Monocristais de ítria (Y2O3) são importantes materiais hospedeiros para lasers. Entretanto, seu elevado ponto de fusão (2450 ºC) dificulta o processo de crescimento de monocristais. Uma alternativa para a obtenção de ítria policristalina com propriedades similares às dos monocristais é a fabricação de cerâmicas transparentes. Desta forma, este trabalho teve o propósito de desenvolver uma metodologia para fabricar cerâmicas transparentes de ítria, utilizando-se um forno de indução eletromagnética que permite o uso controlado de atmosferas inertes ou redutoras e pode atingir temperaturas próximas a 2000 ºC, com taxas de aquecimento maiores que 100 ºC/min. Os pós-precursores foram preparados por meio de reação do estado sólido usando 3% em mol de ZrO2 como aditivo. As amostras foram conformadas em discos com 12 mm de diâmetro e 1 mm de espessura sob uma pressão uniaxial de 50 MPa e isostática de 350 MPa. Em seguida, foram sinterizadas a 1800 e 1900 ºC com tempos de sinterização de 1 e 5 h. Difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura foram usadas na caracterização estrutural e microestrutural das amostras e sua transmissividade ótica foi medida por meio de espectrofotometria. Através da sinterização em forno de indução foi possível obter cerâmicas com até 60 % de transmissão em linha na região de 800 nm em tempos de sinterização menores que os descritos na literatura.

Yttria single crystals (Y2O3) are important host materials for lasers. However, it high melting point (2450 ºC) is an experimental barrier for bulk crystal growth. Our main focus here was to study the influence of the sintering temperature and soaking time on the optical quality of the yttria ceramics due to the possibility to manufacture large pieces. The sintering process was performed in a radio-frequency furnace under dynamic vacuum. The heating system was efficient to reach temperatures up to 2000 ºC with heating rate higher than 100 ºC/min. The ceramics were prepared by solid state reaction using ZrO2 as additive. The maximum temperatures used in all experiments were from 1800 to 1900 ºC and soaking time kept between 1 h and 5 h. The optical transmission was measured in the visible-near infrared wavelengths interval and compared to the single crystalline fiber of the same composition, grown by the Laser-Heated Pedestal Growth (LHPG) technique in our labs. X-ray diffraction showed only yttria as single crystalline phase. Thus, all zirconia (up 3 mol%) was incorporated in the ceramic. Yttria transparent ceramics were fabricated with relative optical transparency when compared to single crystal. At 800 nm yttria transparent ceramics showed 60% of in-line optical transmission, what permit to be used in other optical applications, but is not sufficient as laser host material yet. However, our results are similar or better when compared to the literature and our experiments can be performed at a higher heating rate.

Novel materials have been developed to meet the increasing mechanical, electrical and optical properties required for technological applications in different fields of sciences. Among the methods available for modifying and improving materials properties, femtosecond laser processing is a potential approach. Owing to its precise ablation and modification capability, femtosecond laser processing has already been employed in a broad range of materials, including glasses and polymers. When ultrashort laser pulses are focused into a transparent material, the intensity at the focus can become high enough to induce nonlinear optical processes. Here, we report on femtosecond (fs) laser microfabrication in special glasses and polymers. Initially, we describe fs-laser micromachining on the surface of copper doped borate and borosilicate glasses. Subsequently, we present results on two-photon induced polymerization to fabricate microstructures containing fluorescent dyes for manufacturing optical microcavities. Both approaches are promising for designing optical and photonics micro/nanodevices.

São apresentados os resultados de sinterização de filmes espessos de BaTi0,85Zr0,15O3 (BTZ15), depositados pela técnica de eletroforese, utilizando como fonte de calor um laser de CO2. A montagem experimental foi otimizada de modo a permitir a sinterização de filmes com dimensões de até 70 mm de comprimento por 10mm de largura e espessuras variáveis. Os processos térmicos envolvidos durante a varredura contínua a laser atuaram de modo similar à sinterização em duas etapas. Os tempos de patamares em cada etapa foram dependentes da velocidade e do número de varreduras. A temperatura máxima que se pode atingir no filme espesso, durante cada varredura e para uma potência nominal do laser fixa, foi correlacionada com a densidade relativa. Após sinterizados, os filmes apresentaram homogeneidade microestrutural e uma porosidade aparente de ~7%.

The results for sintering of BaTi0.85Zr0.15O3 (BTZ15) thick films, deposited by electrophoresis, using as heat source a CO2 laser are presented. The characteristics of the experimental apparatus were optimized in such a way as to allow the sintering of thick films whose dimensions were up to 70 mm in length, 10 mm in width and variable thicknesses. The related thermal process during the continuous laser scanning acted in a similar way as a two-step sintering. The step times in each stage were dependent on the speed and scan number. The maximum temperature that can be achieved in the thick film, during each scanning, and for a fixed rated laser power, was correlated with the relative density. After sintering the films presented a microstructural homogeneity and an apparent porosity of ~7%.

Pós nanométricos de titanato de bário e cálcio (Ba1-xCa xTiO3: x = 0,05/0,10/0,15/0,23 mol%) foram sintetizados a temperaturas relativamente baixas (800 °C) por meio do método de precursores poliméricos modificado. Corpos cerâmicos foram obtidos com alta densidade relativa (> 97%) e microestrutura com tamanho de grãos homogêneos, a temperatura e tempo de sinterização relativamente baixos (1275 °C/1 h). Observamos também que o tamanho de cristalitos no pó calcinado e o tamanho médio de grãos nos corpos cerâmicos sinterizados diminuem com o aumento da concentração de Ca.

Barium calcium titanate nanopowders (Ba1-xCa xTiO3: x = 0.05, 0.10, 0.15 and 0.23 mol%) have been synthesized at relative low temperature ( 800 ºC) through the modified polymeric precursor method. High relative density ceramics (> 97%) and microstructure with homogeneous grain size were obtained at relative low temperature and time of sintering (1275 °C/1 h). It was also observed that the crystallite size of the calcined powder and the average grain size of the sintered ceramics decrease with the increase of the calcium concentration.

Cerâmicas de BaZrO3 foram produzidas a partir de pós sintetizados pelo método de Pechini modificado. Os pós apresentaram tamanho médio de partícula de ~130 nm e 100% de fase cristalina de BaZrO3 depois de tratados termicamente a 800 °C / 2h. Os corpos sinterizados apresentaram alta densidade relativa (98%) e tamanho médio de grão de ~1 µm, para a condição experimental otimizada de 1250 °C / 6 h, em atmosfera ambiente. As temperaturas de calcinação e sinterização, fase cristalina, densidades dos corpos cerâmicos e a microestrutura foram determinadas e comparadas com amostras de referência preparadas por reação no estado sólido.

BaZrO3 ceramics were obtained from powders synthesized by Pechini´s modified method. The powders showed average particle size of ~130 nm and 100% of crystalline phase after heat-treated at 800 °C / 2 h. The sintered ceramics presented high relative density (98%) and average grain size of ~ 1 µm for experimental condition of 1250 °C / 6 h, at ambient atmosphere. The calcination and sintering temperatures, crystalline phase, relative density and microstructure were determinate and the results were compared to a reference sample produced by solid state reaction.

Cerâmicas de titanato de bário e cálcio com composição Ba0.77Ca0.23TiO3 (BCT23) foram produzidas usando o método de síntese por reação de estado sólido. Um estudo sistemático de temperatura e tempo de calcinação foi realizado com o objetivo de se determinar as condições experimentais ótimas para a obtenção da fase única BCT23. Observou-se a presença das fases BaTiO3 e CaTiO3 para os pós calcinados em temperaturas inferiores a 1200 ºC e tempo de até 12 horas. Um aumento na temperatura para 1250 ºC leva a formação da fase BCT23. Os pós calcinados a 1250 ºC foram prensados uniaxialmente em diferentes condições e sinterizados a 1450 ºC / 4h. Verificou-se que o método utilizado para a preparação dos compactos influenciou na microestrutura e densidade relativa das cerâmicas. Cerâmicas mais densas foram obtidas a partir da prensagem com pressão uniaxial equivalente a 1x10(7) N/m² dos pós de BCT23 peneirados.

Barium calcium titanate ceramics with composition Ba0,77Ca0,23TiO3 (BCT23) were prepared by solid state reaction. A systematic study of temperature and time of calcination was performed aiming to determine the experimental conditions to obtain only BCT23 phase. It was only observed the BaTiO3 and CaTiO3 phases at calcination temperature up to 1200 ºC and time up to 12 h. However, it was possible to obtain the BCT23 phase by increasing the temperature to 1250 ºC for 12 h. The powders calcined at 1250 ºC for 12 h were uniaxially pressed at different conditions and sintered at 1450 ºC / 4h. The method utilized to prepare the compacts influenced on the microstructure and relative density of the ceramics. Denser ceramics were obtained by pressing a BCT23 powder with 1x10(7) N/m².

Fibras eutéticas de Al2O3/GdAlO3 livres de poros foram produzidas empregando-se a técnica de fusão a laser denominada Laser Heated Pedestal Growth - LHPG. A microestrutura analisada em microscópio eletrônico de varredura foi denominada como do tipo "escrita chinesa", com a presença de padrões fibrosos em algumas amostras. Resultados de espectroscopia microRaman possibilitaram indexar as fases presentes e revelaram uma maior continuidade da fase GdAlO3 fibrosa, em comparação à "escrita chinesa". Ensaios de flexão a três pontos resultaram em valores de módulo de ruptura no intervalo de 490 MPa a 1316 MPa.

Pore-free eutectic fibers of Al2O3/GdAlO3 were produced by the laser melting technique named LHPG. The "chinese script" microstructure was observed using scanning electron microscopy. Fibrous pattern could be found in some of the samples. MicroRaman spectroscopy could index the eutectic phases and showed the continuity of the fibrous GdAlO3 when compared to the "chinese script" pattern. Three points bending measurements resulted in values of modulus of rupture varying from 490 MPa to 1316 MPa.

Nesse trabalho abordamos a obtenção do material cerâmico Gd2Mo3O12 na sua fase b, denominado b-GMO, utilizando-se do método convencional de mistura de óxidos e reação do estado sólido. MoO3 e o Gd2O3 nas razões molares 3:1 e 3,25:1 foram usados como pós de partida. Cerâmicas sinterizadas foram usadas como pedestais e sementes na produção de fibras monocristalinas pela técnica Laser Heated Pedestal Growth- LHPG. A cerâmica com fase única Gd2Mo3O12 foi melhor obtida usando a razão molar 3:1 entre os pós de partida. Por outro lado, fibras cristalinas obtidas a partir de pedestais cerâmicos com excesso de MoO3 apresentaram melhor qualidade óptica e a estequiometria desejada.

The aim of our research presented here was to obtain Gd2Mo3O12, b-GMO, ceramic from oxides mixture and solid state reaction. MoO3 and Gd2O3 oxides in molar ratios 3:1 and 3.25:1 were used as starting compositions. The sintered ceramic, after processing, was used as seed and pedestal in the single-crystal fiber pulling process by Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) technique. The starting composition of 3:1 was the best to obtain Gd2Mo3O12 ceramic, while from 3.25:1 molar ratios for oxides precursors we pulled single-crystal fiber of better optical and stoichiometric quality.

Nessa comunicação apresentamos nossos primeiros resultados de sinterização ultra-rápida em materiais cerâmicos óxidos usando a radiação de um laser de CO2 como fonte de aquecimento. Os compostos Bi4Ti3O12 (BIT) e Bi4Ge3O12 (BGO) foram sintetizados via reação do estado sólido, conformados em corpos cerâmicos cilíndricos de 12 mm de diâmetro e 2 mm de espessura e, posteriormente, levados ao laser para o processo de sinterização. A análise dos pós reagidos, efetuada por difratometria de raios X, confirmou a presença de fase cristalina única em cada um dos sistemas investigados. A potência máxima do laser necessária para a sinterização apresentou forte dependência com a estratégia usada na irradiação. A análise da microestrutura, realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), revelou um alto grau de eficiência do processo desenvolvido. Em alguns casos, pudemos verificar que a sinterização ocorreu a uma profundidade de até 1 mm, apontando para a viabilidade de obtenção de corpos cerâmicos sinterizados como um todo.

In this communication we present our first results on ultra-fast laser sintering of oxide ceramics employing a CO2 laser as the heating source. The Bi4Ti3O12 (BIT) and Bi4Ge3O12 (BGO) compounds were synthesized following a solid state route in air atmosphere. Cylindrical ceramic bodies with 12 mm in diameter and 2 mm in thickness were shaped and sintered under laser irradiation. The X-ray diffraction of the calcined powders confirmed the presence of single phase in each of the investigated systems. The maximum laser power required to the sintering process showed to have a strong dependency on the strategy used for irradiation. The microstructure analysis of the samples, performed by scanning electron microscopy (SEM), revealed the high efficiency of the process. In some cases we could verify that the sintering occurred until a depth of 1mm, indicating the feasibility of obtaining the ceramic bodies sintered as a whole.

The rapidly spreading use of optical fiber as a transmission medium has created an interest in fiber-compatible optical devices and methods for growing them, such as the Laser Heated Pedestal Growth (LHPG). This paper reports on the influence of the ceramic feed rod treatment on fiber quality and optimization of ceramic pedestal processing that allows improvements to be made on the final quality in a simple manner. Using the LHPG technique, transparent crack-free colorless single crystal fibers of SrTiO3 (0.50 mm in diameter and 30-40 mm in length) were grown directly from green-body feed rods, without using external oxygen atmosphere.