Resumo Esse trabalho objetivou produzir zircônia por síntese de combustão, analisar a estrutura e morfologia comparativamente com um ZrO2 monoclínico comercial e investigar a sulfatação, visando obter catalisadores ácidos para uso na esterificação do óleo de algodão para biodiesel. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), determinação de área de superfície específica pelo método de BET, espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise térmica (TG/DrTG/DTA), distribuição granulométrica, pH e cromatografia. A amostra sintetizada evidenciou a formação da fase majoritária monoclínica com traços da fase ortorrômbica, enquanto que a amostra comercial apresentou apenas a fase monoclínica. No processo de sulfatação, verificou-se o surgimento de traços da fase tetragonal, típico de zircônia sulfatada, com a permanência da fase majoritária monoclínica nas duas amostras. Com a impregnação do íon sulfato na superfície das amostras, foi possível observar um acréscimo no tamanho das partículas, conforme pôde ser observado nas caracterizações de BET, distribuição granulométrica e MEV, que também apontaram morfologia homogênea, constituída de partículas finas de formato aproximadamente esférico para ambas as amostras. A cromatografia indicou conversão de 65,5 e 91,8% em ésteres metílicos para as amostras de SO4 2-/ZrO2 sintetizada e comercial, respectivamente. Os resultados indicaram que a sulfatação aumentou a acidez, o que foi comprovado pelo decréscimo do pH que variou de 5,12 a 2,65, o que contribuiu significativamente para o aumento da conversão, indicando que o SO4 2-/ZrO2 é um catalisador promissor na esterificação.

Abstract This work aimed to produce zirconia by combustion synthesis, to analyze the structure and morphology comparatively with a commercial monoclinic ZrO2, as well as, to investigate the sulfation, aiming to obtain acid catalysts for its use in the esterification of cotton oil for biodiesel. The samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), specific surface area by BET method, infrared spectroscopy (FTIR), thermal analysis (TG/DrTG/DTA), granulometric distribution, pH and chromatography. The synthesized sample evidenced the formation of the monoclinic phase with traces of the orthorhombic phase, while in the commercial sample only the monoclinic phase was observed. In the sulfation process, traces of the tetragonal phase, typical of sulfated zirconia, were observed with the presence of the monoclinic phase in the two samples. With the impregnation of the sulfate ion on the surface of the samples, an increase in the particle size was observed, as seen in the characterization of BET, granulometric distribution and SEM, which also indicated a homogeneous morphology consisting of fine particles of approximately spherical shape for both samples. The chromatography indicated conversion of 65.5 and 91.8% in methyl esters to the synthesized and commercial SO4 2-/ZrO2, respectively. The results indicated that the sulfation increased the acidity, which was evidenced by the decrease in the pH, ranging from 5.12 to 2.65, which contributed significantly to the increase of the conversion, indicating that the SO4 2-/ZrO2 is a promising catalyst in the esterification.

Este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar pós de alumina-boretos, por moagem reativa, visando a obtenção de compósitos de misturas de fases de alta dureza. Os experimentos envolveram reações de aluminotermia ativadas por moagem de alta energia, tendo como precursores WO3, TiO2 ou Ti, B2O3 ou B e Al. O alumínio metálico atua como agente redutor para obter misturas de alumina com boretos de titânio e de tungstênio. As reações obtidas foram do tipo auto-propagante, com tempos curtos de moagem até a ignição (2 a 15 min). O tempo de ignição das reações foi monitorado por infravermelho e os produtos das reações foram mantidos sob moagem para obter partículas nanométricas. Os pós obtidos foram caracterizados por difração de raios X e determinação da densidade real e prensados para obter corpos de prova em forma de discos após sinterização a 1700 °C sob alto vácuo. Esses foram caracterizados por densidade aparente, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os pós resultantes da moagem de alta energia mostraram completa transformação dos reagentes, formando pós com composições do sistema Al2O3 - (WB/W2B/WB2/W2B5) - TiB2. Dependendo da reação de síntese, os pós obtidos apresentaram diferentes comportamentos durante a sinterização: pós que densificaram até porosidade aparente próxima de zero e pós que não densificaram, resultando em porosidade aparente em torno de 30%.

This study aimed to synthesize and characterize alumina-boride powders by reactive milling to obtain composite of mixtures of high hardness phases. The experiment involved aluminothermic reactions activated by high energy milling of WO3 , TiO2 , or Ti , B2O3 or B and aluminum powder, as precursors. Aluminum is the reducing agent to obtain a mixing of alumina with titanium and tungsten borides. The reactions were of the self - propagating type, with short milling times until the ignition (between 2-15 min). The ignition time of the reactions was monitored by infrared and the reaction products were kept under additional milling time to obtain nanometric particles. The powders were characterized by X-ray diffraction and measurement of density. Specimens pressed in form of discs and sintered at 1700 °C under high vacuum were characterized by apparent density, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results showed complete conversion of the reactants forming multiphase powders of the system Al2O3 - (WB/W2B/WB2/W2B5) - TiB2. Depending on the synthesis reaction, the powder presented different behavior during sintering: powders that densify to approximately zero porosity and powders that do not densify, with final apparent porosity of about 30%.

O estudo trata do projeto, fabricação e validação de um banco de ensaio de desgaste do tipo pin-on-disc. Estudos de atrito e desgaste de deslizamento de cerâmicas geralmente tem utilizado equipamentos do tipo pin-on-disc. Este tipo de equipamento tem sido referenciado como um dos que melhor representa o estudo de desgaste e que apresenta melhor reprodutibilidade dos resultados em diversos laboratórios. O presente trabalho, no cumprimento da normalização vigente e no atendimento de interesses dos diversos usuários, pesquisadores ou técnicos, objetiva o projeto e a fabricação de banco de ensaio de desgaste do tipo pin-on-disc para ensaio de amostras com variadas dimensões obtidas por diversas técnicas de manufatura. As premissas do projeto visam um equipamento que garanta a manutenção do torque e velocidade de deslizamento ao longo do experimento, calibragem da carga no próprio equipamento, medição de coeficiente de atrito ao longo do ensaio, possibilidade de ensaio à seco ou com fluídos e amortecimento das vibrações. Um protótipo compacto foi construído e validado no desgaste do par tribológico de alumina. Foi obtido um equipamento de fabricação accessível e reprodutível baseado em acionamento por servo motor, mesa de granito sintético, suspensão por coxins para amortecimento das vibrações e contínua medição de força de atrito durante o experimento. Para analise de validação foi aplicada carga de 30 N e velocidade de deslizamento de 0,5 m/s obtendo taxa de desgaste média de 15x10-6 mm³/N.m e volume de desgaste de 1,2 mm³ após 4000 m de deslizamento gerando força de atrito média de 23 N, resultados estes compatíveis com ensaios similares.

This study presents the design, manufacture and validation of pin-on-disc bench for wear. For studies of sliding friction and wear of ceramics is generally applied pin-on-disc apparatus. This type of equipment has been referred the best one is the study of wear and shows better reproducibility of results in different laboratories. This work, in compliance with current standards and care of interests of different users, researchers and technicians, objective the design and manufacturing of a pin-on-disc bench for testing of samples with varied dimensions and obtained by different manufacturing techniques. The entrances of project providing for the maintenance of the sliding velocity and torque during the experiment, calibration of load on the equipment, measuring coefficient of friction during running, possibility of wet or dry test and damping vibrations. A compact prototype was built and validated with wear of tribologic alumina samples pair. Affordable and reproducible equipment was obtained based on: driven by servo motor, synthetic granite table and suspension pads for vibration dampening and continuous measurement of frictional force during the experiment. For the validation was applied alumina tribologic pair, load at 30 N, and sliding velocity at 0.5 m/s. The maim results was wear rate as 15x10-6mm3/N.m and wear volume as 1.2 mm3after 4000m of sliding, the friction force was an average 23 N, these results are consistent with similar studies.

A presença de aglomerados em pós cerâmicos é fonte conhecida de heterogeneidade e defeitos nos produtos finais, uma vez que na etapa de sinterização ocorre densificação diferencial dos aglomerados. Assim, o controle de todas as etapas do processamento para obtenção de corpos cerâmicos livres de aglomerados e com microestrutura homogênea é de fundamental importância. Neste trabalho foram avaliadas as condições mais adequadas para reduzir a presença de agregados proveniente da etapa de moagem de alta energia, bem como o controle da etapa de secagem para a obtenção de uma microestrutura com tamanho de grãos pequenos e distribuição homogênea das partículas de inclusões no interior da matriz.

Agglomerates in ceramic powders often cause heterogeneities and defects in the final ceramic product, due to differential densification of the agglomerates during the sintering stage. Hence, control of the processing steps is important to form ceramic bodies without agglomerates and with a homogeneous microstructure. In this study, the processing conditions to reduce aggregate formation during high-energy milling and control of the powder drying step were evaluated to attain a microstructure consisting of small grains and a homogeneous distribution of TiC inclusions in the matrix.

O nanocompósito (alumina-carbeto de silício) vem sendo estudado extensivamente em função do resultados promissores encontrados quanto a propriedades mecâncias. Usualmente o processamento desse material envolve um alto custo, pois para a obtenção de materiais densos é necessária a utilização de prensagem a quente. Uma alternativa mais recente para a sinterização de cerâmicas nanocristalinas é a sinterização por plasma (Spark Plasma Sintering - SPS). Nesse trabalho, pós de alumina contendo 5%vol de inclusões de SiC foram sinterizados por SPS em temperaturas variando de 1500 a 1600 °C usando diferentes tempos de patamar. Os corpos de prova foram analisados por meio da determinação da densidade aparente, microscopia eletrônica de varredura e microdureza Vickers. Os resultados mostraram que as melhores condições para a obtenção de uma microestrutura com tamanho de grãos próximos ao tamanho das partículas do pó inicial foi com temperatura de 1500 °C e tempo de patamar 7 min.

(Alumina-silicon carbide) nanocomposite has been extensivelly studied due to its promising results regarding its mechanical properties. The processing of this material usually involves high cost, once the use of hot pressing is necessary for obtaining dense materials. A more recent alternative for sintering nanocrystalline ceramics is the Spark Plasma Sintering - SPS. In this work alumina powders with 5%vol SiC inclusions were sintered using the SPS method at temperatures varying from 1500 to 1600 °C, using different holding times. The effect of temperature and hold time on density and microstructure was investigated. The best results in microestucture and microhardness measurements were shown at 1500 °C and time of landing of 7 min.

Os compósitos de Al2O3/ZrO2 são indicados para desempenhar funções estruturais dentro do organismo em decorrência de suas qualidades mecânicas, podendo ser otimizados mediante a obtenção de uma camada de material bioativo. O método biomimético propõe a obtenção dessa camada mediante a utilização de solução sintética que simula o plasma sanguíneo. Porém, isso não impede que a presença desses materiais no corpo interfira no mecanismo de defesa, além de influenciar nas doses de antibióticos necessárias. Uma maneira de prevenção e tratamento de infecções microbianas é a utilização de sais de prata, neste caso sendo incorporados juntamente com a camada usada. O presente trabalho otimizou o processamento de compósito ZTA (alumina tenacificada por zircônia ) e da obtenção da camada com características bioativas e bactericidas. O método de produção, bem como de recobrimento dos compósitos, foram eficientes nas condições estudadas e a morfologia da camada bioativa sofreu alteração quando imersa na solução de AgNO3, apresentando a formação de fosfato de prata.

Al2O3/ZrO2 composites are indicated to play structural functions inside the organism due to their mechanical qualities, being able to be optimized by means of the attainment of a layer of bioactive material. The biomimetic method considers the attainment of this layer using a synthetic solution that simulates the body fluid. However, this does not prevent that these materials in the body interfere with the defense mechanism, besides influence in the necessary doses of antibiotics. A way of prevention and treatment of bacterial infections is the use of silver salts, in this case being incorporated to the coating. The present work optimized the processing of zirconia-toughened alumina (ZTA) composites with bioactive and bacterial characteristics. The production method, as well as the implant coatings, had been efficient in the studied conditions and the morphology of the bioactive layer on the composite suffered alteration when immersed in the AgNO3 solution, with the formation of silver phosphate.

Uma alternativa mais recente para a sinterização de cerâmicas nanocristalinas é a sinterização por plasma (Spark Plasma Sintering - SPS). Esse processo permite a utilização de temperaturas mais baixas e tempos muito menores, comparado com a sinterização convencional, produzindo alta densificação com pequeno crescimento de grãos. Nesse trabalho pós de alumina contendo 5%vol de inclusões de zircônia nanométrica foram sinterizados utilizando o método SPS em temperaturas variando de 1250 a 1400 ºC, com diferentes tempos de patamar, visando a obtenção de materiais densos e com microestrutura nanométrica. Os corpos de prova obtidos foram analisados através da determinação da densidade aparente, microscopia eletrônica de varredura e microdureza Vickers. Os resultados mostraram o efeito das diferentes condições de sinterização na microestrutura, sendo que as melhores condições foram obtidas usando uma temperatura de 1300 ºC e tempo de patamar de 2 min, condições estas que possibilitaram a obtenção de amostras com microestrutura refinada com tamanho de grão próximos ao tamanho das partículas do pó inicial e valores de microdureza de aproximadamente 22 GPa.

A recent alternative to sintering nanometric ceramics is Spark Plasma Sintering - SPS. This process permits the sintering at lower temperatures and short times producing materials with density near the theoretical density with small grain sizes. In this work alumina powder with well dispersed 5%vol addition of nanometric zirconia inclusions were obtained and sintered using SPS method by heating to temperatures ranging from 1250 to 1400 ºC and different holding times were applied to determine the best condition for obtaining dense material with minimal grain growth. The samples were characterized by apparent density measurement, high-resolution SEM, and microhardness. The results show microstructural evolution for different sintering temperatures and holding times and the effect of inclusions on the alumina matrix grain growth, which is related to the results of densification under SPS conditions. Using the SPS method it was possible to obtain samples with full density at 1300 ºC and holding time of 2 min with homogeneous microstructure, and microhardness near 22 GPa.

Sistemas de materiais nanoestruturados são mais comumente definidos como aqueles que contêm pelo menos uma característica microestrutural com dimensões nanométricas (até 150 nm). O interesse em nanocompósitos de matriz cerâmica está associado à melhoria nas propriedades mecânicas e ao desgaste. Dispersões de pequenas quantidades de inclusões de zircônia nanométrica em corpo cerâmico de matriz de alumina, propiciam pelo menos um efeito benéfico: inibir o crescimento de grãos durante a sinterização. Um problema enfrentado para essa dispersão é decorrente da tendência das partículas nanométricas formarem aglomerados. Neste trabalho foram utilizados dois procedimentos distintos de dispersão da zircônia na matriz de alumina. A zircônia foi adicionada nas proporções volumétricas de 1%, 3% e 5%. Amostras foram conformadas por prensagem uniaxial seguida de prensagem isostática. Após sinterização, foi determinada a densidade aparente e realizada a caracterização microestrutural das amostras. Os resultados mostram significativa diferença na dispersão das nanopartículas de ZrO2 resultante dos dois procedimentos empregados, sendo que a melhor dispersão aumenta o efeito de refino na microestrutura e permite a obtenção de maior densificação pelo processo de sinterização sem aplicação de pressão.

Nanostructured materials systems have at least one microstructural characteristic with nanometric dimensions (up to 150 nm). The interest on nanocomposites with ceramic matrix can be associated to the improvement of mechanical properties and wear resistance. Dispersion of the small quantities of zirconia provides at least one benefit: the inhibition of grain growth during sintering. One problem related to the dispersion process is the tendency of powder agglomeration. In this work different dispersion procedures of nanometric powders of zirconia in the alumina matrix were investigated. These powders were dispersed (1, 3 and 5% vol) in an alumina matrix. The samples obtained were uniaxial and isostatic pressed, sintered and characterized by measurements of their physical and microstructural properties. The results showed that the improved dispersion of the zirconia particles leads a refinement of the microstructure and densification upon pressureless sintering.