Resumo Em estudos recentes, verificou-se ser possível produzir, em meio aquoso, nanopartículas de zircônia hidratada (cristalitos inferiores a 2 nm) a partir de um precursor não usual, o tungstato de zircônio (ZrW2O8), óxido bimetálico de tamanho micrométrico (1,7 µm) e insolúvel em água. Essas nanopartículas de zircônia são capazes de formar aglomerados policristalinos transparentes à luz visível. No entanto, a produção controlada de sólidos de zircônia transparentes a partir da consolidação por centrifugação de suspensões estáveis dessas nanopartículas, desaglomeradas no momento da síntese, ainda não havia sido explorada. Dentro deste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar a dispersão e a consolidação de nanopartículas de zircônia hidratada produzidas a partir do ZrW2O8 em meio aquoso e utilizando-se a trietanolamina (TEOA) como surfactante, e compreender o efeito dos parâmetros experimentais empregados na dispersão sobre o teor de tungstênio remanescente nos sólidos consolidados. A síntese e dispersão foram realizadas em meio aquoso, a 80 °C, com o uso de NaOH e TEOA; em seguida, as soluções coloidais foram dialisadas, seus valores de pH foram ajustados para 6, e foram ultracentrifugadas a 28000 rpm por 24 h. Verificou-se que a utilização da TEOA na síntese permitiu a obtenção de soluções coloidais estáveis de nanopartículas de zircônia que, após centrifugação, originaram sólidos transparentes e amarelados que foram caracterizados por meio de diversas técnicas (microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva, difração de raios X, espectroscopia Raman e de infravermelho com transformada de Fourier, além de análise térmica simultânea). Apesar de a TEOA auxiliar na dispersão das nanopartículas, ao mesmo tempo interferiu no mecanismo de síntese, levando à obtenção de zircônia dopada com WOx com quantidades de tungstênio que variaram dependendo das condições experimentais empregadas.

Abstract In recent studies, it was possible to produce hydrous zirconia nanoparticles with crystallite sizes as small as 2 nm from ZrW2O8 powder with initial particle size of 1.7 µm in an aqueous medium. The zirconia nanoparticles formed transparent polycrystalline aggregates. However, the controlled production of transparent zirconia solids by centrifugation of stable suspensions, deagglomerated in the moment of the synthesis, has not been explored yet. In this context, this study aimed to evaluate the dispersion and consolidation of hydrous zirconia nanoparticles produced from ZrW2O8, in aqueous medium and using triethanolamine (TEOA) as surfactant, and to understand the effect of experimental conditions on the tungsten content in the consolidated solids. The synthesis and dispersion were carried out in aqueous medium at 80 °C with the use of NaOH and TEOA; the colloidal solutions were dialyzed, their pH values were adjusted to 6, and then ultracentrifuged at 28000 rpm for 24 h. It has been found that the use of TEOA in the synthesis allowed obtaining stable sols of zirconia nanoparticles which, after centrifugation, originated transparent and yellowish solids that were characterized using various techniques (scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and simultaneous thermal analysis). Although TEOA assists in the dispersion of nanoparticles, it interfered in the synthesis mechanism, leading to the production of zirconia doped with WOx, with tungsten concentrations that varied depending on the experimental conditions employed.

A técnica de espectroscopia de ressonância de ultrassom possibilita a determinação simultânea de todos os componentes do tensor de elasticidade do material que constitui a amostra. Neste trabalho é descrita a montagem de um dispositivo de espectroscopia de ressonância de ultrassom automatizado, que possibilita a análise de pequenas amostras na forma de paralelepípedos, cilindros ou esferas. A aplicação deste dispositivo é exemplificada com a determinação das constantes elásticas de amostras policristalinas de alumina e níquel. Os resultados obtidos diferem dos valores esperados em, no máximo, 2,6% e 0,91% para a alumina e níquel, respectivamente, e ilustram a aplicação deste dispositivo na determinação das constantes elásticas de pequenas amostras.

The resonant ultrasound spectroscopy technique (RUS) allows the simultaneous determination of all components of the tensor of elasticity for the material that constitutes the sample. In this work, an automated device for ultrasonic resonance spectroscopy was assembled which enables the analysis of small samples in the form of parallelepipeds, cylinders or spheres. The application of this device is exemplified by the determination of the elastic constants of polycrystalline samples of alumina and nickel. The results differ from the expected values by, at most, 2.6% and 0.91% for alumina and nickel, respectively, and demonstrate the usefulness of this device in determining the elastic stiffness of small samples.

Este trabalho tem como objetivo a caracterização química e mineralógica de matérias-primas argilosas utilizadas pelas indústrias cerâmicas do Vale do Rio Caí, RS. Essa região, situada entre Porto Alegre e a Serra Gaúcha, é o maior centro produtor cerâmico para construção civil do estado do Rio Grande do Sul. Apesar da importância da indústria cerâmica para a economia local e do Estado, a grande maioria das argilas disponíveis para consumo nunca foi caracterizada satisfatoriamente e não existem dados técnicos e científicos que possam orientar tanto a correta exploração das jazidas quanto o desenvolvimento de produtos cerâmicos de maior valor agregado. Neste trabalho foram feitas análises por fluorescência e difração de raios X das principais argilas utilizadas pela indústria cerâmica da região. De acordo com o método de análise hierárquica de agrupamentos e tendo como base a composição química das amostras, foram identificados três grupos de matérias-primas: argilas residuais (ou primárias) e dois grupos de argilas transportadas (ou secundárias). A diferenciação das matérias-primas em grupos se manifesta também na composição de fases das amostras, tal como determinada por difração de raios X e análise racional.

This work aims to characterize the chemistry and mineralogy of clay raw materials used in the heavy clay industry of the Caí River Valley, in southern Brazil. This region lies between Porto Alegre and Serra Gaúcha and is regarded as the major production center of brick and tiles in the Rio Grande do Sul. Despite the importance of this activity for both the local and state economy, the vast majority of clay raw materials have never been satisfactorily characterized, so there is not adequate data to guide its correct exploitation or to allow the development of ceramic products of higher quality. In this work X-ray fluorescence and diffraction were applied to analyze the clays largely used by the ceramic industry. Three groups of heavy clay were identified based on the hierarchical agglomerative cluster analysis of the samples chemical composition: residual (or primary), and transported (or secondary) clays. This was further verified considering the phase composition of samples, as estimated by X-ray diffraction and rational analysis.

É descrita em detalhes a montagem de um equipamento simples e de baixo custo para a medida da resistência ao desgaste de materiais cerâmicos. Para demonstrar a aplicação deste equipamento foram realizadas medidas de desgaste em amostras de alumina e zircônia parcialmente estabilizada com ítria. A resistência ao desgaste das amostras de zircônia foi medida antes e depois da formação de um recobrimento de ZrC, mediante tratamento térmico a 1600 ºC, com a peça envolta por carbono, em atmosfera de argônio. Foi observado que a formação de ZrC proporciona uma resistência ao desgaste similar à da alumina, aproximadamente 50% superior à da zircônia.

The assembly of a simple, low cost equipment for the measurement of the wear coefficient of ceramic materials is described in some detail. This equipment was applied to the determination of the wear coefficient of alumina and yttria-partially stabilized zirconia. The wear resistance of zirconia was measured before and after the formation of a ZrC coating on the surface, as the result of a thermal treatment at 1600ºC with the sample wrapped in a carbon powder bed in an argon atmosphere. It was observed that the formation of ZrC provides a surface wear resistance similar to that obtained for alumina, almost 50% higher than that of bulk zirconia.

Corpos-de-prova de zircônia parcialmente estabilizada com ítria foram moldados por prensagem uniaxial, sinterizados e nitretados em plasma de micro-ondas à pressão atmosférica. A camada de ZrN sobre zircônia formou-se a uma taxa de 4 µm.min-1, podendo atingir uma espessura de 500 µm. As amostras foram caracterizadas por meio de medidas de dureza e resistência ao desgaste. A superfície nitretada apresentou dureza superior e resistência ao desgaste similar ao substrato de zircônia.

Samples of yttria partially-stabilized zirconia were molded by uniaxial pressing, sintered and nitrided in an atmospheric pressure microwave plasma. This procedure leads to the formation of a ZrN layer whose growth rate and thickness reached 4 µm.min-1 and 500 µm, respectively. The samples were characterized by means of hardness and wear resistance tests. The nitrided surface exhibits superior hardness and wear resistance similar to that of the zirconia substrate.

O processo de moldagem de peças cerâmicas conhecido como colagem de barbotina é um processo antigo, mas que ainda é muito utilizado devido ao seu baixo custo, simplicidade e pelas excelentes propriedades mecânicas das peças sinterizadas. Boas propriedades mecânicas são obtidas quando o pó de partida tem tamanho de partícula submicrométrico. Neste trabalho foram moldadas peças cerâmicas por colagem de barbotina com três aluminas comerciais com partículas submicrométricas e, após a sinterização, foram medidas algumas de suas propriedades, como dureza, densidade e resistência ao desgaste. As barbotinas não flocularam e foram obtidas peças de excelente qualidade, sendo que as peças moldadas com a alumina de menor tamanho de partícula apresentaram a melhor dureza, elevada densidade (chegando a 99% da densidade teórica) e o menor coeficiente de desgaste. Peças de alumina de alta qualidade podem ser usadas em inúmeras aplicações, desde a indústria têxtil até em aplicações biomédicas.

The molding of ceramics parts by slip casting is an ancient process, but it is still very used because of low cost, simplicity and excellent mechanical properties of sintered parts. Better mechanical properties are obtained when the initial powder have small average particle size. In this work, ceramic parts were molded by slip casting of three commercial submicrometer-sized alumina powders. After sintering, some properties of these ceramic parts were measured, including hardness, density and wear coefficient. The slips do not flocullate, resulting in ceramic parts with excellent quality. Ceramic parts made with the alumina powder of smaller particle size exhibited high hardness, high density (99% TD) and lower wear coefficient. High quality alumina parts such as that produced in this work can be used in many applications, from textile industry to biological applications.

O tungstato de zircônio, ZrW2O8, ocupa um lugar de destaque entre os compostos cujas propriedades físicas incomuns têm despertado, nos últimos anos, a atenção da comunidade científica internacional. Isto se deve ao fato de que este composto exibe expansão térmica negativa, isotrópica, sobre um amplo intervalo de temperatura. Materiais com expansão térmica negativa em uma ou duas dimensões são bem conhecidos. No entanto, o tungstato de zircônio é um dos raros exemplos de compostos que exibem esta propriedade não-usual isotropicamente, nas três dimensões. Esta propriedade está intimamente ligada à flexibilidade intrínseca da estrutura do ZrW2O8. Neste artigo serão revistas as evidências experimentais da amorfização do tungstato de zircônio sob altas pressões. Também será discutida a conexão entre a expansão térmica negativa e a amorfização em altas pressões do ZrW2O8, bem como algumas aplicações deste interessante material cerâmico.

Zirconium tungstate, ZrW2O8, occupies an especial place among the compounds whose physical properties has been attracted the attention of the scientific community. The main reason for that is that this compound exhibits isotropic negative thermal expansion over a large temperature range. Materials with negative thermal expansion in one or two dimensions are well known. However, zirconium tungstate is a rare example of compound that exhibits negative thermal expansion isotropically, in three dimensions. This property is intimately related to the intrinsic flexibility of the ZrW2O8 crystal structure. The experimental evidences for pressure-induced amorphization of zirconium tungstate will be reviewed in this paper. The relationship between negative thermal expansion and pressure-induced amorphization of ZrW2O8 will be discussed, as well as some applications of this interesting ceramic material.

A moldagem por injeção em baixa pressão (MIBP) tem constituído, nos últimos anos, uma excelente alternativa para a produção de pequenos lotes de peças cerâmicas diversificadas e com formas complexas. Esta técnica de conformação é relativamente simples e barata, mas apresenta diversos problemas na etapa de extração dos ligantes, principalmente quando o pó cerâmico é muito fino e as peças possuem grande seção transversal. Neste trabalho é descrita uma metodologia específica para a produção de peças cerâmicas por moldagem por injeção a baixa pressão de alumina submicrométrica (0,4 mim), incluindo a formulação da mistura para injeção, bem como detalhes do processo de extração dos ligantes orgânicos utilizados na moldagem. Para o desenvolvimento deste processo fez-se necessário (i) entender melhor o processo de MIBP, (ii) desenvolver a formulação da mistura de pó cerâmico e aditivos orgânicos, (iii) confeccionar moldes adequados para a injeção a baixas pressões e (iv) otimizar os parâmetros de injeção. A metodologia desenvolvida neste trabalho, possibilita a confecção de peças cerâmicas complexas, com seção transversal relativamente grande, permitindo uma produção robusta de pequenos lotes de peças cerâmicas diversificadas com ótima qualidade e excelente reprodutibilidade.

In the past years, low-pressure injection molding (LPIM) has been a good alternative for the production of small batches of diversified complex shapes ceramic parts. This molding technique is relatively simple and cheap, but presents several problems related to debinding, especially for fine ceramic particle, and large cross-section ceramic pieces. In this work, we present a metodology for the production of ceramic parts based on the LPIM of submicrometer-sized alumina powder (0.4 mum). The binder formulation is described, as well as the details of the debinding stage. For the development of this process it was necessary (i) to achieve a better understanding of the LPIM process, (ii) develop the binder formulation and to find the better proportion for the binder plus ceramic powder mixture, (iii) to prepare molds suitable for LPIM and (iv) to optimize the injection parameters. The procedure here reported makes it possible to produce complex shape ceramic parts, with relatively large cross-section, allowing the robust production of small batches of diversified ceramic parts, with high quality and excellent reproducibility.