostram a formação dafase perovskita. A análise magnética mostra na maioria das amostras heterogeneidademagnética bem definida e em alguns casos um alargamento na região de transiçãomagnética, indicando possivelmente um gradiente de composições. As medições deresistividade sem e com campo aplicado, mostram que as amostras apresentam grandesvalores de magnetoresistência. Também foram feitos alguns tratamentos em amostras em pó e volume, sobdiferentes condições, como temperatura e tempo de tratamento, atmosfera de ar, oxigenio evácuo. Os resultados mostram consideráveis mudanças no comportamento magnético e elétrico Abstract: Magnetoresistive ceramie compounds of perovskite structure were prepared by theconventional ceramies preparation method, mixing appropriate proportions of the oxidesand carbonates of the elements comprising the compounds of interest. The structurgmagnetie and electric properties of these AMnO3 compounds were characterized in thiswork. The analyses of evolution of the behaviors of the magnetie and electric propertieswere done taking as parameter the structural effects like the size of average ionic radius inthe A site and the size dispersion or disorder in the site. To accomplish this, compoundswith nominal composition (TRll-yTR2y)1-x(M11-z M2z)x MnO3 (TR1, TR2 = La, Pr, Nd, Gd,Ho, Y, Er, M1, M2 = Ca, Sr) were prepared. The interest in the technological applications of these materiais leads to the searchfor high niagnetoresistance values near room temperature. Considering this, wc preparedour samples in such a way as to have the temperature of the magnetoresistance peak, that isassociated, to the Curie temperature Tc, near room ternperature. The changes in the elecúic and magnetie behavior in general are aecompanied byimportant structural changes. The results of the X-rays diffraction analyses shows theformation of the perovskite phase. The magnetic analyses show for the majority of thesamples well defíned magnetic heterogeneity and in some cases a broadening of themagnetie transition, possibly indicating a compositional gradient. The resistivitymeasurement without and with applied magnetic field show great values for themagnetoresistance of the samples. Several heat treatments under different atmospheres and conditions have bee donevarying the temperature and time of treatment, the atmosphere composition being air,oxygen or vacuuni. The results show marked changes in the magnetie and electricbehaviors of the heat treated swnples Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Paulo Roberto Mei, Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O efeito da moagem sobre ligas com composições Fe74NdlOMMlOB6, Fe75Nd9MM9B7, Fe74Nd9MM9B5 e Fe77Nd7,5MM7,5B8 (% atômica) foi estudado através de metalografia ótica, análise termo magnética A/C (TMA), análises térmicas TG e DTA, difratometria de raios-x e análises de microssonda eletrônica EDS (Energy Dispersive Spectroscopy), onde MM é uma liga de terras raras nacional, denominada mischmetal, rica em cério. Para a liga Fe74NdlOMMlOB6 no estado bruto de fusão, antes de ser submetida ao processo de moagem, a estrutura observada é constituída majoritariamente pelo composto Fe14(Nd,MM)2B e uma fase de Laves de composição Fe2(Nd,MM). Nas demais ligas, em vez da fase de Laves, foi observada a presença da fase paramagnética Fe4(Nd,MM)B4. Quando moídas por 30 minutos a 2.400 rpm foi observada a decomposição irreversível do composto Fel4Nd2B acompanhada da formação de uma nova fase ferromagnética, estável, com Tc em tomo de 500°C e um aumento considerável de ferro puro, em comparação com a liga triturada manualmente. O mesmo efeito foi observado para a liga de composição comercial Fe77Nd15B8, para a qual foram estudados tempos de moagem de 30, 70 e 80 minutos e velocidades de rotação de 1.600, 2.000 e 2.400 rpm, tendo sido verificada, para as amostras moídas a 70 e 80 minutos, a formação de mais uma fase estável, com Te de 215°C e de uma fase metaestável, que se forma acima de 800°C e se decompõe a 670°C. A quantidade dessas novas fases aumenta com a intensidade de moagem, enquanto que a magnetização de saturação diminui, em função do aumento de Fe-a livre na microestrutura dessa ligas. Para o estudo desse efeito na liga de composição comercial, foram usadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura EDS e WDS (Wavelenght Dispersive Spectroscopy), análise termo magnética A/C, medidas de magnetização de saturação a diferentes temperaturas, difratometria de raios-X, espectroscopia Mössbauer e análise térmica diferencial (DTA) Abstract: Effect of ball milling on the microstructure of the Fe74Nd1OMMlOB6, Fe7SN9MM9B7, Fe74Nd9MM9B8 e Fe77Nd7,5MM7,5B8 (% at.) alloys has been studied by optical microscopy, thermomagnetic analysis (TMA), thermical analysis (DT A and TG), x-ray diffraction and microprobe analysis (EDS). As-cast, pre-milled Fe74NdlOMMlOB6 alloy presented a microstructure with the Fe14(Nd,MM)2B compound as matrix phase, Fe2(Nd, MM) and a RR rich phase. All the other alloys presented a microsctructure similar to the commercial alloy, with the phases Fe14(Nd,MM)2B, Fe4(Nd,MM)B4 and a RR rich phase. When these samples were submitted to 30 minutes of very high energy ball milling, the signal of the 14:2:1 phase disappeared and it was observed the formation of a microsctructure with a new ferromagnetic stable phase with Tc around 500°C together with an increase of alpha iron in comparison to premilled samples. The same effect of milling time on the structure of Fe77Nd1SB8 alloy has been also observed. We have milled samples during 30, 70 and 80 minutes in a high energy planetary ball mill at 1.600, 2.000 and 2.400 rpm. The TMA measurements indicated that the 14:2:1 compound disappeared and was replaced by others ordered phases, with Tc values of 215°C and 515°C. Surprisingly, we observed an increase of susceptibility occurring at 670°C during the cooling part ofthe susceptibility measurement cycle .This signal occurs only in the cooling part of the measurement, and it is seen in all measurement cycles. This susceptibility increase must be connected to a high temperature structural phase transition, occuring above 800°C. The EDS and the X-ray analysis revealed, besides pure iron, the existence of only one phase to the samples milled during 30 and 70 minutes and the coexistence of two phases with pure iron for the sample milled during 80 minutes. The study of those milling parameters on the commercial alloy has been studied by microprobe analysis (Energy Dispersive Spectroscopy and Wavelenght Dispersive Spectroscopy), thermomagnetic analysis (TMA), magnetization curves at different temperatures, X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy and differential thermal analysis (DT A) Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Roland Grossinger, Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Neste trabalho estudamos as propriedades intrínsecas e extrínsecas de compostos de metal de transição e terras raras. Realizamos um estudo sistemático das propriedades magnéticas intrínsecas dos compostos intermetálicos R(Fe,M)12 com ênfase na determinação de transições de fase e do campo de anisotropia magnetocristalina. Medidas da dependência com a temperatura da susceptibilidade a.c. foram realizadas para estudar transições de reorientação de spin ocorrendo entre 4.2 e 300 K. A técnica de SPD, associada a campos pulsados foi utilizada para a determinação do campo de anisotropia e campo crítico de FOMP no intervalo de temperaturas entre 4.2 e 1000 K, utilizando campos magnéticos de até 28 T. O estudo dos compostos YFel2-xMox indicam que o metal de transição tem contribuição uniaxial para a anisotropia. Em compostos SmFel2-xMox encontramos uma alta anisotropia uniaxial em todo o intervalo de temperatura entre 4.2 e a temperatura de Curie. Transições de reorientação de spin foram encontradas nos sistemas Rfe12-xMox com R=Nd, Dy e Er. Transições tipo FOMP foram encontradas no sistema ErFe12-xMox. Tratamentos térmicos em atmosfera de nitrogênio foram realizados para as amostras RFel2-xMox com R = Nd e Y. Os resultados mostram que o nitrogênio influencia não só a anisotropia da terra rara, mas causa também alterações na anisotropia do Fe. Estudamos ainda os mecanismos de coercividade em ímãs anisotrópicos de Sm2Fe17Nx aglutinados com Zn e em ímãs isotrópicos de Sm2Fe17Nx produzidos por HDDR e aglutinados com Zn. O campo coercitivo Hc foi medido no intervalo de temperatura entre 4.2 K até a temperatura de Curie Tc .Nos ímãs produzidos por HDDR, os efeitos de diferentes temperaturas de recombinação e diferentes quantidades de Zn foram estudados. A dependência de Hc com a temperatura foi analisada segundo o modelo micromagnético de Kronmuller, que leva em consideração os efeitos da microestrutura. Um mecanismo de nucleação foi proposto como sendo o mecanismo que lidera a reversão da magnetização nestes ímãs Abstract: In this work we studied intrinsic and extrinsic magnetic properties of rare earth-transition metals compounds. The intrinsic magnetic properties of R(Fe,M)12 intermetallic compounds was systematically investigated. Emphasis was given to the determination of magnetic phase transitions and magnetocrystalline anisotropy field. Measurements of the temperature dependence of the a.c. susceptibility was used to study magnetic phase transitions induced by temperature, like spin reorientation transitions, occurring between 4.2 K and 300 K. The singular point detection technic (SPD) associated to pulsed fields was used to measure the anisotropy field and the critical field of field induced magnetic phase transitions (FOMP) in the temperature range of 4.2 K to 300 K, using magnetic fields up to 28 T. The results obtained for YFe12-xMox compounds indicate that the transition metal has an uniaxial contribution to the anisotropy. A high uniaxial anisotropy was found only in SmFe12-xMox compounds. Spin reorientation transitions were found in the RFe12-xMox systems with R=Nd, Dy and Er. FOMP like transitions were found in the ErFe12-xMox samples. Nitrogenation experiments were performed with the RFe12-xMox samples (R = Y and Nd). The results show that the nitrogen has a strong influence not only in the rare earth anisotropy, but also change the F e anisotropy from uniaxial to planar after nitrogenation. We also investigated the magnetization reversal processes in Sm2Fe17Nx magnets produced by Zn-bond and HDDR. The temperature dependence of the coercive field was measure in the range from 4.2 K to the Curie temperature. The effects of different recombination temperatures and different Zn contend were studied. The results were analyzed based in the Kronmuller' s micromagnetic model that takes into account microestructural parameters. A nucleation mechanism was proposed as a leading mechanism of magnetization reversal in this magnets Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Sergio Gama, Nilson Antunes de Oliveira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho descreveremos a obtenção dos compostos da família MnA s1-xAx (A= Te,P, Sb) e Mn1-xFe xAs para várias concentrações. Dividimos este trabalho em duas etapas, a primeira via obtenção em forno de alta pressão e a segunda via obtenção em forno tubular em tubos de quartzos. A primeira etapa, ainda se dividiu em obtenção indireta e direta dos materiais. Na obtenção indireta dos materiais, focamos nosso trabalho nos compostos de MnAs e MnSb para a produção da série MnAs1-xSbx. Na obtenção direta, partimos dos elementos para sintetizar os materiais, utilizando o mesmo método adotado na obtenção indireta. Na segunda etapa do trabalho, obtemos os compostos diretamente em tubos de quartzo. As amostras produzidas foram caracterizadas por difração de raios-X, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura utilizando a técnica de WDS e, finalmente, análises magnéticas para a obtenção do efeito magnetocalórico de cada material, e assim a avaliação destes materiais como possíveis candidatos a materiais refrigerantes. Após o cálculo do efeito magnetocalórico, utilizamos um modelo fenomenológico que considera a dependência da temperatura crítica da fase magnética na mudança de volume, o modelo utilizado parte das descrições propostas por Bean e Rodbell que correlaciona fortes interações magnetoelásticos com a transição de fase de primeira ordem Abstract: In this work we describe the obtaining processes of the MnAs1-x Ax (A= Te, P, Sb) and Mn1-xFexAs series for several concentrations. We divided this work in two stages: in the first one the samples were obtained using a high pressure furnace and in the second one using a resistive furnaces with the samples sealed in quartz tubes. The first stage, can be split in direct and indirect obtaining of the materials. In the indirect obtaining of the materials, our work was focused on the MnAs and MnSb compounds for the production of the series MnAs1-xSbx. In the direct obtaining, we synthesized the materials directly from the elements, using the same method adopted in the indirect obtaining. In the second stage of the work, we obtained the samples directly from the elements in quartz tubes. The produced samples were characterized by ray-X diffraction, optical microscopy, electron microscopy using the WDS technique and finally magnetic analysis for the calculation of the magnetocaloric effect of each material and, in this way evaluate these materials as possible candidates to refrigerant materials. After the calculation of the magnetocaloric effect, we used a phenomenological model that considers the dependence of the critical temperature of the magnetic phase in the volume change, the model used part of the descriptions proposed by Bean and Rodbell [1] that correlates strong magnetoelastic interaction with the first order phase transition Doutorado Física da Matéria Condensada Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: No presente trabalho são apresentados os resultados da avaliação do Efeito Magnetocalórico (EMC) das cerâmicas manganitas e do intermetálico La(Fe,Si)13. Para as manganitas foram produzidas amostras do tipo Tr1-x Mx MnO3(com Tr = terra-rara e M = alcalino-terroso). Em alguns conjuntos de amostras variou-se a quantidade x, ou seja, mudou-se a relação entre o Mn3+ e Mn 4+. Em outro conjunto a quantidade x era fixada em 0,4 e fazia a substituição da terra-rara pelo alcalino-terroso. Isto tinha como efeito a alteração do valor do raio iônico médio do sítio A . As amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X com refinamento Rietveld, metalografia óptica, e medidas magnéticas. Estas últimas permitiram o cálculo do EMC, que foi avaliado em função de x e de . Chegou-se a conclusão que à medida que < rA> diminuí há um aumento do acoplamento spin-rede que promove uma mudança do caráter da transição magnética de segunda para primeira ordem, provocando, portanto, um aumento do EMC. O outro material estudado foi o sistema metálico La(Fe,Si)13, cujo método de obtenção é por meio de fusão em forno a arco. Na verdade, é assim que todos os trabalhos da literatura sugerem preparar esta liga. Porém, descobriu-se neste trabalho de doutorado um intervalo de imiscibilidade, ainda não reportado na literatura, que origina-se no sistema binário La-Fe, e se expande para a liga ternária. Este fato tem implicações importantíssimas, pois comprova que apenas pelo processo de fusão da liga não é possível a obtenção deste material de forma monofásica. Então, se propõe uma nova forma de preparação do material que consiste na fusão em forno a arco com uma posterior pulverização das amostras e um tratamento térmico por longos períodos em atmosfera inerte Abstract: In the present work we show the results of the Magnetocaloric effect evaluation for ceramics manganites and for La(Fe,Si)13 intermetallic. The manganites sample produced were of Tr1-x Mx Mn O3 (Tr = rare-earth and M = alkaline earth) type. In one sample group it was changed the quantity x, or equivalently, the relation between the Mn3+ and Mn4+. On the other sample set, the x amount was fixed in 0.4 and the replacement was from the rare-earth to alkaline earth. This had as effect the variation of the value of the average ionic radius () of site A. The samples that obtained were characterised by x-Rays diffraction with Rietveld analyses, optic metallographic and magnetic measurements. The latter made possible the calculation of the MCE, which was evaluated as a function of x and < rA>. We conclude that as soon as diminishes there is an increase of the spin-lattice coupling that promotes a change in the magnetic transition order, causing, than, an increase of MCE. The second material studied was the metallic system La(Fe,Si )13, which preparation method is by arc-melting. In fact, in other works this material was obtained using this technic, but it was discovered in this Ph. D. work an immiscibility interval, until now not reported. This miscibility gap has its origin in the binary La-Fe phase diagram, and it extends for ternary alloy. This fact has an important implication, because it shows that with only the fusion process of the alloy it is impossible to obtain a single phase material. So, we propose a new way for material preparation that consists in the arc-melting with followed by sample milling and heat-treatment for a long time in an inert atmosphere Doutorado Física da Matéria Condensada Doutor em Ciências

Orientador: Rubens Caram Junior, Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O objetivo deste trabalho foi obter ligas amorfas em volume metálicas e magnetocalóricas através dos processos de centrifugação e injeção. Para isto foi necessária a construção de uma injetora em vácuo de ligas metálicas. Testes para confirmar a possibilidade de obtenção de novas ligas amorfas em volume através destes processos foram feitos com composições conhecidas de ligas amorfas. A liga Fe43,6355Cr4,925Co4,925Mo12,608Mn11,032C15,563B5,8115Y1,5, conhecida como aço amorfo estrutural, foi obtida amorfa em volume por centrifugação com espessura de 1 mm. As ligas Zr52,5Ti5Al10Cu17,9Ni14,6 e Cu55Zr30Ti10Ni5 foram obtidas amorfas em volume por injeção, comprovando a eficiência da injetora desenvolvida no presente trabalho. A partir de uma tríade de critérios para amorfização baseada no princípio da confusão, eutéticos profundos e viscosidade elevada foram desenvolvidas novas composições de ligas. A liga Gd55Ga20Si20Ge3B2 foi obtida amorfa em volume por centrifugação e apresentou o efeito magnetocalórico tipo mesa com a maior extensão da literatura, ?T = 142 K para variação de campo magnético de 1 T, sendo também a única liga amorfa em volume magnetocalórica à base de Gd. As ligas Gd50Al23Mn23B2Ga2 e Fe43,6355Cr4,925Co4,925Ni12,608Mn11,032C15,563B5,8115Y3,0 foram composições desenvolvidas no presente trabalho que obtiveram a fase amorfa, mas não em volume, utilizando o equipamento splat-cooler. Os resultados obtidos são relevantes e indicam novos caminhos para a construção de regeneradores magnéticos e de injetoras a vácuo Abstract: The aim of this work was to obtain metallic and magnetocaloric bulk amorphous alloys through centrifugation and injection processes. In order to obtain metallic bulk amorphous alloys a vacuum injection apparatus was built. For testing the centrifugation and injection equipments, known metallic bulk amorphous alloys were used. The alloy classified as structural amorphous steel, Fe43,6355Cr4,925Co4,925Mo12,608Mn11,032C15,563B5,8115Y1,5, was obtained in bulk amorphous by centrifugation with a thickness of at least 1 mm. The Zr52,5Ti5Al10Cu17,9Ni14,6 and Cu55Zr30Ti10Ni5 alloys were obtained in bulk amorphous by injection. For obtaining amorphous alloys it was used three relevant rules: confusion principle, deep eutectics, and high viscosity. The Gd55Ga20Si20Ge3B2 alloy was obtained amorphous in bulk by centrifugation and showed the largest table-like magnetocaloric effect, ?T = 142 K for a magnetic field variation of 1 T, and it is the unique based-Gd magnetocaloric bulk amorphous alloy. The Gd50Al23Mn23B2Ga2 and Fe43,6355Cr4,925Co4,925Ni12,608Mn11,032C15,563B5,8115Y3,0 alloys were developed in this work and only obtained as amorphous alloys, not in bulk, using the splat-cooler equipment. The results obtained are important and show new ways for obtaining new magnetocalric materials for magnetic refrigerators and vacuum injection apparatus Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Rubens Caram Junior, Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A fabricação de componentes estruturais para aplicações em altas temperaturas e em meios agressivos envolve o emprego de materiais que mantenham suas propriedades químicas, mecânicas e físicas em temperaturas acima de 1.000 oCo Em diversos sistemas, a estrutura eutética exibe estabilidade térmica inerente e permite obter um material compósito in situ, com microestrutura alinhada através do processo de solidificação direcional. No presente trabalho, ligas do sistema Fe-AlNb e Fe-Al-Nb(Mo) foram obtidas e processadas. Inicialmente, investigou-se a microestrutura de solidificação no estado bruto de fusão através de técnicas metalográficas convencionais com o objetivo de verificar o comportamento das fases do eutético. Observou-se que a fase (FeAl)2Nb solidifica de forma facetada com o aumento do teor de alumínio na liga (- 41%). Em seguida, as ligas eutéticas F_7,5Al22,gNb9,7 e Fe49,7A41,2Nb9,1 foram solidificadas direcionalmente através do processo Bridgman em forno com aquecimento indutivo. As amostras resultantes tiveram suas microestruturas caracterizadas com relação às condições de solidificação e ao comportamento mecânico através de ensaios de dureza, e de compressão nas temperaturas: ambiente, 600 °C e 1.000 oCo Em uma etapa final, essas ligas foram avaliadas quanto à sua resistência à oxidação e quanto à estabilidade de suas microestruturas em alta temperatura. Os resultados obtidos possibilitaram a compreensão das principais características essenciais em um material para uso estrutural, tais como: propriedades anisotrópicas relacionadas ao alinhamento das fases do eutético e o comportamento mecânico em diferentes meios Abstract: The manufacture of structural components for application in high temperatures and aggressive environments involves the use of materials that maintain their chemical, mechanical and physical properties in temperatures above 1,000 C. The eutectic microstructure of many systems posses inherent thermal stability and it may result in an in situ composite material, with an aligned microstructure by directional solidification process. In the present work, alloys in the Fe-Al-Nb and FeAl-Nb(Mo) systems were obtained and processed. Initially, the microstructures in the as-cast condition were analyzed by through conventional metallographic techniques, with the aim to investigate the eutectic phase behavior. Were noted that the (FeAl)2Nb phase solidifies in a faceted form with increasing aluminum content (- 41 %). Further, the eutectic alloys (F_7,5Al22,8Nb9,7 e Fe49,7Al41,2Nb9,l) were directionally solidified using Brigdman process in furnace with inductive heating. The resultant microstructures were characterized in terms of solidification conditions and in terms of mechanical behavior by hardness testing and compressing at temperatures: environment, 600°C e 1,000 C. In a final stage, the oxidation resistance and the high temperature microstructure stability of the alloys were evaluated. The results obtained allowed to understand the main characteristics to use some material as structural component like: anisotropic properties, mechanical behavior in different conditions Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Nos últimos anos tem surgido grande interesse da comunidade científica para entender os mecanismos físicos microscópicos que governam os efeitos magnetocalóricos, principalmente em compostos intermetálicos contendo terras raras (R). Em particular, tem-se estudado compostos do tipo RX com X = N, P, As, Sb e Bi, pois eles formam estruturas com alta simetria, facilitando a interpretação das observações experimentais. No presente trabalho são estudadas as propriedades magnéticas dos compostos RX, com R = Nd e Yb, dando ênfase na identificação da contribuição quadrupolar na região paramagnética. Para atingir nosso objetivo foram realizados programas computacionais tanto em Mathematica como em Fortran. O modelo de Hamiltoniano usado incorpora o campo cristalino, o termo quadrupolar e o campo molecular, incluindo o campo dinâmico. Foram realizados cálculos da variação da magnetização com a temperatura e o campo aplicado, da susceptibilidade, assim como da entropia magnética. Amostras policristalinas dos compostos RX foram preparadas e caracterizadas por nosso grupo. A análise dos resultados de medidas magnéticas mostram a contribuição quadrupolar e pelo confronto com os cálculos computacionais, são obtidos os parâmetros do campo molecular e quadrupolar. Suficientes evidências são apresentadas para reforçar os resultados obtidos. O entendimento da contribuição quadrupolar nestes compostos é o ponto central do presente estudo. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para melhorar as previsões teóricas nos estudos do efeito magnetocalórico Abstract: In the last years great interest from the scientific community has arisen for understand the microscopic physical mechanisms that govern the magnetocaloric effects, mainly in intermetalic compounds containing rare earths (R). In particular, ones have studied RX compounds with X = N, P, As, Sb and Bi, because they form structures with high symmetry, facilitating the interpretation of the experimental observations. In the present work are studied the magnetic properties of the RX compounds, with R = Nd and Yb, with emphasis in the identification of the quadrupolar contribution in the paramagnetic region. To reach our goals were developed computational algorithms in Mathematica and Fortran software. The model of Hamiltonian used incorporates the crystalline, quadrupolar and molecular field terms, including the dynamic field. Calculations were carried out of the magnetization variation with temperature and applied field, ofthe susceptibility, as well as ofthe magnetic entropy. Polycrystalline samples of the RX compounds were prepared and characterized by our group. Analysis of the magnetic measurements results show the quadrupolar contribution and from the confront with the calculations results the parameters of the molecular and quadrupolar field are obtained. Sufficient evidences are presented for reinforce the conclusions. The understanding of the quadrupolar contribution in these compounds is the main point of the present study. The developed model can be used to improve the theoretical calculations in magnetocaloric effect studies Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Neste trabalho são apresentados resultados acerca da nitrogenação a plasma d. c. da fase Sm2Fe17, bem como resultados da obtenção de ímãs permanentes do nitreto Sm2Fe17N3 aglutinados com Sn depositado quimicamente (bonded-magnet). Apresenta-se também a construção da câmara de plasma d. c. usada no trabalho. Para nitrogenação a plasma da fase Sm2Fe17 foi usada uma mistura de H2e N2, os nitretos foram obtidos a uma temperatura de 400 °C, pressão de 5 Torr e tempo de 5 horas, e a composição da mistura foi variada de 10 a 90 % de H2 . Esses nitretos foram caracterizados com Análise Termomagnética (ATM), Difratometria de Raios X (DRX), Metalografia Ótica, Microssonda Eletrônica e Espectroscopia Mössbauer. Os resultados mostram que, para atmosfera composta de até 40% de H2, obtem-se os seguintes nitretos: Sm2Fe17N8, Sm4Fe12N11 e Sm2Fe17N3. Quando a composição da atmosfera é superior a 50% de H2 há apenas a formação do nitreto Sm2Fel7N3 e o aparecimento de Ferro livre. Para fabricação dos ímãs permanentes foi usado o nitreto Sm2Fe17N3 obtido a partir de pó de Sm2Fe17 nitrogenado em forno resistivo em atmosfera de N2 a 400° C (Sistema Sieverts). Uma camada de Sn foi depositada sobre os grãos do nitreto usando um processo químico em meio aquoso. Os ímãs aglutinados com Sn foram orientados, prensados e sinterizados a plasma a 250° C usando atmosfera de H2 e Ar e caracterizados com DRX, Microscopia Eletrônica de Varredura e Medidas de Magnetização. Os resultados indicam que a quantidade de Sn depositado é muito pequena, evitando a formação de fases indesejáveis. Não se observa a formação de óxido nas amostras, o que indica que a sinterização por plasma é eficiente para remover o O2. Os ímãs obtidos apresentaram boas propriedades magnéticas Abstract: In this work we present the results about dc plasma nitrogenation of the Sm2Fe17 phase, as well as the preparation of permanent magnets using Sm2Fe17N3 bonded with chemically deposited Sn (bonded-magnet). We also present the construction of the dc plasma chamber employed in this work. The plasma nitrogenation was performed using a mixture of H2 and N2 at a temperature of 4000 C, pressure of 5 Torr and process time of 5 hours. The plasma composition was changed from 10% to 90% of H2. Those nitrides were characterized by Thermomagnetic Analisys (TMA), X-Ray diffractometry (XRD), Optical metallography, Scanning Electron Microprobe and Mössbauer spectroscopy. The results show the formation of the nitrides Sm2Fe17N8, Sm2Fe17N11, and Sm2Fe17N3, for a H2 concentration below 40%. If the hydrogen concentration is equal or higher than 50%, it is observed only the formation of the nitride Sm2Fe17N3 and of pure Fe. To produce the permanent magnets we used the nitride Sm2Fe17N3 obtained from Sm2Fe17 powder nitrogenated in a resistive oven with nitrogen atmosphere and at temperature of 400 0C (Sieverts system). A layer of Sn was deposited on the nitride grains using a chemical process in an aqueous solution. The magnets were oriented, pressed and plasma sintered in an atmosphere of H2 and Ar at 250 0C, and then characterized by XRD, scanning electron microprobe and magnetic measurements. The results indicate that the amount of deposited Sn is very small, so avoiding the formation of undesirable phases. We did not observe oxidation in our samples, indicating that the sintering process was efficient in removing O2. The obtained magnets presented excellent magnetic properties Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Neste trabalho é apresentadao o estudo do crescimento de monocristais de fases de Laves Fe2TR (TR = terra rara). As altas expansões (contrações) magnetoestritivas apresentadas por estas fases as tornam potencialmente adequadas para aplicações em transdutores magnetomecânicos. Apesar disto, há pouca literatura sobre as condições para síntese de monocristais destas fases. O crescimento de monocristais de fases contendo metais terras raras apresentadas com principais dificuldades a alta volatilidade e reatividade destes metais. Além disso, a formação peritética de algumas destas fases torna mais difícil a obtenção de monocristais sem defeitos. Aqui, através da técnica Czochralski com aquecimento por indução de rádio - frequência, monocristais de boa qualidade são obtidos, utilizando baixas velocidades de puxamento. É apresentado também o desenvolvimento de um sensor optoeletrônico para realizar medidas magnetoestritivas das amostras preparadas, utilizando campos magnéticos de até 15 kOe Abstract: In this work the study of the single crystal growth of Fe2R (R = rare earth) Laves phases is presented. The high magnetostrictive expansions (contractions) presented by these phases turn them potentially adequate for applications as magnetomechanical transducers. Despite this, there is little literature on the conditions for single crystal synthesis of these phases. The single crystal growth of phases containing rare earth metal presents as main difficulties the high vapor pressure and reactivity of these metals. Moreover, the peritectic formation of most of these phases presentes futher difficulty for the obtention of defect - free single crystals. Here, by using the Czochralski technique with radio - frequency induction heating, single crystals of good quality are obtained, using low pulling speeds. The development of an optoeletronic extensometer is also presented. It has been used to measure the magnetostrictive effect of the prepared samples, in magnetic fields of up to 15 kOe Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Neste trabalho foi estudada a oxigenação dos compostos Fe17R2, com R = Sm, Pr e Nd. Amostras em pó dos três compostos foram oxigenadas, por reação gás - sólido, num reator do tipo Sieverts nas temperaturas de 225, 250, 300, 400, 500, 600, 700 e 800o C. Os tratamentos abaixo de 300o C foram destinadas ao estudo da primeira camada de difusão do oxigênio e à obtenção de uma eventual fase óxido intersticial, Fe17R2Ox; análoga à fase nitreto: a concentração de oxigênio na primeira camada, o perfil (qualitativo) dessa concentrção durante a oxigenação e os padrões de difusão em diferentes temperaturas foram determinados. As amostras oxigenadas acima de 300o C foram destinadas à identificação dos produtos da decomposição da fase 17 - 2 original pelo oxigênio: foram detectados nove óxidos, seis dos quais puderam ser identificados. As amostras foram caracterizadas por metalografia óptica (OM), difração de raios X (XRD), análise termomagnética (TMA), espectroscopia Mössbauer (MS), análise térmica diferencial (DTA) e análise termogravimétrica (TGA) Abstract: In this work the oxidation of the compounds Fe17R2 with R = Sm, Pr and Nd, was studied. Powder samples of the three compounds were oxidized, by gas - solid reaction, in a Sieverts type reactor, at temperatures of 225, 250, 300, 400, 500, 600, 700 and 800 oC. The treatments below 300 oC were made to study the first diffusion layer and for trying to get an eventual interstitial oxidized fase, Fe17R2Ox; similar to the nitrided fase: the oxygen concentration in the first diffusion layer for samples fully oxidized, a qualitative oxygen concentration profile in the first layer of samples partially oxidized and the diffusion patterns for different oxidizing temperatures were determined. The samples oxidized above 300 oC were destined to the identification of decomposition products of the original 17 - 2 fase by the oxygen. Nine oxides were detected, six of which were identified. The samples were characterized by optical metallography (OM), X - ray diffractiion (XRD), thermomagnetic analyses (TMA), Mössbauer spectroscopy (MS), differential thermoanalyses (DTA) and thermogravimetric analyses (TGA) Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Sergio Gama, Rubens Caram Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Ligas eutéticas constituídas por fases intermetálicas, com alto ponto de fusão, apresentam-se promissoras para aplicação industrial como materiais estruturais. Um sistema com potencial para a obtenção desses materiais estruturais é aquele formado pelos elementos Fe, Al e Nb, que apresenta estrutura eutética formada pela fase (FeAl)2Nb embebida na solução sólida (FeAl). Dependendo das condições de solidificação, a estrutura eutética pode ser alterada significativamente, o que permite exercer o controle da microestrutura final, para a obtenção de compósitos in situ. No presente trabalho, inicialmente realizou-se a análise do diagrama de fases Fe-Al-Nb, com o objetivo de determinar o vale eutético (Fe) + Fe2Nb para adições de Al entre 20 e 50% at. Em seguida, a influência da taxa de crescimento na microestrutura de solidificação foi analisada através da técnica de solidificação direciona! com aquecimento indutivo em atmosfera de argônio. Através da caracterização por microscopia óptica e eletrônica, duração de raios-X e análise térmica diferencial, foram obtidas estruturas eutéticas para as composições, Fe67Al22,8Nb9,7, Fe49,7Al41,2Nb9,1 e Fe47Al45Nb8. Finalmente, através da utilização de ensaios de compressão e dureza, foram avaliadas algumas propriedades mecânicas das ligas solidificadas direcionalmente Abstract: Eutectic alloys formed by high melting point intermetallics phases, as in the case of the system formed with Fe, Al and Nb elements are promising material to be used as structural materials. This system presents eutectic structures formed by (FeAl)2Nb phase surrounded by (FeAl) solid solution. Depending on solidification conditions the eutectic structures can be significantly changed. This fact allows one to control the final microstructure, which permits to obtain in situ composites. In this work, firstly the analysis of the Fe-Al-Nb phase diagram was carried out. The aim of this study was to determine the eutectic valley (Fe) + Fe2Nb with of AI content from 20 up to 50 at.%. Following that, the influence of growth rate was investigated using the directional solidification technique, with inductive heating and under argon atmosphere. The eutectic structures compositions, Fe67Al22,8Nb9,7, Fe49,7Al41,2Nb9,1 and Fe47Al45Nb8, were determined using optical and scanning electron microscopy, x-ray diffraction and thermal analysis. Finally in order to evaluated the mechanical behavior of these eutectics, compression and microhardness tests of directionally solidified samples were performed Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Rubens Caram Junior, Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o emprego de ligas eutéticas solidificadas direcionalmente constitui uma alternativa interessante na construção de dispositivos e equipamentos para operar em temperaturas acima de '1000 GRAUS'. Um sistema com potencial na obtenção desses materiais estruturais é o eutético formado pelos elementos Al e Nb e que exibe as fases 'NB IND.2' 'AL' e 'AL IND.3' 'NB'. A presente investigação teve como objetivo fundamental o estudo da microestrutura de solidificação de ligas Al-Nb, eutética e próximas à composição eutética. O trabalho envolveu a elaboração de experimentos associados à pceparação e crescimento direcional dessas ligas. Numa etapa seguinte, as amostras processadas tiveram suas microestruturas caracterizadas no tocante às condições de solidificação. Foram empregadas técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura, bem como de diftação de raios-x, para estudo da microestrutura cristalina, e de EDS, para determinação das composições em alguns pontos das amostras. Os resultados obtidos possibilitaram a compreensão do modo de solidificação das ligas estudadas, bem como da influênciada taxa de crescimento na microestutura de solidificação Abstract: The manufacturing of devices to operate at high temperature requires the use of special materials, which are able to exhibit and maintain specific mechanical, physical and chemical characteristics, even beyond 'lOOO GRAUS'.The directionally solidification of eutectic alloys is a very promissor technique. It permits to produce in situ composites. The ternary systemsof Nb-Al- Ti and Nb-Al-Cr were studied by X-ray diffraction, EDS Electron Scanning Microscopy, Differential Thermal Analysis to determinate the chemical composition with specific eutectic structure. The Directional Solidification Bridgman Method was used to produce the eutectic alloys. The mechanical properties of these alloys were caracterized by hot compression and microhardness test. The oxidation resistance was also investigated. The results obtained in this work suggest that the alloys from systems Nb-Al-Ti and Nb-Al-Cr are able to work as composite materiaIs for high temperature Doutorado Materiais e Processos Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: O crescimento de monocristais das fases Fe17R2, R = terras raras, apresenta várias dificuldades associadas com a formação peritética destas fases, a volatilidade das terras raras e sua alta reatividade. Para resolver estes problemas nos experimentos de crescimento de monocristais utilizando o método Bridgman, nós utilizamos um forno de indução com uma câmara de alta pressão, desenvolvemos e testamos cadinhos de CaO, CaF2 e óxidos de terras raras como Nd2O3 e Sm2O3. Os cadinhos de CaO foram descartados devido a forte reação e dissolução pela terra rara. Os cadinhos de CaF2 são convenientes somente para os compostos envolvendo terras raras leves, os cadinhos de óxidos de terras raras apresentam problemas de dissolução para os compostos a base de terras raras leves, mas podem ser utilizados para crescimento de cristais dos compostos a base de terras raras pesadas, resultando em monocristais de boa qualidade. O comportamento crítico dos monocristais Fe17Dy2, Fe17Ho2 e Fe17Er2 foi investigado pela dedução dos expoentes críticos assimptótico e correção para escala, amplitudes e taxa de amplitude universal de medidas detalhadas de polarização magnética na feitas a temperaturas próximas a temperatura de Curie, onde o sistema muda da fase magnética para a paramagnética. Foram encontradas transições de fase bem definida em todos os sistemas com valores dos expoentes críticos assimptótico e taxas de amplitudes universais muito próximas destas previstas pelos cálculos de renormalização de grupo para o modelo de Heisenberg para um ferromagneto com interação tridimensional isotrópica de curto alcance. As correções não analíticas para o comportamento singular no ponto de Curie, que origina do campo de escala irrelevante não linear, foram calculadas e tem um papel significante na dedução dos expoentes críticos e amplitudes. Desde que o interesse principal deste estudo está somente na região crítica, não investigamos estes termos de correção fora da região crítica. A fração de spins que realmente participa na transição de fase também é calculada. Esta fração decresce monotonicamente quando vamos do Dy para o Er na tabela periódica Abstract: Not informed Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientadores: Sergio Gama, Mauro Luciano Baesso Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Os vidros aluminato de cálcio com pouca sílica são transparentes na região do infravermelho ( I R ) até aproximadamente 6 mm. Estes vidros são interessantes devido às suas excelentes propriedades, i. e., boa durabilidade química, alta temperatura de vitrificação, e porque são obtidos sem o uso de formadores de rede tradicionais. A introdução de pequenas quantidades de sílica e óxido de magnésio ( ou óxido de bário ) no sistema binário, CaO : Al2O3, melhora a formação de vidro sem que haja uma significativa perda na transmissão no I R. A adição de óxidos terras-raras na sua composição induz mudanças estruturais, modificando suas propriedades físicas. Vidros dopados com íons terras-raras são de interesse para muitas aplicações ópticas, incluindo meio ativo para laser de estado sólido. A grande limitação de se trabalhar próximo ao limite do diagrama de fase, como no caso dos vidros aluminato de cálcio com pouca sílica, é que pequenas quantidades de terra-rara, na sua composição, ocasiona a devitrificação. Desta maneira, é desejável introduzir grandes quantidades de terra-rara e investigar as mudanças induzidas nas propriedades do vidro. Neste trabalho, vidros aluminato de cálcio com pouca sílica, 47,4% CaO, 41,5% Al2O3, 7% SiO2 e 4,1% MgO ( em peso ), foram preparados com diferentes concentrações de Nd2O3, de 0.5 a 5.0% (em peso), e fundidas a vácuo. Eles apresentaram boa qualidade óptica. Através da técnica difração de raios-X foi possível confirmar a não cristalização dos mesmos. Além disso, Utilizamos para caracterizá-los outras técnicas, i. e., Análise Térmica Diferencial, DTA; Análise Térmica Gravimétrica, TG; Espectrofotometria, Refratometria. Além destas técnicas, utilizou-se, em especial, a Espectroscopia de Lente Térmica ( TLS -Thermal Lens Spectroscopy ), na configuração de modo descasado, que é a mais sensível já encontrada, e que vem sendo utilizada nos últimos três anos na análise de vidros para a obtenção de propriedades termo-ópticas. Apresentamos um novo método para medida da eficiência quântica a partir de modificações do modelo teórico de lente térmica. A principal vantagem desse novo método é o de fornecer o valor absoluto da eficiência quântica do material fluorescente, sem a necessidade de determinar o tempo de vida fluorescente, como geralmente é utilizado na literatura através do método de Judd-Ofelt Abstract: Not informed Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: O estudo da oxidação em ligas do sistema Fe-Nd foi desenvolvido a partir de ligas binárias, Fe-Nd, e ternárias, Fe-Nd-O, utilizando técnicas de Metalografia Óptica, Análise Termomagnética AC, Microanálise Eletrônica e Medidas de Coercividade. As ligas binárias foram primeiro estabilizadas e então submetidas a tratamentos térmicos sob atmosfera oxidante. Essas ligas apresentaram um comportamento típico de pares de difusão, com a formação de camadas de material oxidado avançando da superfície para o interior da amostra. Para pequenos tempos de tratamento, a entrada do oxigênio promove o aparecimento de fases metaestáveis, magneticamente ordenadas, com temperaturas de Curie em torno de 100°C e 200°C. Para tempos maiores observa-se a decomposição da fase Fe17Nd5 em Fe17Nd2 e Nd2O3, e da fase Fe17Nd2 em Fe e Nd2O3. Nas ligas de Fe-Nd-O ricas em Fe, a existência de um "gap" de miscibilidade no estado líquido promove a separação entre uma porção da amostra rica em óxidos e outra contendo fases metálicas. Ligas ricas em Nd, com composições próximas à do eutético binário, quando submetidas a tratamentos térmicos de curta e longa duração, apresentam grandes alterações na microestrutura, que são acompanhadas por mudanças no valor da coercividade. Nessas amostras são também encontradas fases metaestáveis com temperaturas de Curie (Tc) em torno de 100°C e 160°C, que sob tratamentos térmicos são dissolvidas dando origem a outra fase com Tc » 220°C Abstract: The oxidation study of Fe-Nd system was developed from Fe-Nd binary alloys, and Fe-Nd-O ternary alloys. Optical Metallography, AC Termomagnetic Analysis, Eletronic Microprobe and Coercivity Measurements were used for alloys characterization. The binary alloys were first stabilized and then submitted to a heat treatment under oxygen atmosphere. Those alloys present a typical behaviour of diffusion pattern, as observed in diffusion couples. One observes a layer of oxidized material from the surface to the interior of the material. For short treatment times, oxygen promotes metastable magnetically ordered phases. For longer treatment times one observes the decomposition of Fe17Nd5 phase in Fe17Nd2 and Nd2O3, and the phase Fe17Nd2 in Fe and Nd2O3. The Fe rich Fe-Nd-O alloys display a liquid miscibility gap with a clear separation between oxide rich portion and metallic phases. Nd rich alloys, submitted to short and long heat treatments showed notable microstructure alterations, followed by changes in coercivity. This behaviour is quite similar to those found in binary alloys. The ternary alloys showrd metastable phases whith Curie temperatures near 100°C and 160°C, that originate another phase with Tc » 220°C, after long heat treatments Mestrado Física Mestre em Física

Orientador : Sergio Gama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Doutorado

Orientador: Sergio Gama Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo:O sistema AI-Cr-Nb surge como um sistema promissor na produção de superligas. O objetivo deste trabalho foi a revisão da secção a 1000°C do sistema AI-Cr-Nb, passando pela revisão dos binários AI-Cr e Cr-Nb. O diagrama AI-Cr consiste de uma reação peritética a 1315°C, entre a fase líquido e a fase (Cr), que no resfriamento resulta na formação da fase Al8Cr5. Três outras fases intermediárias são geradas também por reações peritéticas (AI9Cr4, Al4Cr, Al7Cr). A 657°C, a fase liquido, rica em alumínio (cerca de 0,4 %at.Cr), decompõe-se em Al7Cr e (AI). A fase (Cr) sofre uma transformação congruente a 910°C dando origem à fase AICr2. Através de uma reação eutetóide a 872°C e 61 %at.Cr, a fase (Cr) decompõe-se em Al8Cr5 e AICr2. A fase ? (Al11 Cr2) não foi encontrada em amostras como fundidas, tratadas ou após análise térmica diferencial (ATD). Os sinais de ATD também não mostram a temperatura de formação de 1 (AI11Cr2). A natureza da reação envolvendo a fase (AI) foi determinada ser eutética ao invés de peritética como mostra a literatura. O sistema Cr-Nb é caracterizado por uma fase de formação congruente, fase de Laves Cr2Nb, que forma um eutético com cada uma das soluções sólidas terminais. O eutético rico em cromo foi encontrado para a composição de 20,0 %at.Nb. A existência da fase Cr2Nb foi confirmada com um largo intervalo de solubilidade. A composição do eutético rico em nióbio foi determinada em 49,0 %at.Nb. Uma fase não estável no sistema Cr-Nb, de crescimento facetado, de estequiometria CrNb, foi encontrada em amostras preparadas para este trabalho. Tentativas de estabilização desta fase, a altas temperaturas ou por tratamento térmico sob atmosfera oxidante, falharam. O diagrama de fases ternário AI-Cr-Nb foi revisado, com ênfase na secção a 1000°C. Um esquema de reações e as relações de fases para a secção a 1000°C são apresentados. Análises térmicas da liga AI54Cr34Nb12, e em outras três composições vizinhas a esta, mostram a não existência de um eutético ternário nesta composição. Microanálises quantitativas determinaram campos de equilíbrio na secção a 1000°C. A secção é caracterizada por oito equilíbrios ternários; uma grande solubilidade de AI na fase Cr2Nb, a nióbio constante; admissão de cerca de 8 e 4,5 %at.Cr nas fases Nb2Al e Nb3AI, respectivamente, a nióbio constante; e equilíbrio binário entre Cr2Nb e Al3Nb Abstract: The AI-Cr-Nb system appears as an interesting system in the field of superalloys. The purpose of his work is to revise the isothermal section AI-Cr-Nb at 1000°C as well as to verify the binaries AI-Cr and Cr-Nb. The AI-Cr phase diagram consists af a peritectic reaction at 1315° C, , between the liquid and (Cr) phases, which on cooling results in the Al8 Cr5, phase. Three other intermediate phases have a peritectic formation (Al9 Cr4, Al4Cr and AI7Cr). The aluminum rich jiquid (0.4%atCr) decomposes eutectically in Al7Cr and (AI). The (Cr) phase transforms congruently in AICr2 at 910°C. By means of a eutectoid reaction at 872°C, 61 %at Cr, the (Cr) phase decomposes in Al8 Cr5 and AICr2. The ? phase (Al11Cr2) was not found in as cast or heat treated samples neither in differential thermal analysis (DTA) samples. The DTA signals did not show the formation temperature of ? (A11Cr2). The nature of the reaction involving the (AI) phase was verified to be eutectic instead of peritectic as shown in the literature. The Cr-Nb system is characterized by having a Laves type phase Cr2Nb3, which takes part in both eutectic reactions with the terminal phases (Cr) and (Nb). The chromium rich eutectic was found to be at 20.0% at Nb. The existence of the Cr2Nb phase with a large solubility range was confirmed. The niobium rich eutectic was determined to be at 49% at Nb. A CrNb phase was found in some samples of this work. Experiments to vcrify the stability of this phase at high temperatures or its stabilization by oxygen failed. The ternary phase diagram AI-Cr-Nb was revised, with emphasis in the section at 1000°C. The phase relations for this section and a scheme of reactions are presented. Thermal analyses of the Al54Cr34Nb12 alloy and of three other surrounding compositions show the non existence of a ternary eutectic. Quantitative microanalyses determined the equilibrium fields in the section at 1000°C. This section has eight equilibrium triangles; a large aluminum solubility for the Cr2Nb phase at constant niobium; the AINb2 and AINb3 phases admitting approximately 8.0 and 4.5% at Cr, respectively, at constant niobium; and a two phase equilibrium between Cr2Nb and Al3Nb Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica