O presente trabalho buscou analisar patentes produzidas pela NASA e estudos correlatos na área de tintas refratárias de alta emissividade, segundo os princípios que regem as propriedades termo-ópticas dos materiais, as quais compreendem: absorção, refletividade, transmissão e emissão de radiação eletromagnética. Primeiramente, visou-se a compreensão destes fenômenos físicos e as leis que os governam. Posteriormente, buscou-se aplicá-los destacando e explicando a evolução observada na composição das tintas de alta emissividade utilizadas em veículos espaciais. Por fim, compreendeu-se que o índice de absorção dos materiais é decorrente do modo como estes interagem com a energia radiante incidente. Além disso, constatou-se que a emissividade dos materiais utilizados está associada principalmente ao balanço entre o índice de absorção e a refletividade. Tal estudo e acompanhamento do desenvolvimento tecnológico das tintas refratárias de alta emissividade permitem uma compreensão mais profunda sobre o seu mecanismo de atuação e potencial uso em outros sistemas, como por exemplo nos fornos industriais revestidos com material refratário que operam a altas temperaturas.

The objective of the present paper is to analyze the patents produced by NASA and other related studies in the area of high emissivity refractory coatings, according to the fundamentals that rule the thermo-optical materials properties, which include: absorption, reflectivity, transmission and emission of electromagnetic radiation. Firstly, it aimed to understand these phenomena and their physical laws. Later, those concepts were applied to explain the trend observed in coatings of high emissivity used by NASA. Finally, it was understood that the material absorption index is determined by the way it interacts with the incident radiant energy. Furthermore, it was attested that the emissivity of the materials used are mainly associated to the balance between the absorption index and the reflectivity. This study and understanding of the technological evolution of refractory high emissivity coatings allow a deeper understanding of how they operate and their potential use in other systems, such as industrial furnaces lined with refractory material operating at high temperatures.

A eficiência energética de isolantes térmicos cerâmicos que são utilizados em altas temperaturas é definida pela condutividade térmica (K) do material. Os mecanismos básicos de transferência de calor, que são a condução, a radiação e a convecção são neste texto relacionados com os principais parâmetros microestruturais de interesse visando à obtenção de isolantes térmicos com valores de condutividade térmica adequados para o uso em uma ampla faixa de temperatura. Pôde-se concluir que a condutividade térmica de cerâmicas porosas é função da composição e microestrutura da porção sólida do material. Além disso, a porosidade total e o tamanho de poros são variáveis fundamentais, sendo que quanto maior a fração volumétrica de poros menor a condutividade térmica. Mostrou-se que poros com tamanho entre 0,5 e 4 µm são os mais eficazes para a redução de K, devido à menor permeabilidade e elevada capacidade de espalhamento conferida à microestrutura. Também foi possível concluir que a presença de materiais opacificadores pode reduzir significativamente a contribuição da radiação, fato que pôde ser observado por meio das teorias de acoplamento entre condução e radiação, uma vez que tais materiais aumentam a espessura ótica dos isolantes. Por fim, realizou-se um estudo sobre os principais tipos de isolantes cerâmicos comerciais e as características microestruturais que conferem suas propriedades.

The energy efficiency of ceramic thermal insulating used at high temperatures is mainly associated to the thermal conductivity (K) of the material. The basic mechanisms of heat transfer, which are conduction, radiation and convection, are in this text, related with the main microstructural parameters aiming to attain thermal insulating with suitable thermal conductivity values in a wide temperature range. It was possible to conclude that the thermal conductivity of porous ceramics is a function of the solid fraction composition and its microstructure. Moreover, the porosity and the pore size are key variables, where the higher the pore volumetric fraction, the lower the thermal conductivity. It was also shown that pores with sizes in the range of 0.5 and 4 µm are the most efficient towards the reduction of K, due to the lower permeability and high scattering capacity given to the microstructure. It is also stated that the presence of opacifier materials can significantly reduce the radiation, a fact that could be observed by the coupling theories involving conduction and radiation, as such materials increase the optical thickness of the insulating products. Finally, a study relating the main types of commercial ceramic insulating and their microstructural characteristics that lead to their usual characteristic properties was carried out.

The present work highlights that α-alumina hydrophobicity (attained by the in situ modification of its surface properties with water soluble organic monoacids) cannot be increased by using molecules with low acidity (pKa) values due to the alumina zeta potential profile at pHs below approximately 4. In order to certify this statement, the effects of short-chain fatty acids and fluorinated ones on the alumina contact angle (θe) with water were analyzed. It is also pointed out that the θe values derived from the experiments carried out using fluorinated acids are the highest possible when monoacid surfactants are added in α -alumina suspensions in acidic pH. This result indicates that there is another constraint to the in situ hydrophobization procedure, which was not previously elucidated or fully settled in literature.

Cerâmicas porosas têm sido utilizadas em diversas aplicações tecnológicas como coletores de partículas sólidas, isolantes térmicos e acústicos. As áreas de biotecnologia e biomedicina utilizam cerâmicas porosas como reatores em processos de fermentação e em implantes, respectivamente. Adicionalmente, estes materiais apresentam grande aplicação na área de microfiltração de líquidos e emulsões, como a purificação de combustíveis através da separação da água e óleo, e na separação das proteínas do leite. O objetivo deste trabalho é o de produzir tubos de cerâmicas porosas para microfiltração de combustíveis. A primeira etapa compreendeu a produção de tubos cerâmicos porosos por colagem de suspensões e avaliação de suas propriedades físicas, fluidodinâmicas e mecânicas finais. Já a segunda etapa consistiu na análise do desempenho destes tubos durante a microfiltração de combustíveis. As propriedades finais das cerâmicas porosas foram avaliadas em função das variações na composição da suspensão e nas condições de queima. Após queima, os tubos cerâmicos apresentaram porosidade na faixa de 48 a 65%, distribuição estreita de diâmetro de poros menores que 1 µm, e constantes de permeabilidade Darciana (k1) e não Darciana (k2) da ordem de 10-15 m² e 10-11 m, respectivamente. Essas propriedades são similares aos tubos comerciais importados e, portanto, essas cerâmicas porosas desenvolvidas têm um grande potencial de aplicação em processos de microfiltração.

Porous ceramics have been applied in a broad range of technological purposes, such as dust collectors, thermo-acoustic insulators and burners. In the biotechnology and biomedicine areas, porous ceramics have been applied as reactors in fermentation processes and as implants, respectively. Besides that, they can also be used in the micro filtration process of liquids and emulsions, such as fuel purification through separation of water from oil, and in the separation of proteins of the milk. The objective of this work is the production of porous ceramics tubes for fuel micro filtration. The first stage of the research was the production of porous ceramics by colloidal processing and evaluation of its final physical, fluid dynamic and mechanical properties. In a second stage the performance of these ceramic tubes during the micro filtration of fuel was analysed. The final properties of porous ceramics were evaluated according to the changes in the composition and sintering conditions. After firing, the ceramic tubes had their porosity in the range of 48 to 65%-vol, narrow distribution with pore diameters bellow than 1 µm and constants of Darcian (k1) and nonDarcian (k2) permeability of 10-15 m² and 10-11 m, respectively. These properties are similar to the commercial imported products and therefore these ceramics have a great potential of application in micro filtration processes.

Cerâmicas porosas têm sido aplicadas em processos de refino, microfiltração de líquidos e emulsões e, também, como isolantes térmicos a altas temperaturas. Embora exista uma vasta aplicação tecnológica destes materiais, há poucos estudos na literatura sobre a obtenção de cerâmicas usando-se espuma como precursora da porosidade e seus efeitos nas propriedades finais do corpo. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho compreende a avaliação de distintos agentes químicos espumantes catiônicos e aniônicos e de um agente viscosificante na produção e estabilidade de espumas aquosas. Os critérios de avaliação destes aditivos foram o volume de espuma produzido, o tempo para colapsar as bolhas de ar e a natureza química dos surfactantes. Os corpos cerâmicos porosos obtidos foram avaliados quanto à sua porosidade, densidade e distribuição de tamanho de poros.

Porous ceramics have been applied in the refining process, micro filtration of liquids and emulsions and, also, as thermal insulators for high temperatures. Nevertheless, there are few studies in the literature concerning the production of ceramics using foam as the porosity precursor and its effect on the final properties of the material. Thus, the objective of this work comprises the evaluation of the different cationic and anionic foaming chemical additives, and a thickening agent on the production and stabilization of the water based foams. The evaluating criteria of these agents involved the foam volume generated, the time for the coalescence of the air bubbles and the chemical nature of the surfactants. The properties of the porous ceramic samples were carried out considering the porosity, the density and the distribution of pore size.

Filtros cerâmicos devem apresentar alta permeabilidade e eficiência de retenção de inclusões sólidas, além de uma boa resistência mecânica. No entanto, estas propriedades variam de modos distintos para uma determinada estrutura celular. Poros grandes aumentam a permeabilidade, mas diminuem a eficiência de retenção das inclusões. Em relação ao desempenho do filtro, a porosidade aparente apresenta alta relevância, uma vez que a resistência mecânica diminui e a permeabilidade aumenta para valores de porosidade elevados. Neste trabalho investigou-se a relação entre a resistência mecânica e a permeabilidade para filtros do sistema Al2O3-SiC de 10 ppi (poros por polegada linear). A quantidade da suspensão impregnada na esponja, durante a fabricação do filtro, foi escolhida como variável de controle, pois por meio desta modifica-se a porosidade e o tamanho de poro do filtro. Os resultados obtidos foram comparados aos de filtros de 8 a 90 ppi.

Ceramic filters must present not only high permeability and particle trapping efficiency, but also suitable mechanical strength. However, these parameters are influenced in different ways by the cellular structure. Large pores favor permeability, but lower removal efficiency of small particles. Small pores, on the other hand, enhance particle collection, although the filter pressure drop increases. The porosity is also essential for determining ceramic foam performance. Mechanical strength generally decreases with increasing porosity, even though permeability is improved. In this work, the relationship between mechanical strength and permeability has been investigated for 10 ppi (pores per linear inch) Al2O3-SiC filters. The amount of slurry impregnated on the organic struts walls during processing has been chosen as the control variable. The results have been compared with those obtained from cellular structures where the pore count variation ranged from 10 to 90 ppi.

A caracterização física de um material cerâmico auxilia na avaliação do seu processamento e desempenho em altas temperaturas. Dentre as técnicas de avaliação microestrutural, três delas foram estudadas neste trabalho: método de imersão (Arquimedes), de expulsão de água e de intrusão de mercúrio. O objetivo do estudo foi o de avaliar quais delas fornecem parâmetros mais representativos para estimar as constantes de permeabilidade de concretos refratários auto-escoantes de alta alumina. Os valores de permeabilidade foram calculados pela equação de Ergun e comparados com resultados de permeabilidade obtidos experimentalmente. A estimativa da permeabilidade a partir da utilização conjunta de parâmetros obtidos pelos métodos de imersão (porosidade aparente) e de expulsão de água (diâmetro máximo de poro) se mostrou mais adequada que a obtida a partir de resultados fornecidos pela técnica de porosimetria de mercúrio.

For refractory castables, permeability is a key property that rules both drying behavior during processing and infiltration of corrosive fluids during use at high temperatures. However, for an accurate permeability prediction, it is important that the structural physical parameters reliably represent the dynamic interaction between the percolating fluid and the porous channels. In this context, the aim of this work was to estimate the permeability constants of high-alumina refractory castables using parameters obtained by three different porosimetry techniques: water immersion (Archimedes' method), water expulsion and mercury intrusion porosimetry. Permeability parameters were calculated through Ergun's equation and compared with values experimentally obtained under airflow. Results revealed that mercury porosimetry overestimates the pore fraction available for fluid flow and underestimates the effective pore channel size. The consequence was a poor correlation between experimental and calculated values of both constants k1 and k2 .The combination of water immersion and water expulsion techniques resulted, on the other hand, in a good estimate of the Darcian constant k1, even though it has overestimated the non-Darcian constant k2 .

Em diversas aplicações as cerâmicas celulares são submetidas a tensões térmicas severas, tal como na filtração de metais fundidos. Contudo, há poucos estudos sobre o desempenho ao choque térmico destes materiais. Uma das razões é que a metodologia para análise desta classe de materiais deve ser distinta daquela utilizada para os materiais cerâmicos densos. Isto porque no caso dos materiais celulares para filtração de metais fundidos o meio causador do choque térmico infiltra-se rapidamente na estrutura reticular de poros, reduzindo o gradiente de temperatura entre a superfície externa e a do interior do corpo. Neste contexto, a proposta do presente trabalho é verificar os efeitos de algumas propriedades dos filtros cerâmicos em seu comportamento mecânico durante testes de choque térmico em água. As propriedades consideradas são a permeabilidade, a condutividade térmica e a área superficial específica dos filtros. Para isto foram utilizados os filtros cerâmicos do sistema de Al2O3-SiC de 8, 10, 20 e 30 ppi (poros por polegada linear).

In many applications, open-cell ceramics are expected to undergo severe thermal stresses, for instance, in their use as molten metal filters. However, only a few studies have considered the thermal shock behavior of these materials. One of the main reasons is the theoretical approach used for dense ceramics which may not be valid for porous materials. In this context, the aim of this work is to analyze the effects of permeability, specific surface area and thermal conductivity on the mechanical behavior of ceramic filters subjected to water quenching tests. Al2O3-SiC filters with nominal cell sizes, expressed as the number of pores per linear inch (ppi), ranged from 8 to 30 ppi were used in the experimental tests.

O comportamento de fluência em materiais cerâmicos sólidos é afetado pela sua microestrutura. Fundamentalmente, são três os parâmetros que influenciam o comportamento de fluência nestes materiais: o constituinte mineralógico, a fase vítrea e a porosidade. Além destes fatores microestruturais, a fluência em cerâmicas celulares depende também da sua macroestrutura, constituída de um arranjo tridimensional de filamentos sólidos interligados. Assim, a análise dos resultados de fluência nestes materiais compreende duas etapas: na primeira deve-se identificar o modo de deformação dos filamentos cerâmicos (macroestrutura) e na segunda, identificar o(s) mecanismo(s) de fluência da microestrutura através dos parâmetros n (expoente da tensão aplicada) e Q (energia de ativação do processo). Neste trabalho avaliou-se a fluência em filtros cerâmicos de Al2O3 de 10 ppi sob compressão de 0,034; 0,051 e 0,068 MPa às temperaturas de 1500, 1550 e 1600 ºC ao ar. De acordo com os resultados obtidos, supõe-se que o modo de deformação por flambagem dos filamentos paralelos a carga aplicada é um dos principais fatores que contribui para o aumento da taxa de deformação do filtro e, portanto, dos valores de n e Q. Além do modo de deformação dos filamentos, observou-se que o tipo de ensaio de fluência (com ou sem troca de carga) também influencia a determinação dos valores de n e Q.

The creep behavior of solid ceramics is strongly affected by the microstructure. Fundamentally, there are three microstructural features which influence the creep behavior: the mineral content, the flux content and the apparent porosity. Additionally, the creep of cellular ceramics also depends on their macrostructure constituted by a tridimensional array of struts. Therefore, the creep analysis of these materials should consist of two stages. Firstly, identification of the macrostructure deformation mode and secondly, determination of the stress exponent (n) and the activation energy (Q). In this work the analysis of creep under compression of 0.034; 0.051 and 0.068 MPa at 1500, 1550 and 1600 ºC in air was carried out in Al2O3 filters with 10 ppi. The results suggested that buckling of struts is an important factor to be considered, since it contributes to increase the deformation rate and, therefore, the values of n and Q. Besides the struts deformation mode, the way that the creep test is carried out (with or without load change) will influence the determination of n and Q values.

Neste trabalho avaliou-se o efeito das condições de processamento cerâmico na permeabilidade e resistência mecânica de filtros celulares. Esta avaliação compreendeu a fabricação e caracterização de filtros cerâmicos de 8 ppi (poros por polegada linear) no sistema Al2O3-SiC produzidos a partir de suspensões cerâmicas com diferentes ajustes granulométricos. O ajuste granulométrico tem por objetivo otimizar o empacotamento das partículas nos filamentos sólidos e, conseqüentemente, melhorar as propriedades mecânicas do filtro, porém sem comprometer a permeabilidade do mesmo. Neste estudo, a caracterização compreendeu tanto as propriedades reológicas das suspensões selecionadas bem como a caracterização física, fluidodinâmica e mecânica dos filtros obtidos.

The objective of this work was to evaluate the effect of processing parameters on the permeability and mechanical resistance of cellular ceramic filters. Analyses included processing and characterization of 8 ppi Al2O3-SiC filters produced from ceramic suspensions with different particle size distributions. The purpose was to optimize the particle packing in the solid struts and thus improve the mechanical properties of the filter without reducing its permeability. Characterization included evaluation of rheological properties of suspensions as well as measurements of porosity, permeability and mechanical resistance of the produced filters.

Tem sido crescente o uso de cerâmicas reticulares em processos de refino e purificação de metais fundidos, filtração de gases quentes e combustão catalítica. A aplicação depende da composição química e das propriedades físicas do material (número de poros por polegada linear (ppi), porosidade e diâmetro de poro). Há um consenso de que a melhoria das propriedades dos filamentos resulta em um melhor desempenho mecânico do filtro cerâmico. Entretanto, a análise dos valores de resistência mecânica não pode ser considerada isoladamente, uma vez que para filtros cerâmicos esta tem que estar associada à permeabilidade. Neste trabalho é feita uma análise entre as propriedades fluidodinâmicas e mecânicas de filtros cerâmicos no sistema Al2O3-SiC na faixa de 8 a 90 ppi. Os resultados obtidos permitem considerações tanto no aspecto do processamento cerâmico quanto no modelamento mecânico apresentado na literatura.

Reticulate ceramics have been increasingly employed in purification of gases, liquid metals and in catalytic processes. The application area usually depends on the chemical composition and the physical properties (porosity, pore size and pore counting (ppi)). In most cases, reticulate ceramics are submitted to compression loads at high temperatures, which makes the durability of these cellular materials be ultimately related to the mechanical quality of the struts. In filtration applications, it is also important the evaluation of fluid dynamic properties of the ceramic, specifically its permeability to fluid flow. In this work, a relationship between mechanical properties and permeability constants of Al2O3-SiC ceramic foam filters with 8 to 90 ppi is presented. Results were associated with the processing technique and with the mechanical modeling presented in the literature.