Abstract Ceramics are widely employed as thermal insulating materials for thermal barrier coatings (TBC) due to their low thermal conductivity, chemical stability, and high wear and corrosion resistance at high temperatures. The aim of this work was to study the influence of the CO2 laser beam parameters on the single-step irradiation of pre-placed yttria-stabilized zirconia (YSZ) powders on NiCrAlY/AISI 316L substrates. In order to increase the coating’s lifetime and performance, it is proposed a laser sintering of powder-beds (LSP) technique to obtain homogenous YSZ coatings, with controlled surface microstructures. The obtained coatings were characterized by optical microscopy, field emission scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction (XRD). The laser intensity and interaction time were the main laser parameters used to control the surface temperature and the combination of these parameters were used to establish a process chart. The LSP resulted in controlled smooth coating surfaces and columnar growth with submicrometric grain size. XRD analyses showed the prevalence of non-transformable tetragonal zirconia, which is known to exhibit higher stability and thermal wear resistance.

Resumo Nanotubos de haloisita (NTH) são nanoargilas de silicato de alumínio com estrutura naturalmente tubular. Eles são biocompatíveis e apresentam viabilidade como carreador de moléculas biologicamente ativas devido ao seu espaço interno na estrutura tubular. Neste artigo as principais características dos NTH e a obtenção de nanocompósitos poliméricos com NTH, e suas potenciais aplicações para o aperfeiçoamento das propriedades mecânicas dos polímeros e como carreador de substâncias hidrofílicas e lipofílicas são revisadas. Revisam-se os trabalhos recentes publicados sobre nanocompósitos poliméricos com NTH e apresenta-se o promissor emprego desses sistemas como carreadores, devido à sua capacidade de sustentar a liberação de fármacos em escala nanométrica, adequados para aplicação na área farmacêutica e biomédica, apresentando baixa citotoxicidade e promovendo a liberação controlada de fármacos.

Abstract Halloysite nanotubes (HNTs) are aluminosilicate nanoclay mineral which have a hollow tubular structure and occurs naturally. They are biocompatible and viable carrier for inclusion of biologically active molecules due to the empty space inside the tubular structure. In this article, the HNTs main characteristics, and the HNTs-polymeric nanocomposite formation and their potential application as improvement of the mechanical performance of polymers and entrapment of hydrophilic and lipophilic substances are summarized. Recent works covering the increment of HNTs-polymeric nanocomposites and presenting promising employment of these systems as nanosized carrier, being suitable for pharmaceutical and biomedical applications, based on earlier evidence in literature of its nature to sustain the release of loaded drugs, presenting low cytotoxicity, and providing evidence for controlled drug delivery are reviewed.

Resumo A resistência mecânica e a propriedade dielétrica de isoladores cerâmicos são características fundamentais para o suporte das redes de distribuição de energia elétrica. Porém, tanto a umidade quanto o teor de poluentes na atmosfera podem vir a ser prejudiciais e causar falhas na entrega de energia por elevação da sua corrente elétrica de fuga. O vidrado do isolador tem grande afinidade com a água resultante da interação da superfície do vidro com a atmosfera. No presente trabalho, foi realizada a deposição de filmes de nitreto de alumínio sobre o vidrado de amostras de isoladores elétricos cerâmicos, via plasma "magnetron sputtering" pulsado, de corrente contínua, e com uma mistura dos gases argônio e nitrogênio e de Ti sobre isoladores tipo pino para classes de tensão de 15 kV. A morfologia dos filmes e o desempenho dos isoladores foram medidos por MEV-FEG/EDS, AFM, máxima corrente de fuga RMS e grau de hidrofobicidade. O comportamento dos filmes depositados medido pelo grau de hidrofobicidade reduziu nas amostras de CM6 para CM4, com AlN, e de CM7 para CM3 quando foi depositado o Ti. A máxima corrente de fuga RMS medida nos isoladores sem e com filme nanométrico à base de Ti foi superior nos dispositivos sem a proteção, alcançando valores medidos de 5 mA e com desligamento do sistema computadorizado de medida (após 3 dias em Sauípe e 3 meses em Pituba) em consequência desta ter superado o intervalo de segurança de curto circuito estabelecido nos dispositivos eletrônicos de proteção (surtos superiores a 300 mA). Com a deposição dos filmes em 7 isoladores, foram verificadas alterações de comportamento em dois destes, com picos de máxima corrente de fuga atingindo 2,4 mA no campo. A maioria dos isoladores analisados teve como variações de correntes de fuga RMS, no período de medida, entre 0,2 e 2 mA, em condições adversas de clima (com chuva e diferentes velocidades de vento).

Abstract The mechanical strength and the dielectric properties of ceramic insulators are essential properties to support the electricity distribution networks. However, both the moisture and the pollutant content in the atmosphere may become harmful and cause failures in the power supply by increasing its electrical current leakage. The insulating glazing has high affinity with the resulting water from the interaction of the glass surface with atmosphere. In this study, the deposition of aluminum nitride films was carried out on the glazed samples of ceramic electrical insulators, via pulsed DC magnetron sputtering plasma, and with a mixture of argon and nitrogen gas and Ti on pin type insulators for 15 kV voltage class. The morphology of the films and the performance of insulators were measured by SEM-FEG/EDS, AFM, maximum RMS leakage current and degree of hydrophobicity. The performance of deposited films by the degree of hydrophobicity measured in samples reduced from CM6 to CM4 with AlN, and CM7 to CM3 with Ti layer. The maximum RMS leakage current measured with and without the insulating film based on nanometric Ti was higher in devices without the pr otection, reaching measured values of 5 mA and with shutdown of computerized measuring system (after 3 days in Sauípe and 3 months in Pituba) as a consequence of having overcome the short circuit withdrawal period laid down in software (surges exceeding 300 mA). With the deposition of the films in 7 insulators, changes in two of these, with peaks of maximum leakage current achieving 2.4 mA, in the field were observed. Most insulators analyzed had the variations in RMS leakage current between 0.2 and 2 mA in the measurement period, in adverse conditions of weather (rain and differ ent wind speeds).

Um sistema de alta precisão e baixo custo foi construído para a caracterização elétrica de termistores cerâmicos em baixas temperaturas, usando componentes facilmente disponíveis em laboratórios de pesquisa de materiais. O sistema apresentou excelente reprodutibilidade na caracterização elétrica de sensores cerâmicos NTC de -75 ºC (195 K) a 23 ºC (296 K). O comportamento do sensor NTC foi comparável aos termistores comerciais somente abaixo da temperature ambiente (α = -3,2%/K), demonstrando a importância da caracterização completa destes materiais tanto em altas quanto em baixas temperaturas.

A high-precision and low cost system was built for the electrical characterization of ceramic thermistors at low temperatures, using components readily available in materials research laboratories. The system presented excellent reproducibility in the electrical characterization of NTC ceramic sensors from -75 ºC (195 K) to 23 ºC (296 K). The behavior of the NTC sensor was comparable to that of commercial thermistors only below room temperature (α = -3.2%/K), demonstrating the importance of fully characterizing these materials at both low and high temperatures.

A pesquisa contempla nesta segunda etapa, misturas binárias entre as argilas da Cerâmica Santa Rita e da Cooperativa de Artesões de Foz do Iguaçu, PR, em diferentes porcentagens peso, para confecção de corpos de prova por prensagem uniaxial, sinterizados nas temperaturas de 950 e 1050 ºC, e analisados pelos ensaios tecnológicos de cerâmica vermelha. Nas composições entre as argilas que apresentaram melhores desempenhos no processamento, incorporaram-se proporções de 4, 8, 12 e 16% de lodo visando agregar o resíduo a massa. Identificou-se nos resultados da produção de blocos estruturais de 6 furos pelo processo de extrusão que, 8% é o máximo de lodo a ser adicionado na massa cerâmica, onde não foi identificado trincas e deformações, com contração linear na ordem de 8,6%, absorção de água de 24,6% e resistência à compressão de 42,6 kgf/cm², em conformidade com as normas para produção de cerâmica vermelha para revestimento (tijolos).

The research addresses this second stage, binary mixtures of clays Ceramic Santa Rita and the Cooperative of Artisans from Foz do Iguaçu, PR, in different weight percentages, for making specimens by uniaxial pressing, sintered at temperatures of 950 and 1050 ºC, and analyzed by technological tests of red ceramic. In compositions among the clays that were better at processing, proportions of 4, 8, 12 and 16% of the waste sludge were added in order to add mass. It was identified in the results of the production of building blocks 6-hole extrusion process by which 8% is the maximum of sludge to be added to the ceramic body, which was not identified cracks and deformations with linear shrinkage in the order of 8.6% water absorption of 24.6% and compressive strength of 42.6 kgf/cm² in accordance with the standards for the production of red ceramic coating (bricks).

Com a finalidade de pesquisar a incorporação do lodo gerado na ETA Tamanduá em massas para cerâmica vermelha, como método de destinação final, o presente artigo tem como objetivo caracterizar o lodo da ETA Tamanduá e quatro argilas da região Oeste do Paraná utilizadas na produção de cerâmica vermelha estrutural e de artesanato, visando avaliar o potencial tecnológico deste resíduo. Nessa primeira etapa experimental de caracterização, determinaram-se a umidade, composição química por fluorescência de raios X, compostos cristalinos por difração de raios X, limites de consistência de solos (Atterberg), distribuição granulométrica e a estrutura das partículas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Destaca-se que as argilas possuem propriedades favoráveis para produção de cerâmica vermelha. Já o lodo, possui características elementares de matéria-prima de baixa plasticidade, composto majoritariamente por SiO2, Al2O3 e Fe2O3, com perda ao fogo elevada (20,4%), baixo índice de plasticidade igual a (7,4), fração de argila correspondentes a 5,3%. As características observadas sugerem a possibilidade de, na segunda etapa, incorporar o lodo com umidade natural (75%) como aditivo na massa cerâmica, visando reduzir a retração, bem como minimizar a adição de água às massas para produção de cerâmica vermelha.

With a view to investigate the incorporation of sludge generated in ETA Tamanduá masses for red ceramics, such as disposal method, this paper aims to characterize the sludge ETA Tamanduá and four clays of western Paraná used to produce structural red ceramic and artistic ceramic, to evaluate the technological potential of this residue. In this first experimental phase of characterization, we determined the moisture, chemical composition by X-ray fluorescence, crystalline compounds by X-ray diffraction, Atterberg limits of soils (Atterberg), size distribution and structure of particles by electron microscopy (SEM). It is noteworthy that the clays have properties favorable for the production of red ceramics. The sludge has basic features of the raw material of low plasticity, composed mainly of SiO2, Al2O3 and Fe2O3, with high loss on ignition (20.4%), low plasticity index equal to (7.4), fraction clay corresponding to 5.3%. These characteristics suggested the possibility that, in the second stage, incorporate the sludge with natural moisture (75%) as an additive in ceramic body, to reduce the shrinkage and to minimize the addition of water to the masses for the production of red ceramics.

Na busca de materiais com propriedades diferenciadas, vem aumentando nos últimos anos as pesquisas em materiais compósitos. Um dos importantes métodos de fabricação destes compósitos é o processo de infiltração sob pressão de metal fundido denominado "squeeze-casting". Este processo oferece algumas vantagens, tais como facilidade de produzir o compósito, baixo custo e capacidade de formação de estruturas em rede. Neste trabalho foram produzidos e caracterizados compósitos SiC-Al, com concentrações em caulim variando entre 10 e 50% em substituição a fase majoritária SiC. As pré-formas cerâmicas foram produzidas controlando-se a fração granulométrica do SiC/caulim para uma melhor infiltração. Estas pré-formas, após sinterização a 1100 ºC/1 h, resultaram altamente porosas, sendo a porosidade aumentada com o aumento do caulim em substituição ao SiC. Análises de DRX mostraram a existência de partículas de quartzo além da fase SiC como constituintes das pré-formas. Durante o processo de infiltração e tratamento térmico, o alumínio no estado líquido reagiu preferencialmente com o quartzo e outros aluminossilicatos da pré-forma reduzindo-os, precipitando alumina e silício na microestrutura, a qual apresentou também alumínio em excesso que não reagiu no processo. A sílica e os silicatos da pré-forma, ao reagirem preferencialmente com o alumínio, evitaram a reação do Al com o SiC, prevenindo a formação da fase Al4C3,, a qual é altamente higroscópica e causa a degradação do compósito. Dependendo da composição, os compósitos SiC-caulim-Al desenvolvidos neste trabalho, podem ser usados em aplicações que envolvam elevada resistência mecânica à flexão (240 a 300 MPa), baixa densidade e dureza superficial entre 180 e 380 kgf/mm².

In search of materials with different properties, has been increasing the research on composite materials in recent years. One of the important methods of manufacturing these composites is the process of metal casting infiltration under pressure called squeeze-casting. This process offers some advantages, such as ease of producing the composite, low cost and ability to form network structures. In this work were produced and characterized Al-SiC composites, with concentrations in kaolin ranging between 10 and 50% in place to SiC majority phase. The ceramic pre-forms were produced to controlling the fraction of the size SiC/kaolin for better infiltration. These pre-forms after sintering at 1100 ºC/1 h resulted highly porous, and the porosity increased with the increase of kaolin in place to SiC particles. XRD analysis showed the existence of quartz particles beyond the SiC phase. During the infiltration and heat treatment process, the liquid aluminum reacted preferably with quartz and other aluminosilicates particles of the pre-form reducing them, precipitating alumina and silicon in the microstructure, which also presented aluminum in excess that not reacted in the process. The silica and silicates of pre-form, reacted preferably with the aluminum, preventing the formation of Al4C3 phase, which is highly hygroscopic and causes the composite degradation. Depending on the composition, the SiC - kaolin - Al composite developed in this work, can be used in applications involving high bending mechanical resistance (240 to 300 MPa), low density and hardness surface between 180 and 380 kgf/mm².

A adição de ZnO em sistemas de SnO2 faz com que estas cerâmicas atinjam elevada densificação quando adicionadas em baixas concentrações. Neste trabalho estudou-se o comportamento da adição do óxido de zinco desde 0,5 até 2,0 mol%. Desta forma, podese verificar que na sinterização em dilatômetro até 1365 ºC a adição de até 1,5 mol% favorece a densificação da cerâmica e, quando a adição do ZnO é superior a essa concentração o efeito densificante passa a ter um caráter reduzido em 14% da retração linear. Tal comportamento justificou-se pela formação de uma segunda fase de estanato de zinco em quantidade próxima a 2 mol% de ZnO quando analisado por difração de raios X.

Small ZnO additions in SnO2 systems result in ceramics with high densification. The aim of this work is to study the behavior of zinc addition ranging from 0.5 to 2 mol% SnO2 obtained by the Pechini method. The addition of 1.5 mol% ZnO assisted in the densification of the ceramic. However, further additions inhibited the process reducing the linear shrinkage by 14%. This behavior is justified by the formation of a second phase of zinc stannate in quantities close to 2 mol% as estimated by X-ray diffraction determining the lattice parameters of the SnO2-ZnO system.

A sinterização do sistema SnO2:0,6 mol% ZnO, obtido via mistura de pós, foi investigada por dilatometria sob taxa de aquecimento constante de 2,5, 5,0 e 10,0 ºC.min-1. Os modelos clássicos de sinterização de Woolfrey-Bannister e Johnson foram utilizados para analisar o estágio inicial da sinterização e calcular a energia de ativação. Os valores de energia de ativação determinados por esses modelos são de 547 kJ.mol-1 e 511 kJ.mol-1 para Woolfrey-Bannister e Johnson, respectivamente. Verificou-se a coexistência de dois mecanismos de sinterização, difusão na rede e difusão por contorno de grão, para o estágio inicial da sinterização do sistema SnO2:0,6 mol% ZnO.

The sintering of SnO2:0.6 mol% ZnO obtained by powder mixtures was investigated by dilatometry at constant heating rates 2.5, 5.0 and 10.0 ºC.min-1. Using classical sintering models of Woolfrey-Bannister and Johnson to analyze the initial stage sintering, the calculated activation energy was 547 kJ.mol-1 and 511 kJ.mol-1, respectively. The coexistence of the two sintering mechanisms, volume diffusion and grain boundary diffusion, was found to control the initial stage sintering of the SnO2:0.6 mol % ZnO system.

Pós de ZrSiO4 dopado com cobalto foram sintetizados por meio do método dos precursores poliméricos para obtenção de pigmentos cerâmicos. O efeito de diferentes concentrações de Co2+ na transição de fase t-ZrO2 para ZrSiO4 foi estudado por meio de difração de raios X e análise térmica diferencial. Resultados de espectroscopia na região do UV-visível permitiram comparar o deslocamento de bandas em função da transição de fase. Além disso, foi realizado um estudo de estabilidade térmica e intensidade da alteração de cor do azul ao vermelho dos pós sintetizados em função da presença de cobalto e temperatura de calcinação, sendo estes parâmetros comparados com a transição de fase. Os resultados obtidos permitem identificar a transição de fase t-ZrO2 para ZrSiO4.

Co-doped ZrSiO4 powders were synthesized by the polymeric precursor method to obtain ceramic pigments. The effect of different Co2+ contents on the t-ZrO2 to ZrSiO4 phase transition was studied by X-ray diffraction and differential thermal analysis. UV-Vis spectroscopy of the samples allowed comparing the band shift with the phase transition. Moreover, a study of the thermal stability and intensity of the blue to red color change of the synthesized powders with the presence of cobalt in relation to the calcination temperature was accomplished and compared to the phase transition. The results allowed to identify the t-ZrO2 to ZrSiO4 phase transition.

A durabilidade do varistor de ZnO está relacionada com suas características elétricas, microestruturais, térmicas e com o fenômeno de transporte de massa nos contornos de grão durante o processo de operação do varistor. O estado de polarização nos contornos de grão está relacionado com a difusão do zinco, do oxigênio e dos dopantes durante a aplicação do potencial elétrico e/ou da temperatura. Quando o potencial elétrico é retirado e o estado de polarização não recupera seu estado natural, significa que o dispositivo adquire os piores parâmetros e o varistor sofre degradação, comprometendo sua durabilidade. Neste trabalho, foi simulada a difusão do zinco intersticial e das vacâncias de oxigênio em ZnO. Foi também simulada a durabilidade do varistor, através do planejamento fatorial dos parâmetros elétricos, térmicos e geométricos que caracterizam o dispositivo. Através destes resultados, verificou-se que a difusão do zinco intersticial controla principalmente as propriedades elétricas. Observou-se, também, que quando aumenta a temperatura e a queda de tensão registrada em 0,5 mA/cm², a durabilidade do varistor fica comprometida.

The durability of the ZnO varistor is related with its electric, microstructural and thermal characteristics, and with the phenomenon of mass transport at grain boundaries under varistor operation. The polarization state at grain boundaries is related to the diffusion of zinc, oxygen and dopants during the application of the electric potential and/or of the temperature. When the electric potential is removed and the polarization state doesn't recover its natural state, the device presents the worst parameters and the varistor degrades, decreasing its lifetime. In this work, a simulation of the diffusion of interstitial zinc and of oxygen vacancy in ZnO varistor is done. In addition, the durability of the varistor was simulated, through the factorial design of electric, thermal and geometric parameters that characterize the device. It was found that the diffusion of the interstitial zinc controls mainly the electrical properties of the varistor. It was also observed that when the temperature is increased and the tension drops to 0.5 mA/cm², the lifetime of the varistor decreases.

Dentro da área de materiais, a Universidade Estadual de Ponta Grossa possui um Centro Interdisciplinar de Pesquisas em Materiais, do qual o grupo de materiais cerâmicos faz parte. O grupo é coordenado pelo professor Sidnei Antônio Pianaro e conta com mais 9 pesquisadores e, atualmente, com 18 alunos de iniciação científica. A principal linha de pesquisa desenvolvida é na área de cerâmica eletrônica, podendo destacar as pesquisas em varistores a base de SnO2. Além destas pesquisas, estão sendo desenvolvidos projetos nas linhas de pigmentos, vidrados, vitro-cerâmicas e reciclagem de materiais cerâmicos.

The group of ceramic materials belongs to the Center for Interdisciplinary Research on Materials of the State University of Ponta Grossa, Paraná. The group, with more than nine researchers and eighteen undergraduate students is directed by Prof. S. A. Pianaro. The main research area is in electronic ceramics with emphasis in SnO2 varistors. Besides, some research work is performed on pigments, glass-ceramics and reuse of ceramic materials.