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Functionally graded materials (FGM) present enormous potential to combine materials with distinct mechanical and thermal properties in a component via a compositional gradient throughout the body. In the present work, step graded Al2O3/NbC composites were assessed in order to obtain a FGM with high hardness and good fracture toughness. Step graded uniaxially pressed cylinders were consolidated by Spark plasma sintering (SPS) into fully dense (>99% TD) crack-free graded bodies. The designed gradient was successfully maintained after sintering and, due to the high density of FGMs, it was possible to obtain a high hardness up to 25.1 GPa and a good fracture toughness of ~5 MPa m1/2.

Wear resistance is a fundamental property which defines the lifetime of cutting tools, but the investigation of wear performance of alternative hard materials for traditional WC-Co composites are recent. The present work evaluated the pin-on-disk wear behavior and mechanical properties, i.e., hardness and fracture toughness of spark plasma sintered Al2O3 matrix composites with additions of 5, 15, 25 or 30%wt of niobium carbide NbC. The wear resistance was observed to increase as a function of the NbC content, even though the hardness reached a plateau at 25%wt NbC. The composite behavior was compared to that of other alumina composite tool materials proving to be a promising material for applications such as ceramic cutting tools. The composition A95N5 presented the best combination of values of wear rate: 8.9 mm3/N.m, hardness equal to (17.36±1.72) GPa and fracture toughness of (3.2±0.6) MPa. m1/2.

Efforts to reduce energy consumption have led to the increasing use of microporous refractory ceramics as high-temperature thermal insulation materials. One of the techniques to produce these materials is based on the generation of pores through the phase transformation of hydroxyl or carbonate compounds. This method does not release toxic volatiles but prolonged use at high temperatures limits its use, because the transition compounds that are formed after dehydroxylation/decarbonation tend to accelerate densification, reducing the system's total porosity. The aim of this work was to produce porous moldable ceramics from alumina, aluminum hydroxide and a source of silica (quartz), using the reaction of alumina and quartz in order to form mullite, a compound that is able to decrease densification rates at high temperatures. The samples were sintered between 1100 °C and 1500 °C and characterized by porosity measurements, modulus of elasticity, compressive strength, X-ray diffraction, dilatometry, mercury porosimetry, and scanning electron microscopy. The results indicated that high levels of porosity were preserved up to 1500 °C owing to the formation of mullite.

The densification kinetics of zirconia-nickel composites, containing up to 30 vol% of nickel with a medium particle size around 4 μm, was investigated. Green 3 mol% yttria stabilized zirconia (3YSZ)/Ni compacts with 56% of the theoretical density were submitted to dilatometry at constant heating rates of 5, 10 and 20 °C/min. The densification kinetics of the ceramic-metal composites (cermets) were evaluated by estimation of the apparent activation energy (Q), whereas scanning electron microscopy was used to analyze the microstructure. The addition of nickel caused an increase of activation energy of densification of the composites. The densification behavior was influenced by microstructural evolution of nickel phase and percolation phenomenon. The values of activation energy for densification increased as a function of Ni content. In the initial stage, the activation energy varied from (485 ± 45) J.mol−1, for pure zirconia, to (683 ± 28) J.mol−1, for composites with ZrO2(70%vol)/Ni(30%vol), 70Z-30Ni. In the intermediate, these values increased from (343 ± 13) to (480 ± 30) J.mol−1, for pure zirconia and 70Z-30Ni, respectively.

The heterogeneous photocatalysis has been developed to treatment of recalcitrant organic effluents such as the dyes. The chemical reactions occur on a semiconductor surface exposed to electromagnetic radiation. The objective of this study was evaluate the high energy milling as a mechanism to obtain fine powders of ZnO to utilization in photocatalysis. Raw ZnO was characterized by X-Ray diffraction, BET, sedigraph and Helium pycnometry and it was milled during four and ten hours in dry and wet media. The milled powders were characterized by X-Ray diffraction and they were evaluated in photocatalytic degradation of Rhodamine B dye. The results showed high purity of the powders before and after milling and the photocatalytic efficiency was function of processing conditions. The average half-life time for the dye varied between of 990.2 and 7.6 min wherein the powder obtained by four hours in dry media milling showed the best results of photodegradation.

Effective ways to treat textile industrial effluents have been studied in attempt to find alternatives to reduce the imminent risk of water resources contamination. The heterogeneous photocatalysis stands out in this scenario working in the organic waste mineralization, such as dyes. The objectives of this study were to investigate the obtaining of fine powders of the WO3:TiO2 (the investigated proportions in this work were 0: 100; 30:70; 50:50; 70:30; 100:0) using the high energy milling technique and to evaluate the photocatalytic efficiency of the Rhodamine B dye in this system. The oxides precursors were characterized by X-ray diffraction, BET and Helium pycnometry. After dry milling for 4 hours, the obtained powders were characterized by X-ray diffraction and tested to the photocatalysis in UV-C. The results indicate that the milling process has a direct influence on the photocatalytic properties of the investigated systems, and that the greater presence of titania in the mixture leads to a greater catalytic effect.

Photocatalytic processes have been applied to treatment of organic effluents through the mineralization of these pollutants on a semiconductor surface. Obtaining nanosemiconductors is desirable for the increasing of particle surface area and improvement in photocatalytic efficiency. In this paper, it was evaluated the influence of High Energy Milling (HEM) as a technique to produce nanocrystalline zinc oxide. The photocatalytic activity of the milled powders to degrade Rhodamine-B dye when exposed to ultraviolet and visible radiation also was investigated. The powders were milled during 4 and 10 hours by dry media milling and 10 hours by wet media milling. The results indicated that there were no detectable powder contamination during the millings and the reduction of crystallite size was function of time and media of milling. All of the assessed samples demonstrate high degradation of the dye, which corroborates with the potentiality of this technique to photocatalysts production. The material milled during 10 hours by dry media milling showed the best results under the experimental conditions.

Ceramic porous structures are technologically important materials for several high-temperature applications. Many recent studies have aimed at increasing their temperature of use and refractoriness, preserving their pores characteristics (content, shape, and permeability) and creating different forming and placing techniques. The present manuscript reports on the development of highly porous castable structures based on mullite (3Al 2 O 3 ·2SiO 2 ) formed in situ from calcined and hydratable alumina, aluminum hydroxide and amorphous silica. The evolution of their physical properties and microstructure during thermal treatment was evaluated by mechanical (compression strength and elastic modulus) and dilatometric tests, porosity measurements, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results indicate the mullite׳s intrinsic difficulty for densification (which is a detrimental effect in the production of dense parts) can be a powerful mechanism to prevent porosity loss at high temperatures.

In this work, the ZnO–Co3O4 particles obtained by high energy milling were evaluated in the photocatalytic degradation and adsorption of Rhodamine B dye. The photocatalytic tests were executed under UV-C radiation and the effects of the dye adsorption on the materials surface were assessed through tests in dark room, both monitored by ultraviolet–visible absorption spectroscopy (UV–vis). Infrared absorption technique (FTIR) was performed during the photocatalytic process to evaluate the formation of organic subproducts throughout the reaction. Chemical Oxygen Demand (COD) was carried out for all the samples in order to investigate the presence of residual organic matter after the photocatalytic tests. Results indicated that the Rhodamine B dye was totally decomposed in the presence of milled particles after 90 min, following different rates of degradation. Photocatalytic activity was not observed to the Zn0,95Co0,05O solid solution submitted to thermal treatment. The FTIR technique indicated that there were no detectable organic subproducts after the reaction and the COD analysis demonstrated a large reduction of organic matter after photocatalytic process. The powders milled during 10 h in wet medium presented the best results of dye degradation due to the highest reduction of particles size among the assessed samples.

In this paper the high energy milling was evaluated as a technique to obtain fine powders in the ZnO–Co3O4 system for utilization in photocatalytic processes. This study was divided in two parts named part I and II: the first part (present article, part I) describes the methodology of processing and the powders characterization before and after the milling; the second part (that will be present in a second article, part II) is related to the photocatalytic evaluation of the milled materials. At the first part, the raw materials (ZnO and Co3O4 powders) were characterized by Sedigraph technique, BET Analysis, Helium Pycnometry, X-Ray diffraction and Thermal Analysis (DSC/TGA) aiming to know their physicochemical, structural and thermal properties. The raw materials (95% ZnO, 5% Co3O4, molar ratio) were milled during four and ten hours (the dry and wet media milling were investigated). One sample was thermally treated in order to solubilize the cobalt in the zinc oxide lattice aiming the formation of the Zn0.95Co0.05O solid solution. The milled and heat-treated powders were characterized by X-ray diffraction and thermal analyses (DSC/TGA). The samples milled during ten hours also were analyzed by scanning electron microscopy. The results indicated that the starting materials were obtained in a micrometric scale and presented high purity. Moreover, there was observed any phase transformation or any detectable contamination of the materials during the milling. The powders showed nanocrystalline characteristics in all of conditions of milling; however, the comminution was more effective for powders milled in wet medium. The thermal treatment was efficient to obtain a ZnO–CoO solid solution.

Zirconium tin titanate (ZST) is often used as a dielectric resonator for the fabrication of microwave devices. Pure compositions do not sinter easily by solid state sintering; therefore, sintering ZST requires sintering aids capable of creating defects that could improve diffusion processes and/or promote liquid phase sintering. The mechanisms by which the additives influence the microstructure and, consequently, the ZSTs dielectric properties are not very clear. The effects of ZnO, Bi2O3, and La2O3, on the stoichiometry and dielectric properties of ZST sintered at different temperatures were investigated in this study.

O concreto permeável é caracterizado pela presença de vazios interconectados, apresentando porosidade, entre 18% a 35%, que resulta em resistências à compressão na faixa de 2,8 a 28 MPa, de modo a permitir a passagem de água através da matriz de concreto, mantendo uma permeabilidade de 0,14 a 1,22 cm/s. Em função da baixa resistência mecânica seu uso limita-se, à pavimentos em áreas de veículos leves, estacionamentos, elementos de drenagem, passeios e calçadas. Esta dissertação visou determinar experimentalmente as propriedades mecânicas e hidráulicas deste tipo de concreto para diferentes dosagens de matérias-primas e níveis de compactação. A fase experimental foi dividida em 2 etapas, na etapa preliminar foram definidas a faixa granulométrica dos agregados graúdos, o tratamento de superfície do topo e base dos CPs e foi possível validar o processo de confecção das amostras de concreto permeável. Na segunda etapa foram variados a relação água/cimento (a/c) em 0,35, 0,30 e 0,265 e o método de adensamento, onde as amostras foram adensadas pela compactação por meio da queda de soquete padrão de 4,5 kg a 15 cm de altura. Avaliou-se as propriedades dos concretos permeáveis para 5, 15 e 26 golpes do referido soquete padrão. Todas as misturas ensaiadas atenderam à faixa de resistência preconizada pelo ACI (American Concrete Institute), que deve estar compreendida entre 2,8 a 28 MPa. A mistura M2-c, confeccionada com a menor relação água/cimento (a/c=0,265), obteve a maior resistência à compressão axial. Em valores percentuais o ganho de resistência à compressão em relação ao menor valor encontrado (M2- a) foi de 8,2% e 4,7% para as dosagens M2-c e M2-b, respectivamente. Os resultados de permeabilidade para as dosagens M2-a, M2-b e M2-c foram muito próximos entre si, compreendidos entre 0,637 a 0,656 cm/s, e obedecendo aos parâmetros do ACI, que estipula um coeficiente K entre 0,14 a 1,22 cm/s, para concretos permeáveis. Quanto ao adensamento, as amostras compactadas com 26 e 15 golpes do soquete padrão revelaram um ganho de resistência à compressão axial de 86% e 67%, respectivamente em relação ao nível mais baixo de energia, no caso 5 golpes. E, mantendo os parâmetros de massa específica e permeabilidade dentro dos limites estabelecidos pelas normas de referência adotadas neste estudo. Quando se compara a resistência à compressão axial à mistura M2-c, cujo processo de compactação foi realizado a partir da haste de adensamento, tem-se um ganho de 9%, 82% e 103% para as misturas onde foram aplicados respectivamente, 5, 15 e 26 golpes. Por fim, a partir das dosagens analisadas pode-se afirmar que a mistura M2d-26, caracterizada por uma relação a/c=0,265 e compactação com 26 golpes por camada, foi a que obteve o melhor desempenho, atendendo à permeabilidade mínima e mantendo-se dentro das faixas aceitáveis de massa específica e porosidade e obtendo a maior resistência à compressão axial das misturas ensaiadas neste estudo. Pervious concrete is characterized by the presence of interconnected voids, with porosity range from 18% to 35%, which results in compressive strengths, in the range from 2.8 to 28 MPa, in order to allow the passage of water through the matrix of concrete, maintaining permeability from 81 to 730L/min/m². Due to the low mechanical strength, its use is limited to pavements in areas of light vehicles, parking lots, drainage elements and sidewalks. This thesis determines experimentally the mechanical properties of this type of concrete for different dosages of raw materials and levels of compaction. An experimental phase was divided into 2 stages, in the preliminary stage a granulometric band of the coearse aggregates, the surface treatment of the top and the base of the samples was defined and it was possible to validate the process of making the pervious concrete. In de second stage, the water/cementitious materials ratio (w/cm) was varied by 0,35, 0,30 and 0,265. The method of consolidation was also changed, where the samples were densified by compaction by means of the standard socket drop from 4.5 kg to 15 cm from height. The properties of pervious concretes were evaluated for 5, 15 and 26 strokes of the referred standard socket. All tested mixtures met the resistance range recommended by the ACI, which must be between 2.8 to 28 MPa. The M2-c mixture, made with the lowest water / cementitius material ratio (w/cm = 0.265), obtained the highest compressive strength. In percentage values, the gain in compressive strength in relation to the lowest value found (M2-a) was 8.2% and 4.7% for the dosages M2-c and M2-b, respectively. Percolation rate results for the mixtures proportions M2-a, M2-b and M2-c were close to each other, ranging from 0.637 to 0.656 cm / s, and in compliance with the ACI parameters, which stipulates a coefficient (K) between 0.14 to 1.22 cm / s, for pervious concrete. As for the consolidation, the samples compacted with 26 and 15 strokes of the standard socket showed a gain of compressive strength of 86% and 67%, respectively in relation to the lowest level of consolidation, in the case 5 strokes. And, keeping the parameters of unit weight and permeability within the limits established by the reference standards adopted in this study. When the compressive strength is analyzed to the M2-c mixture, whose compaction process was performed with a rod, there is a increase of 9%, 82% and 103% for the mixtures where they were applied respectively, 5 , 15 and 26 strokes. Finally, from the analyzed dosages it can be said that the M2d-26 mixture, characterized by a ratio of w/cm = 0.265 and compaction with 26 strokes per layer, was the one that obtained the best performance, given the percolation ratio and maintaining within the acceptable ranges of unit weight and porosity and obtaining the greatest compressive strength on of the mixtures tested in this study.

Fosfatos de cálcio, como hidroxiapatita (HA) e beta fosfato tricálcico (β-TCP), são comumente utilizados como materiais para preenchimento ósseo. A utilização desses materiais na forma de partículas apresenta como dificuldade sua permanência no local de implantação e como consequência, pode ocorrer possíveis danos ao tecido hospedeiro. A possibilidade de utilização desses materiais na forma de pasta injetável pode ser uma solução para manter esses materiais no sítio de implantação, facilitando a colocação no local. Com este objetivo, neste trabalho desenvolveu-se pastas de fosfatos de cálcio utilizando soluções de quitosana e alginato de sódio. As pastas foram caracterizadas quanto às suas propriedades físicas e biológicas, com o interesse de assegurar uma aplicabilidade médica, a fim de promover a regeneração óssea. Os pós de hidroxiapatita (HA) e β - fosfato tricálcico (β-TCP) foram obtidos por precipitação química e reação do estado sólido, respectivamente. Para formação das pastas foram utilizadas soluções de quitosana (QS) e alginato de sódio (Alg) na forma de géis. As pastas obtidas foram denominadas de HA+QS, HA+Alg, β-TCP+QS, β- TCP+Alg. Os pós obtidos foram caracterizados por distribuição de tamanho de partícula, difração de raios X (DRX) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), as pastas também foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), além disso por microscopia eletrônica de varredura (MEV), medidas de pH, injetabilidade, tempo de pega, propriedade mecânica e para análise biológica o ensaio de citotoxicidade. O pó de HA obtido apresentou uma única fase, no entanto o pó de beta fosfato tricálcico apresentou uma mistura de β-TCP e HA. Os pós de HA e β-TCP apresentaram diâmetros médios de 8,2 e 6,9 μm, respectivamente. As pastas, independente da solução polimérica, foram obtidas com uma relação líquido/pó (L/P) de 0,75 mL/g para HA e de 0,67 mL/g para β-TCP. Os resultados de DRX e FTIR indicaram que não houve modificação de fase durante o processo de mistura e secagem, nos resultados por MEV observou-se a presença de cristais na forma de placas, apenas para a pasta de β- TCP+QS. Os valores de pH ficaram na faixa de 8,6 > pH > 7,1 e a pasta deβ-TCP+Alg solubilizou em alguns minutos na solução de PBS. Todas as formulações apresentaram excelente injetabilidade com valores superiores a 96%, o tempo de pega ficou em um intervalo de 12 a 24h. A pasta que apresentou melhor resistência à compressão foi a pasta de HA+QS com 3,9 MPa. Os resultados de citotoxicidade indicaram, independente da formulação, que todas são biocompatíveis. Com os resultados apresentados, conclui-se que as pastas de fosfatos de cálcio com exceção da formulação β-TCP+Alg apresentam características promissoras para uma aplicação na forma injetável para regeneração óssea. Calcium phosphates, such as hydroxyapatite (HA) and beta tricalcium phosphate (β- TCP), are commonly used as bone filling materials. The use of these materials in the form of particles presents difficulties in remaining at the implantation site and, as a consequence, possible damage to the host tissue may occur. The possibility of using these materials in the form of injectable paste can be a solution to keep these materials at the implantation site, facilitating the placement on the site. With this objective in mind, calcium phosphate pastes were developed using solutions of chitosan and sodium alginate. Pastes were characterized as to their physical and biological properties, with the interest of ensuring medical applicability, in order to promote bone regeneration. The hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP) powders were obtained by chemical precipitation and solid state reaction, respectively. Chitosan solutions (QS) and sodium alginate (Alg) in the form of gels were used to form the pastes. The obtained folders were named HA + QS, HA + Alg, β-TCP + QS, β- TCP + Alg. The powders obtained were characterized by particle size distribution, X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the pastes were also characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy with transform Fourier (FTIR), in addition by scanning electron microscopy (SEM), pH measurements, injectability, setting time, mechanical properties and for biological analysis the cytotoxicity test. The HA powder obtained showed a single phase, however the beta tricalcium phosphate powder showed a mixture of β-TCP and HA. The HA and β-TCP powders had mean diameters of 8.2 and 6.9 μm, respectively. The pastes, regardless of the polymeric solution, were obtained with a liquid / powder (L / P) ratio of 0.75 mL / g for HA and 0.67 mL / g for β-TCP. The results of XRD and FTIR indicated that there was no phase change during the mixing and drying process, in the SEM results the presence of crystals in the form of plates was observed, only for the β-TCP + QS paste. The pH values were in the range of 8.6> pH> 7.1 and the β-TCP + Alg paste solubilized in a few minutes in the PBS solution. All formulations showed excellent injectability with values greater than 96%, the setting time was in an interval of 12 to 24 hours. The paste that showed the best resistance to compression was the HA + QS paste with 3.9 MPa. The cytotoxicity results indicated, regardless of the formulation, that all arebiocompatible. With the results presented, it is concluded that the calcium phosphate pastes with the exception of the formulation β-TCP + Alg have promising characteristics for an application in the injectable form for bone regeneration

Nos últimos anos surgiu um tipo de bateria que tem gerado grande interesse para emprego em bancos de armazenamento estacionário. Tal tecnologia baseia-se na utilização de um eletrólito sólido β/β\'\'-Al2O3 que permite o transporte de íons de sódio entre um eletrodo positivo e um negativo. O eletrólito sólido β/β\'\'-Al2O3 apresenta uma estrutura cristalina diferenciada que permite grande mobilidade dos íons de sódio. O presente trabalho tem como objetivo principal obter eletrólito sólido β/β\'\'-Al2O3, utilizando pós preparados pelo processo mistura de óxidos e avaliar o desempenho elétrico dos eletrólitos com a deposição de filmes do mesmo substrato variando a concentração de sólidos presentes e correlacionar sua condutividade elétrica com sua porosidade. As amostras de β/β\'\'-Al2O3 foram sintetizadas, ocorrendo a formação da fase pretendida em temperaturas superiores a 1100°C. Os teores relativos das fases β/β\'\'-Al2O3 mostrou-se dependente da temperatura. Pós calcinados em temperaturas mais elevadas sofrem volatilização do sódio, sendo o teor máximo obtido da fase β\'\' durante o processo foi de 64%. Amostras sinterizadas em dois estágios, a 1600°C por 20 minutos seguida de tratamento térmico a 1475°C por 2 horas, apresentaram densificação maior em relação à amostras sinterizadas em um estágio. Sua microestrutura sofreu crescimento de grãos formando uma microestrutura duplex com grãos na forma de placas alongadas distribuídas em uma matriz de grãos finos. A partir da caracterização de suspensões aquosas de β/β\'\'-Al2O3 evidenciou a alteração do comportamento reológico exibido por suspensões dos pós cerâmicos em função da concentração em volume de sólidos de seu substrato em: 15%, 20%, 30% e 40%, e então os eletrólitos foram conformados por spin-coating. A técnica de espectroscopia de impedância foi importante na identificação das fases presentes na cerâmica β/β\'\'-Al2O3 e no mecanismo de condução elétrica, ocorrendo condução no volume (grãos), havendo uma condução maior na fase β-alumina. In recent years has emerged a type of battery that has generated great interest for employment in stationary storage banks. Such technology is based on the use of a solid electrolyte β/β\'\'-Al2O3 that allows the transport of sodium ions between a positive and negative electrode. The solid electrolyte β/β\'\'-Al2O3 presents a differentiated crystalline structure that allows great mobility of the sodium ions. The main objective of this work is to obtain solid electrolyte β/β\'\'-Al2O3, using powders prepared by the process of mixing oxides and to evaluate the electric performance of the electrolytes with the deposition of films of the same substrate varying the concentration of solids present and to correlate their Conductivity with its porosity. The samples of β/β\'\'-Al2O3 were synthesized, with the formation of the desired phase occurring at temperatures above 1100°C. The relative levels of the β/β\'\'-Al2O3 phases were temperature dependent. Post calcined at higher temperatures undergoes sodium volatilization, the maximum obtained content of the phase during the process was 64%. Two-stage sintered samples at 1600°C for 20 minutes followed by heat treatment at 1475°C for 2 hours showed higher densification than sintered samples at one stage. Its microstructure underwent grain growth forming a duplex microstructure with grains in the form of elongated plates distributed in a fine grained matrix. From the formulation of aqueous suspensions of β/β\'\'-Al2O3 showed the alteration of the rheological behavior exhibited by suspensions of the ceramic powders as a function of the volume concentration of their substrate solids in: 15%, 20%, 30% and 40%, And then the electrolytes were formed by spin-coating. The impedance spectroscopy technique was important in the identification of the phases present in the ceramic β/β\'\'-Al2O3 and in the electrical conduction mechanism, occurring conduction in the volume (grains), with a higher conduction in the β-alumina phase.

Nanocompósitos de Al2O3/ZrO2 apresentam-se promissores para serem utilizados como biomateriais, por promoverem melhorias significativas quanto à homogeneidade microestrutural, propriedades mecânicas e serem biologicamente inerte. Dentre as técnicas capazes de tornar seu desempenho biológico mais adequado, o recobrimento biomimético tem se destacado, sendo que sua eficiência pode ser melhorada a partir de prévios tratamentos superficiais. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi estudar a adesão e a uniformidade do revestimento de fosfato de cálcio em nanocompósitos de Al2O3 contendo 5% em volume de inclusões nanométricas de ZrO2. Para isso, nanocompósitos foram conformados, sinterizados, tratados quimicamente com soluções de H3PO4, HNO3 e NaOH e por plasma em diferentes condições de processo: 20%N2-80%H2, 40%N2-60%H2, 40%N2-40%H2-20%O2, 30%N2-50%H2-20%O2, 100%N2 e 100%O2 e recobertos biomimeticamente com soluções que simulam o plasma sanguíneo (SBF 1,5x e 5,0x) nos tempos de 7, 14, 21 e 28 dias de incubação. A partir dos resultados obtidos pode-se observar que os prévios tratamentos superficiais promoveram variações na rugosidade média superficial (Ra) entre 0,045 e 0,079 µm. Além disso, independentemente do tratamento superficial, observou-se a formação de apenas três fases de fosfatos de cálcio: hidroxiapatita (HA), α-fosfato tricálcico (α-TCP) e β-fosfato tricálcico (β-TCP). Observou-se ainda, que o percentual das fases formadas variou de acordo com o tratamento, sugerindo a possibilidade de controlar a razão TCP:HA. Nos resultados obtidos pelo teste de riscamento observou-se que tratamentos realizados com plasma, H3PO4 e HNO3 aumentaram a carga crítica (Lc) entre 2,0 e 2,9N, melhorando assim a aderência da camada de fosfato de cálcio formada. Os testes de proliferação celular utilizando linhagem de células de hamster chinês (CHO) demonstraram que os nanocompósitos tratados com H3PO4, HNO3 e NaOH e recobertos biomimeticamente com SBF 5,0x são biocompatíveis. Nanocomposite Al2O3/ZrO2 have to be promising to be used as biomaterials for promoting significant improvements in the microstructural homogeneity, mechanical properties and be biologically inert. Among the techniques to make it more useful biological performance, the biomimetic coating has been highlighted, and its efficiency can be improved from previous surface treatments. In this sense, the objective of this work was to study the adhesion and uniformity of calcium phosphate nanocomposite coating of Al2O3 containing 5% by volume of nanometric inclusions of ZrO2. For this nanocomposites were shaped, sintered, chemically treated with solutions of H3PO4, HNO3 and NaOH, and plasma in different process conditions: 20%N2-80%H2, 40%N2-60%H2, 40%N2-40%H2-20%O2, 30%N2-50%H2-20% O2, 100% N2 and 100%O2 and covered with solutions biomimetic that simulate the blood plasma (SBF 1.5x and 5.0x) in the times of 7, 14, 21 and 28 days of incubation. From the results obtained it can be seen that prior surface treatments promoted variations in average surface roughness (Ra) from 0.045 to 0.079 micrometers. Furthermore, regardless of surface treatment, formation of the observed only three-phase calcium phosphate: hydroxyapatite (HA), tricalcium α-phosphate (α-TCP) and β-tricalcium phosphate (β-TCP). It was also observed that the percentage of phases formed varied according to the treatment, suggesting the possibility of controlling the ratio TCP:HA. In the results obtained by scratching test was observed that plasma treatments performed, HNO3 and H3PO4 increased the critical load (Lc) between 2.0 and 2,9N, thereby improving the adhesion of the calcium phosphate layer is formed. Cell proliferation assays The strain using chinese hamster cells (CHO) have demonstrated that nanocomposites treated with H3PO4, HNO3 and NaOH, and coated with solution biomimetic SBF 5.0x are biocompatible.

O interesse em materiais com gradiente funcional (MGF) tem crescido nos últimos anos devido à possibilidade de se obter peças com variação de propriedades ao longo de uma ou mais dimensões, gerando desempenho ótimo dependendo da solicitação imposta ao material. Por outro lado, a sinterização em dois estágios, consiste em aquecer a peça conformada até que esta apresente densidade relativa entre 75% e 92% da densidade teórica, e, em seguida, submetê-la a um resfriamento rápido até uma temperatura inferior, onde deve permanecer por um período até o fim da densificação. Desta maneira, é possível obter peças densas, com tamanho médio de grãos inferior ao obtido via sinterização convencional, melhorando suas propriedades mecânicas. Neste trabalho, foram caracterizados, por dilatometria, compósitos alumina-zircônia parcialmente estabilizada com ítria (3Y-ZrO2), com teor de ZrO2 variando de 0 a 30% massa/massa. Após compatibilização do comportamento destes compósitos durante a sinterização e determinação da temperatura de pico do processo de sinterização em dois estágios (TSS), foram montadas peças com gradiente de composição. Estas peças foram sinterizadas em dois estágios, com temperatura de pico de 1450°C e temperatura de patamar de 1350°C por 8 horas. A microestrutura foi avaliada com o uso de microscópio eletrônico de varredura e realizou-se a caracterização mecânica por ensaios de dureza, tenacidade à indentação, a fim de se fazer um estudo comparativo dos resultados obtidos para as peças sinterizadas em dois estágios com os das peças com gradiente funcional densificadas via sinterização convencional a 1500°C. A co-prensagem, seguida da técnica de sinterização em dois estágios utilizada para obtenção de peças com gradiente funcional, foi eficiente em produzir peças com densidade aparente relativa de 98,1% DT, valores de tenacidade a indentação variando entre 4,3 MPa.m1/2 a 9,8 MPa.m1/2 e valores de dureza entre 17,5 GPa a 18,4 GPa. The interest for functionally graded materials (FGM) has grown up during last 2 decades owing to the possibility of developing pieces and devices with a gradual properties variation along one or more dimensions, which allows an optimum performance as a function of imposed solicitation. On the other hand, two stage sintering is a relative new sintering technique, where the shaped pieces are heated up to a relative density of 75-92% t.d., followed by a fast cooling step, up to an inferior temperature, where the piece in maintained up to the end of dense structures, whit finer microstructures, responsible for better mechanical properties. In this work, we characterized alumina-ytria-stabilized zirconia composites, with different amounts of 3Y-ZrO2, by dilatometry. After fitting thermal behavior of the distinct composites during sintering and determining temperature of maximum densification rate, co-pressed FGMs were constructed. Then pieces were sintered by pressureless traditional technique and two stage sintering, with a peak temperature of 1450°C and soaking temperature of 1350°C x 8 hours. Microstructure was studied by SEM and mechanical properties: microhardness and indentation toughness, in order to compare pressureless sintered FGMs at 1500°C and two stage sintered FGMs.

Com o objetivo de reduzir o consumo energético, tem crescido o uso de cerâmicas porosas refratárias como isolantes térmicos para altas temperaturas. Entre as técnicas comumente empregadas na produção desses materiais, destaca-se aquela baseada na geração de poros por meio de transformação de fases. Esse método, que não libera voláteis tóxicos, apresenta uma importante limitação em relação ao uso prolongado em altas temperaturas: os compostos de transição formados após a desidroxilação tendem a acelerar a sinterização, reduzindo a porosidade. É bastante conhecido o fenômeno de que, durante a sinterização em temperaturas elevadas, peças de alumina com alta porosidade, sofrem a eliminação progressiva dos poros presentes. Por essa razão, compostos que dificultam a densificação das peças porosas têm sido adicionados para manter a porosidade originada pela decomposição do hidróxido de alumínio. O objetivo desse trabalho foi obter cerâmicas porosas moldáveis a partir de alumina, hidróxido de alumínio e diversas fontes de sílica (mulita eletrofundida, quartzo e microssílica), utilizando a técnica de decomposição de hidróxidos com o intuito de se formar mulita, composto capaz de diminuir a taxa de densificação em altas temperaturas e com aplicações na indústria petroquímica e do alumínio. As amostras foram sinterizadas entre 1100ºC e 1500ºC e os resultados mostraram que houve aumento da resistência mecânica com a elevação do teor de mulita eletrofundida, quartzo e microssílica incorporada ao sistema. Além disso, o sistema mulita eletrofundida para a composição 0,4-SMT apresentou uma PT = 53,58%, módulo elástico e resistência a compressão (E = 13,03 GPa e σR = 16,83 MPa). O sistema com a adição de quartzo, a amostra 0,2-SQZ, teve pequenas mudanças nos níveis de porosidade (PTG = 59,50%) e não apresentou um elevado aumento do módulo elástico e da resistência a compressão (E = 6,51 GPa e σR = 13,91 MPa) e o sistema contendo microssílica a composição 0,2-SMS apresentou os melhores resultados, tendo um ganho de propriedades mecânicas em temperaturas a 1100ºC e a 1500ºC manteve a porosidade (PTG = 56,23%), reduziu o tamanho médio de poros e apresentou também ótimas propriedades mecânicas (E= 15,39 GPa e σR = 36,79 MPa) proporcionando sua atuação como isolante térmico. Refractory porous ceramics have largely been used as thermal insulators for high temperatures aiming to reduce energy consumption. The generation of pores through phase transformation (such as Al(OH)3 dehydroxilation) is one of the most interesting techniques employed to produce such materials. This method, which does not release toxic volatile, imposes an important limitation on the prolonged use at high temperatures. The transition compounds formed after the dehydroxylation tend to accelerate sintering and reduce porosity. It is well known that during sintering at high temperatures (above 1100ºC), parts of alumina with high porosity amounts undergo gradual pores\' elimination. Therefore, compounds that hinder densification of porous pieces have been added to these compositions in order to maintain the porosity generated by the decomposition of aluminum hydroxide. This thesis addresses the production of castables porous ceramics from alumina, aluminum hydroxide and different sources of silica (electrofuse mullite, quartz and microsilica), employed for the in situ formation of mullite, a compound that reduces the rate of densification at high temperatures. The applications include petrochemical and aluminum industries. Samples were sintered between 1100ºC and 1500ºC and the results of the systems which contained electrofused mullite, quartz and microsilica showed less intense porosity levels reduction. The system with addition of electrofused mullite showed PTG = 53,58%,E = 13,03 GPa and σR = 16,83 MPa. The system containing quartz, presented a lower change of porosity (PTG = 59,50%) and the system containing microsilica provided the best results and an increment in the mechanical properties at temperatures between 1100°C and 1500°C. This last system also kept porosity (PTG = 56,23%), and reduced the average pore size. Its good mechanical properties (E = 15,39 GPa and σR = 36,79 MPa) proved it can be used as a thermal insulator.

O desenvolvimento de materiais nanoestruturados tem se destacado devido a necessidade de miniaturização de dispositivos e a procura por novos efeitos físicos e químicos capazes de gerar novas tecnologias. Um importante composto com aplicações principalmente em óptica é o YAG (Y3Al5O12) presente no sistema cerâmico alumina-ítria (\'AL IND.2\'O IND.3\'-\'Y IND.2\'O IND.3\'). O YAG apresenta estrutura cristalina cúbica, expansão térmica isotrópica e não apresenta efeitos de birrefringência, o que possibilita a produção de cerâmica transparente para uso como material hospedeiro de íons terras-raras para o desenvolvimento de lasers de estado sólido. O ponto de partida em processamento cerâmico começa com o conhecimento das características físico-químicas do pó do composto. Em nosso trabalho, o objetivo foi o desenvolvimento de uma metodologia para a obtenção de nanopós de YAG de tamanhos médios diferenciados. Para isso foram realizados distintos processos químicos de síntese, e também, foram utilizados diferentes processos de separação, como a centrifugação e a sedimentação. Na produção das nanopartículas foram utilizados três métodos de síntese: Método de Pechini, Rota Glicerol e Método de Coprecipitação. No método de Pechini avaliou-se o efeito de diferentes valores de pH (1, 4, 7, 9 e 11) e procurou-se correlacionar com os tamanhos médios das nanopartículas. Após a obtenção do pó precursor foram realizadas medidas de decomposição térmica (DSC e TG), observando as principais transformações físico-químicas do material decorrentes dos diferentes métodos de síntese. A formação da fase cristalina do YAG foi determinada por difração de raios X e uma análise estrutural foi efetuada por espectroscopia de infravermelho. Medidas de área superficial específica (BET) foram usadas para avaliar o tamanho médio das partículas. Nanopós de YAG com diferentes intervalos de tamanhos foram produzidos, e o rendimento para cada intervalo de tamanho definido. Nanostructured materials has emerged because the intense interest for miniaturization of devices and crescent demand for new physical and chemical effects that can generate new technologies. An important compound with applications mainly in optics is the YAG (Y3Al5O12). It\'s present in the alumina-yttria ceramic system (\'AL IND.2\'O IND.3\'-\'Y IND.2\'O IND.3\'). The YAG has a cubic crystaline structure, isotropic thermal expansion and it has no birefringence effects, which allows the production of transparent ceramics to use as host of solid-state lasers. The starting point in ceramic processing begins with the knowledge of the characteristics and physical and chemical properties of the powder. In our work, the goal was the development of a methodology for obtaining YAG nanopowders of different average sizes. To do this we performed distinct chemical synthesis, and we also used different separation processes such as centrifugation and sedimentation. For production of nanoparticles we used three synthesis methods: Pechini, glycerol route and coprecipitation. In the Pechini method we evaluated the effect of different pH values (1, 4, 7, 9 and 11) and tried to correlate with the average sizes of nanoparticles. After obtain the precursor powders we studied the decomposition thermal (DSC and TG) process, arising from the different synthesis methods. The crystalline phase of YAG was determined by x-ray diffraction and the structural analysis was carried out by infrared spectroscopy. Specific surface area measurements (BET) were used to evaluate the average particle size.YAG nanopowders with different average sizes were produced.

Materiais compostos de matriz metálica (CMM) vêm sendo estudados para diversas aplicações. Entretanto, pouco estudo é apresentado na sua confecção a partir de materiais reciclados. Este trabalho teve como objetivo a caracterização de um material composto de matriz metálica (CMM), utilizando material reciclado como matéria prima. Foram usados aparas de chapas de liga de alumínio 2024 descartados para a matriz e carbeto de silício (SiC) como reforço, sendo a produção realizada através do processo de fabricação com base na técnica de conformação por spray para possível aplicação em componentes automotivos. Foi realizado o tratamento térmico do material e a caracterização, determinando as propriedades de dureza, resistência mecânica, resistência ao desgaste, MEV e EDS. Foram ensaiadas amostras do material composto fundido e extrudado, bem como de ferro fundido de uma peça automotiva e da liga de alumínio 2024. Observou-se que o CMM ainda precisa de melhorias no processo de produção para obter propriedades de dureza e resistência que permitam que ele possa ser usado como um substituto para o ferro fundido, porém o mesmo apresentou melhores propriedades quando comparado com o material da matriz. Metal matrix composites (MMC) have been studied for several applications. However, little study is presented in its manufacture from recycled materials. This study aimed to characterize a metal matrix composite (MMC), using recycled material as raw material. Were used aluminum alloy 2024 plates clippings discarded for the matrix and silicon carbide (SiC) as reinforcement, being the production accomplished through the manufacturing process based on the technique of spray forming for possible application in automotive components. The thermal treatment and the characterization of the materia was accomplished, determining the properties of hardness, mechanical strength, wear resistance, SEM and EDS. Were tested samples of the cast and extruded composite material, as well as cast iron of an automotive part and aluminum alloy 2024. It was observed that the MMC still needs improvements in the production process to obtain properties of hardness and strength that allows it to be used as a substitute forcast iron, but it presented better properties when compared with the matrix material.

Este trabalho trata da usinagem em verde aplicada ao projeto de corpos cerâmicos, quanto a sua morfologia e propriedades requeridas e inclui estratégia de usinagem para seleção do processo, parâmetros de corte e ferramentas. A usinagem em verde é uma técnica estruturada na filosofia do near-net-shape e vem sendo amplamente aplicada na fabricação de peças cerâmicas de formatos variados e complexos, a exemplo de implantes ósseos. Por ser aplicada em compactos de baixa resistência mecânica exige precauções e controle sobre as forças aplicadas na usinagem. O trabalho objetiva a elaboração de uma matriz de decisão para estratégia de usinagem em verde para a seleção e tomada de decisões, que baseada em um produto, possa direcionar aspectos relativos à formulação de ligantes cerâmicos, tratamentos pós-conformação, ferramentas, equipamentos e parâmetros de usinagem. Foram preparados grânulos de aluminas, baseados em ligantes PVAl, PVB e acrílicos B-1022 e B-1007, compactados na forma de cilindros, blocos e de cones. Na usinagem foram empregadas ferramentas com abrasivos de diamante, CBN e alumina eletrofundida com ligante metálico, resinoide e vitrificado. Operações representativas da usinagem foram selecionadas e aplicadas na geração de cilindros, barras e furos. Seletivamente foram realizadas medidas de torque de usinagem e forças tangenciais desenvolvidas durante o corte em verde. A resistência mecânica à flexão foi medida em verde e após sinterização, enquanto a rugosidade foi medida após a sinterização. Os resultados mostram uma forte correlação entre resistência em verde dos compactados brutos e esforços de corte e foram observadas particularidades para cada ligante cerâmico aplicado e para cada tipo de abrasivo e ligante utilizado nas ferramentas. Como melhores resultados, de peças usinadas com rebolo de alumina eletrofundida, foram encontradas resistência mecânica em verde de 7,8 MPa em peças com ligante acrílico B-1022, resistência mecânica após sinterização de 342,6 MPa em peças com ligante de PVB, potência consumida de 192,2 W em peças com ligante PVAl, rugosidade de 0,761 μm em peças com o ligante acrílico B-1007, e com ferramenta de diamante uma força de corte de 0,222 N foi obtida em peças com ligante PVAl. É concluído que há um forte compromisso entre todas as variáveis estudadas e que o formato e dimensão do produto, bem como seu acabamento e propriedades requeridas, podem ser fortemente influenciadas pelas condições do compactado e da usinagem empregada. Como solução mais notável, se tem o uso do ligante acrílico B-1007 prensado a 200 MPa, ferramenta com abrasivo de diamante de granulometria #80 mesh com ligante metálico, onde foi observado o compromisso de alta resistência em verde (para suportar os esforços), baixo empastamento de rebolo, baixa força de corte, baixa potência consumida, acabamento superficial e integridade das bordas. A matriz de decisão para estratégia de usinagem em verde desenvolvida foi aplicada na fabricação de um implante dentário conceitual free-form e foi validada pelo sucesso da obtenção desta peça. This paper deals with the green machining applied to the project of ceramic parts, specifically with its morphology and required properties and includes machining strategy to the selection of the process, cutting parameters and tools. Green machining is a structured near-net-shape technique philosophy and has widely been applied in the ceramic parts manufacturing with varied and complex shapes such as bone implants. For being applied in low mechanical strength compacts parts it requires precautions and control over the forces used during the machining process. This work aims the development of a decision matrix for a machining green strategy to provide a selection and a decision-making that, based on a product, will direct aspects relating to the ceramic binders formulation, post-forming treatments, tools, required equipment and machining parameters. Alumina granules were prepared based on binders such as PVAl, PVB, acrylics B-1022 and B-1007, compacted in the form of cylinders, blocks and cones. In the machining itself it was applied tools with diamond, CBN and eletrofused alumina abrasives with metal, resinoid and vitrified binders. Representing machining operations were selected and applied in order to form cylinders, bars and holes. Were made selectively measures of machining torque and tangential forces, developed during the green cutting. The flexural mechanical strength was measured in green and after sintering while the surface roughness was measured after the sintering. The results demonstrate a strong correlation between only the green strength of the rough compacted parts and the cutting forces and it was observed the particularities of each ceramic binder applied and each kind of the abrasive and binder used in the tools. As best results, machining using eletrofused alumina grinding wheel obtained green strength up to 7.8 MPa in parts with B-1022 acrylic binder, mechanical strength after sintering up to 342.6 MPa in parts with PVB binder, power consumption up to 192.2 W in parts with PVAl binder, surface roughness up to 0.761 μm in parts with B-1007 acrylic binder and with diamond tool a cutting force up to 0,222 N was obtained in parts with PVAl binder. As a conclusion, it can be said that there is a strong commitment between all the studied variables and the format and size of the product, as well as its finishing and required properties can be strongly influenced by the conditions of the compacted parts and the machining used. The most remarkable solution, has been the use of B-1007 acrylic binder compacted at 200 MPa, diamond abrasive tool with grain size of #80 mesh with metal binder, where was observed a high green strength commitment (to withstand the stresses), low grinding wheel clogging, low cutting force, low power consumption, surface finishing and edges integrity. The developed decision matrix for the strategy of a green machining was applied for a free-form conceptual dental implant manufacturing and has been validated by the obtainment of this part with success.

No presente trabalho, peças com gradiente funcional de Al2O3 com reforço de NbC foram planejadas com o intuito de obter um MGF (material com gradiente funcional) com uma alta dureza e boa tenacidade à fratura a partir de diferentes técnicas de sinterização. Os MGFs apresentam-se como uma excelente alternativa quando é necessária a união de materiais com propriedades térmicas ou mecânicas muito diferentes, já que possuem uma transição suave de propriedades ao longo do corpo, como consequência de uma mudança gradual do teor das fases. No planejamento dos MGFs foram utilizadas análises dilatométricas para compatibilizar o comportamento durante a sinterização de cada camada e assim minimizar as tensões que ocorrem durante a retração, responsáveis por trincas e delaminações. Nos ensaios de dilatometria observou-se que a diferença máxima de retração entre os compósitos de teor de NbC variando de 5 a 30 %p é de 4,85%, assim, foram projetados MGFs com um passo de 5% de NbC, reduzindo esta diferença para 2,73%. Compósitos monolíticos de Al2O3 com diferentes teores de NbC foram sinterizadas a 1500ºC num forno convencional sob atmosfera de grafite. As densidades das peças sinterizadas foram inferiores a 90% da densidade teórica (DT), o que comprometeu a dureza dos compósitos (10 a 14 GPa), inferiores que as durezas dos materiais originais. Uma das maiores dificuldades no processamento destes compósitos foi sua densificação, prejudicada devido à presença de partículas de alta refratariedade na matriz de alumina, pelo que foi realizado um estudo do efeito da nióbia (Nb2O5) como auxiliar de sinterização nos compósitos Al2O3-NbC. Utilizando 0,5 %mol deste aditivo foi possível melhorar as densidades dos compósitos que, segundo os resultados da microscopia eletrônica de varredura (MEV), devido a uma densificação em presença de fase líquida. No entanto, a melhora na densidade é efetiva para temperaturas inferiores a 1450°C devido provavelmente à sobrequeima. Devido às dificuldades para obter peças densas a partir desses compósitos, foi utilizado o processo de Spark Plasma Sintering (SPS), o qual foi bem sucedido para obter peças com gradiente funcional com boa densidade (> 98 %TD) e livres de trincas. O gradiente projetado foi mantido com sucesso após a sinterização e, graças à alta densidade das peças, foi possível atingir altas durezas (até 24,3 GPa) e tenacidade à fratura ~5 MPa.m1/2, fazendo com que estes materiais apresentem potencial de aplicação como ferramentas de corte. In the present work, Al2O3/ NbC graded composites were designed in order to obtain a FGM with a high hardness and good fracture toughness from different sintering techniques. Functionally graded materials (FGM) present enormous potential on matching materials that have different mechanical and thermal properties via a gradual transition throughout the body, as a consequence of a gradual transition of the phase content. For designing of FGMs, a dilatometric analysis was used for matching the sintering behavior of each layer in order to minimize the thermal strains occurring during shrinkage and that are responsible for cracking and delamination. It was observed that the maximum difference in shrinkage between these composites is 4.85%, which could be reduced to 2.73% if a FGM with step of 5% NbC is produced. Monolithic composites of Al2O3 with different amounts of NbC were sintered at 1500°C in a conventional oven under an atmosphere of graphite, the density of the sintered pieces were less than 90 %TD, compromising the hardness of the composites (10 to 14 GPa) that were lower than the hardness of the original materials. Due to the fact that one of the greatest difficulties in processing these composites is a densification, which is impaired due to the presence of high refractory particles in the alumina matrix, a study of the effect of the niobia (Nb2O5) as a sintering aid in the composite Al2O3-NbC was conducted, with addition of 0.5 mol% was possible to improve the density of the composites, due to the liquid state sintering according to the SEM results. However, this effect is only effective until a temperature of 1450°C probably due to the overfiring. In order to obtain dense bodies from these composites, Spark plasma sintering (SPS) was used. This process was successful for producing functional graded bodies with good density (> 98% TD) and crack free. The designed gradient was successfully maintained after sintering and due to the high density of FGMs, it was possible to attain high hardness (up to 24.3 GPa) and a fracture toughness of ~ 5 MPa.m1/2, showing that these materials have a good potential application as cutting tools.

Materiais com gradiente funcional (MGF), a base de aço inoxidável e cerâmica têm despertado interesse em diversas áreas tecnológicas: estrutural, térmica, elétrica, biomédica e militar, e têm inspirado pesquisadores a combinar propriedades e características que não estão presentes em peças convencionais. Têm sido também considerados como uma alternativa na preparação de partes de motores de alta eficiência, ferramentas de corte e revestimentos estruturais para reatores químicos. A incorporação de metal e cerâmica em uma estrutura graduada permite a integração de muitas propriedades desejáveis que combinam ambas vantagens do metal e a cerâmica. Os componentes cerâmicos são capazes de suportar altas temperaturas e possuem alta resistência à corrosão, enquanto os componentes metálicos apresentam uma alta resistência à tração e alta ductilidade, e portanto são menos susceptíveis a fratura catastrófica. Neste trabalho, compósitos com níveis variáveis de aço inoxidável 316L e zircônia estabilizada com ítria, obtidos pelo processo de moagem de alta energia, foram preparados e caracterizados para determinar o comportamento térmico de cada composição, com o objetivo de planejar a sinterização dos MGFs com gradação de composição química. Difração de raios-x (DRX), análises de dilatometria e calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram realizadas para os materiais compósitos com proporções diferentes de aço inoxidável e de zircônia, com o objetivo de analisar a influência da composição, como da taxa de aquecimento no comportamento dos compósitos selecionados durante a sinterização. Além disso, foram construídos por metalurgia do pó e caracterizados três peças de MGF. As peças de MGFs foram caracterizadas no microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Microanálise química foi feito pela técnica de espectroscopia de energia dispersiva (EDS) para o MGF1 e EDS - Line scan analysis das peças MGF2 e MGF3. Finalmente, as fases presentes nas peças foram medidas pela técnica de penetração Vickers. Os resultados dos ensaios dilatométricos para compósitos com teores de zircônia superiores a 50% e com taxas de aquecimento de 5ºC/min e 10ºC/min até 1200ºC, apresentaram uma contração linear maior em torno a 900ºC, e para composições com taxa de aquecimento de 15ºC/min em torno a 1000ºC, indicando que o processo de densificação se inicio a temperaturas inferiores que as outras composições observadas nas curvas dilatométricas para essas mesmas taxas de aquecimento. Os DSC dos compósitos apresentaram uma mudança correspondente à precipitação dos carbetos de cromo próprios do aço inox austenítico. A adição de zircônia ao aço inoxidável inibiu a precipitação dos carbetos, indicado pelo aparecimento de um pico nas amostras composta somente pelo aço inoxidável. Functionally graded materials (FGM) based on stainless steel and ceramics has aroused interest in many technological areas: structural, thermal, electrical, biomedical and military, and has inspired researchers to combine properties and features which are not present in conventional samples, and is considered to be an alternative in the preparation of high efficient motors parts, cutting tools and structural coatings for chemical reactors. The incorporation of metal and ceramic in a graduated structure allows the integration of many desirable properties that combine advantages of metallic and ceramic materials. Ceramic components are capable of withstanding high temperatures and have high corrosion resistance, while the metallic components provide a higher mechanical resistance, in particular ultimate tensile strength and ductility, and therefore less susceptible to catastrophic fracture. In this work, composites with variable levels of 316L Stainless Steel and Yttria Stabilized Zirconia, obtained by high-energy milling process, were prepared and characterized, in order to determine the thermal behavior of each composition, with the aim of planning the sintering of a FGM with gradation of chemical composition. X-rays diffractometry (XRD), dilatometric analyses and differential scanning calorimetry (DSC) were performed for composites materials with distinct proportions of Stainless Steel and Zirconia, with the objective of analyzing the influence of the composition, as the heating rate the behavior of Stainless Steel/Zirconia layers during sintering. Additionally, were built by powder metallurgy and characterized three samples of FGM. The samples of MGFs were characterized in the optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Chemical microanalysis was done by the technique of energy dispersive spectroscopy (EDS) of FGM1 and EDS-Line Scan Analysis of samples and FGM2 and FGM3. Finally, the phases present in the samples were measured by Vickers penetration technique. The results of dilatometric tests for composites with levels higher than zirconia to 50% and heating rates of 5°C/min and 10ºC/min up to 1200°C showed a greater linear shrinkage around 900ºC, and compositions at a heating rate of 15°C/min to about 1000°C, indicating that the densification process is starting at temperatures below that observed in other compositions dilatometric curves for these same heating rates. The DSC of the composites showed a change corresponding to the chrome carbides precipitation own austenitic stainless steel. The zirconia addition to stainless steel inhibited the carbides precipitation, indicated by the appearance of a peak in the samples composed only of stainless steel.

Aspersão térmica é um processo de produção de revestimentos metálicos, poliméricos, cerâmicos ou compósitos sobre superfícies previamente preparadas que objetiva na maioria das vezes a prevenção contra o desgaste e/ou corrosão e também a recuperação dimensional de superfícies desgastadas. Ligas de Ni-Al são extensivamente empregadas na aspersão térmica para reconstrução dimensional e como camada de ligação como materiais que não se ligam adequadamente à superfície a ser revestida. A baixa dureza e resistência ao desgaste (principalmente em aplicações de reconstrução dimensional) desta liga poderiam ser contornadas pela adição de partículas ou compostos de altas durezas na matéria prima em pó antes da aspersão. Neste trabalho avaliou-se a influência da adição de NbC e do composto cerâmico Al2O3+TiO2 no desempenho ao desgaste de revestimentos de Ni-Al, bem como verificou-se as alterações microestruturais, químicas, e mecânicas decorrentes. Para tanto se adicionou 25%p de NbC ou 25%p do composto Al2O3+TiO2 à liga base de Ni-Al, formando-se dois materiais compósitos: Ni-Al + NbC e Ni-Al + (Al2O3+TiO2). Utilizou-se microscópio eletrônico de varredura com EDS para caracterizar as matérias primas e os revestimentos produzidos, assim como determinar o mecanismo de desgaste nos ensaios de micro-abrasão tipo \"esfera-livre\" e \"esfera-fixa\". Mediram-se as durezas superficiais e as microdurezas das fases por meio dos ensaios Rockwell Superficial e microdureza Vickers. Avaliou-se a resistência ao desgaste por meio de ensaios de micro-abrasão nas modalidades \"esfera-livre\" e \"esfera-fixa\". As adições dos materiais citados na liga a base de níquel alteraram características microestruturais importantes, como aumento do percentual de óxidos, bem como a composição química e distribuição dos elementos nas camadas formadas; ocorreram também aumentos significativos das durezas e nas resistências ao desgaste dos revestimentos. Thermo Spray is a metallic, polymeric, ceramic and composite coating process applied over a previously prepared surface usually seeking to improve wear and/or corrosion resistance. It is also used to repair worn surfaces restoring the original dimensions. Ni-Al alloys are used as a primer coating to promote the adhesion between surface and incompatible coatings and also extensively in the reconstruction of worn surfaces. The low hardness and wear resistance (when used in reconstruction applications) of this alloy could be improved by the addition of hard particles/composites to the powdered raw material prior to the spray operation. In this work the influence of NbC and Al2O3+TiO2 additions to Ni-Al alloys were evaluated concerning wear performance and the resulting changes in microstructure, chemical and mechanical behavior. The experimental procedure included the preparation of samples of the Ni-Al base alloy with additions of 25wt% of NbC or 25wt% of Al2O3+TiO2, what resulted in two different sprayed composite materials: Ni-Al + NbC e Ni-Al + (Al2O3+TiO2). SEM with EDS microprobe was used to characterize the raw materials, the sprayed coating samples and the type of wear mechanism occurring in the wear tests of the type \"free sphere\" and \"fixed sphere\" micro abrasion that were used to evaluate the wear resistance of the samples. Surface hardness and micro hardness of the different phases in the coatings were evaluated using Rockwell and Vickers micro hardness testing machines respectively. The addition of the hard phases promoted important changes in the Ni-Al base alloy, decreasing the porosity level and increasing the percentage of oxides. Hardness were significantly increased as well as the wear resistance of the coatings.

O titanato e zirconato de chumbo \'PB\'(\'ZR\'1-y\'TI\'y)\'O IND.3\' é um material ferroelétrico de estrutura perovskita que tem sido aplicado como transdutores, amplificadores, sensores piezoelétricos, piroelétricos e memórias ferroelétricas. É bem estabelecido que a incorporação de íons de \'LA POT.3+\' ou \'BA POT.2+\' nos sítios ocupados pelo \'PB\' no sistema \'PB\'(\'ZR\'1-y\'TI\'y)\'O\' (PZT), formando os sistemas \'PB\'1-x\'LA\'x\'ZR\'1-y\'TI\'y\'O IND.3\' (PLZT) e \'PB\'1-x\'BA\'x\'ZR\'1-y\'TI\'y\'O IND.3\' (PBZT), provoca mudanças significativas nas suas propriedades. No entanto, poucos trabalhos tem sido dedicados a esses sistemas contendo altas concentrações de \'TI\', principalmente no que se refere à estrutura desses materiais. Assim, este trabalho teve por objetivo analisar as propriedades estruturais e suas correlações com as propriedades dielétricas dos sistemas \'PB\'1-x\'LA\'x\'ZR\'0,40\'TI\'0,60\'O IND.3\' (PLZT100x) e \'PB\'1-x\'BA\'x\'ZR\'0,40\'TI\'0,60\'O IND.3\' (PBZT100x) em função da composição e da temperatura. Foram preparadas amostras cerâmicas por meio de sinterização convencional com x variando entre 0,05 e 0,21 para o sistema PLZT e entre 0,10 e 0,50 para o sistema PBZT. Em relação à estrutura a longa distância, medidas de difração de raios X mostraram uma diminuição no grau de tetragonalidade com o aumento da concentração dos cátions substituintes, que foi atribuída à formação de vacâncias no sítio A (caso do \'LA\') e diferença entre o raio iônico (caso do \'BA\'). Estas alterações estruturais em função da composição foram também responsáveis pelo aumento do grau de difusidade das curvas de permissividade dielétrica e pela observação de um estado ferroelétrico relaxor nas amostras contendo altas concentrações de \'LA\' e \'BA\'. Em relação à estrutural local, os resultados obtidos através da técnica de espectroscopia de absorção de raios X (XAS) nas bordas \'K\' do \'TI\' e LIII do \'PB\' mostraram que a incorporação de átomos de \'LA\' ou \'BA\' à estrutura do PZT leva a uma redução no deslocamento do átomo de \'TI\' em relação ao centro do octaedro \'TI\'O IND.6\' e mudanças na ordem local do átomo de \'PB\'. No que tange as composições contendo 21% at. de \'LA\' e 50% at. de \'BA\', diferentemente dos resultados de DRX que mostraram uma simetria cúbica, a técnica de XAS mostrou uma simetria local tetragonal. Em bom acordo com os resultados obtidos pela técnica de espectroscopia Raman, espectros EXAFS medidos em altas temperaturas mostraram também que a estrutura local não é compatível com uma estrutura de simetria cúbica. Espectros XANES medidos na borda \'K\' do oxigênio revelaram uma redução no grau de hibridização entre os estados 2p do \'O\' com 6sp do \'PB\' à medida que a concentração de \'LA\' ou \'BA\' aumenta, que estaria relacionada com o surgimento de comportamento relaxor. Amostras cerâmicas densas nanoestruturadas de composição PZT, PLZT11 e PBZT10 foram preparadas pelo método de spark plasma sintering (SPS) a fim de analisar a influência do tamanho de grão. Foi verificado que as amostras sinterizadas por SPS apresentam tamanho de grão em torno de 60 nm. A caracterização dielétrica destas amostras mostra que a redução do tamanho de grão causa uma redução no valor de máximo da permissividade dielétrica e características difusas da permissividade em função da temperatura devido ao aumento das regiões de contorno de grão. Lead titanate zirconate (\'PB\'(\'ZR\'1-x\'TI\'x)\'O IND.3\') are ferroelectric materials with perovskite structure which has been used as transducers, capacitors, piezoelectric and pyroelectric sensors and ferroelectric memories. The substitution of \'PB POT.+2\' ions by \'LA POT.+3\' or \'BA POT.+2\' ions in the \'PB\'(\'ZR\'1-x\'TI\'x)\'O IND.3\' (PZT) system, which leads to the formation of the \'PB\'1-x\'LA\'x\'ZR\'1-y\'TI\'y\'O IND.3\' (PLZT) and the \'PB\'1-x\'BA\'x\'ZR\'1-y\'TI\'y\'O IND.3\' (PBZT) systems, induces several changes in the electric and structural properties of these materials. However, PLZT or PBZT systems based on \'TI\'-rich compositions have not been thoroughly investigated and the literature contains few reports concerning their structure. Thus, the main objectives of this doctoral thesis were the synthesis and structural characterization of \'PB\'1-x\'R\'x\'ZR\'0.40\'TI\'0.60\'O IND.3\' ferroelectric ceramic samples, with R = \'BA\' and \'LA\' and x between 0.00 to 0.50 (PLZT100x and PBZT100x). The characterization with X-ray diffraction technique of these samples showed a decrease of the tetragonality degree with increase of the doping cation concentration, which was related to the appearance of defects caused by the incorporation of \'LA\' or \'BA\' cations. These structural modifications were also responsible by the increase of the diffuseness at the dielectric permittivity and a relaxor behavior as a function of the \'LA\' or \'BA\' concentration. Concerning the local structure, XANES spectra in the absorption edge of various elements in PLZT and PBZT samples were performed. In the cases of \'TI\' \'K\'-edge absorption, the doping of \'LA\' and \'BA\' atoms in the PZT structure leads to a reduction of the displacement of \'TI\' atom in the center of the \'TI\'O IND.6\' octahedron. However, even when the crystal structure is cubic, a local octahedron distortion remains. EXAFS measurements in \'PB\' LIII-edge and \'ZR\' \'K\'-edge were performed and also indicate that local structure around lead or zirconium atoms is also affected by the introduction of \'LA\' and \'BA\' atoms in the PZT structure. In addition, XANES spectra measured at \'O\' \'K\'-edge revealed a reduction in the hybridization degree between \'O\' 2p and \'PB\' 6sp states with the addition of \'LA\' or \'BA\' atoms to the structure of PZT. It has been shown that hybridization between these states is essential to ferroelectricity and this reduction would be related to the relaxor behavior. PLZT and PBZT systems were also studied depending on the size of particle size in a nanometer scale. Thus samples PZT, PLZT11 and PBZT10 compositions were prepared using the synthesis method of precursor polymers and the process of sintering by spark plasma. A pronounced decrease in the values of maximum permittivity was observed and the dielectric curve as a function of the temperature exhibits a diffuse behavior. This size-induced diffuse phase transition and the reduction of the permittivity magnitude could be related to the differences between the core grain and the grain boundaries.