Abstract The present work aimed at evaluating the microstructures and mechanical properties of spark plasma sintered WC-6 wt% Co ceramic composites doped with boron (0.2 and 0.5 wt%). W-50 at% C (W-6.13 wt% C) powders produced under different milling times (20, 60, 180, and 600 min) were used as starting materials and subsequently mixed with Co (6 wt%) and B (0.2 or 0.5 wt%) powders for 5 min. The resultant WC-Co-B powder mixtures were consolidated by spark plasma sintering at 1450 °C for 10 min at 40 MPa under vacuum in order to obtain the samples with 10 mm diameter and 3 mm thickness. The starting powders and the sintered samples were characterized by laser diffraction particle size analysis, X-ray diffraction with Rietveld refinement, relative density, scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometry, Vickers hardness test, and diametral compression test. Supersaturated W solid solution (WSS) with a crystallite size of <50 nm was formed in W-50C (at%) powder mixtures. The relative density of the sintered composites increased with the increasing milling time up to 180 min from 79.7%±0.6% to 86.7%±0.5% for WC-6Co-0.2B and from 86.7%±0.6% to 90.9%±0.4% for WC-6Co-0.5B. Furthermore, the WC phase appeared as the matrix in the sintered samples, and W2CoB2 precipitated homogeneously around WC grain boundaries, mainly to those containing 0.5% B. The Vickers hardness values of the sintered WC-6Co-0.2B and WC-6Co-0.5B ranged from 1790±39 to 2158±25 HV and 1858±31 to 2182±28 HV, respectively. The fracture strength (determined by diametral compression test) varied between 144-353 MPa due to the porosity and precipitates in thin-thickness cylinder samples.

Pastilhas PDC (polycrystalline diamond compact) são compósitos diamantados, onde o suporte de metal duro (WC/Co) absorve a energia de impacto sofrida pela camada diamantada, aumentando a vida útil da ferramenta. A pastilha é formada através da compactação e sinterização de pós de diamante com materiais ligantes (cobalto) utilizando técnicas de alta pressão e alta temperatura (HPHT). Esta ferramenta é utilizada para corte e usinagem, e em perfuração de poços de óleo e gás (brocas). Face à questão estratégica industrial, poucos estudos foram publicados sobre o processamento e caracterização destas ferramentas. Neste tocante, este trabalho visa o estudo da influência de alguns parâmetros de corte no desgaste dos cortadores PDC, simulando a situação de corte, quais sejam: forças sobre o cortador, temperatura na zona de corte, rotação da mesa de granito e ângulo de corte. Correlacionando estes parâmetros, descobrem-se quais deles influenciam mais no desgaste das pastilhas. Os ensaios foram realizados em um simulador físico de corte e abrasão que forneceu os resultados para análise. No presente estudo, a condição de corte que propiciou melhores resultados, foi 15kgf/30rpm/10º, onde se obteveram-se os menores valores de desgaste - 0,00002g.

PCD bits (poly-crystalline diamond) are composites in which the hardmetal (WC/Co) base absorbs the impact loading, thus increasing the PCD lifetime. The bit is processed by the high pressure - high temperature sintering (HPHT) of a mixture monocrystalline of diamond powders with a binder phase, usually cobalt (Co). This tool is used in cutting and grinding operations, as well as in oil and gas holes drilling. This work deals with the study of the influence of some cutting parameters on the PCD bit's wear, simulating the real drilling operation in a cutting and abrasion physical simulator, wich are: loads on the bits, cutting edge temperature, granite base rotation, and bit cutting angles. In this work, the smoothest wear condition was 15kgf/30rpm/10º - 0.00002g.

O presente trabalho desenvolve o processamento e ensaios abrasivos de compósitos a base do sistema epóxi-sílica (SiO2 na forma quartzo), e avaliação da possibilidade de sua aplicação tecnológica nas coroas de polimento de rochas ornamentais, normalmente feitas a base do compósito cimento magnesiano (SOREL)-SiC. Neste sentido, foram produzidos compósitos nas estequiometrias epóxi - (70-75-80-85-90) % em peso SiO2, via mistura e posterior cura, mediante emprego de catalisador. Os compósitos foram submetidos a testes de desgaste, simulando uma situação de polimento de rochas ornamentais. Confrontando os resultados obtidos para os compósitos produzidos com os do compósito cimento magnesiano (SOREL) - SiC das coroas comerciais, observa-se a viabilidade técnica do uso deste novo compósito (epóxi-SiO2) na indústria de rochas ornamentais.

This work deals with the processing and abrasive tests in epoxy - Silica composites, and the evaluation of the possibility of their technological application in dimension stones polishing crowns - commonly made of magnesian mortar (named SOREL) - SiC.. In this sense the composites were processed at the compositions epoxy - (70-75-80-85-90) weight % SiO2, by mixing and curing. The composites were submitted to wear tests, simulating a dimension stone polishing operation. Comparing the results obtained from the processed composites with those from the SOREL-SiC - commercial crowns, it was observed the technical feasibility of using the polyester-SiC composite in the dimension stone industry.

Os Fios Diamantados são ferramentas de corte aplicadas ao desmonte de rochas ornamentais, bem como a cortes de blocos de concreto, e podem ser utilizadas em substituição a serras em geral. Estas ferramentas são compostas de um fio alma (aço inoxidável), sobre o qual são dispostos segmentos anulares diamantados (pérolas diamantadas) igualmente espaçadas. Em geral, as pérolas de fios diamantados são processadas através das técnicas da Metalurgia do Pó, onde se produz compósitos tendo como partícula abrasiva o diamante, e normalmente um ligante metálico para aderir os diamantes. As pérolas diamantadas do presente trabalho foram produzidas via Metalurgia do Pó convencional, utilizando como matriz metálica ligante uma liga de Fe-20%pCu, com adição de 1% em peso de SiC. Foram feitas análises de retração/inchaço e microestrutural após a sinterização, testes de dureza Brinell, e foram medidas as resistências ao desgaste das pérolas aqui produzidas em confronto com as pérolas comerciais importadas. Os resultados mostram que conseguiu-se processar pérolas de mesmo desempenho das pérolas comerciais importadas.

Diamond wires are cutting tools used in the slabbing of ornamental stones, such as marbles and granites, as well as in the cutting of concrete structures. This kind of tool consists of an AISI 316 stainless cable on which annular diamond segments (beads) are set up with a regular gap between them. Normally, diamond wire beads are processed following Powder Metallurgy techniques (MP), which enables the processing of composites with metal matrix diamond embbedded. The beads of the present work, had been produced by conventional Powder Metallurgy, using Fe-20wt%Cu alloy with addition of 1wt% of SiC as the matrix metallic bond. It was carried out shrinkage/swelling and microstructural analyses after sintering, Brinell hardness measurements, as well as the abrasion resistance of beads produced here in confrontation with that imported ones. The results indicate that it was achieved, besides generating technology in terms of diamond tools manufacture, to process beads with similar abrasion resistance and performance than those of the commercial diamond beads, what suggests a reduction in the production cost and it proves to be possible the nationalization of such technology.

Os materiais compósitos à base de metal duro (matriz) e nitreto cúbico de boro (cBN) ainda são raramente utilizados em aplicações de tecnologias industriais. Apesar de possuir propriedades físicas similares as do diamante, o cBN possui a característica inconveniente de reagir com o material da matriz durante seu processo de obtenção, feita através da sinterização. Uma maneira de eliminar este efeito negativo é aplicar altas pressões (até 9,0 GPa) durante o processo de sinterização. Em experimentos realizados, misturas de pó de metal duro (WC15%Co) e cBN (16% do volume) foram submetidas a altas pressões, entre 6,0 e 7,0 GPa, e a altas temperaturas, entre 1200 e 1400º C, durante 40 s. Depois de realizada a sinterização, a amostra que apresentou melhores resultados possuía densidade de 14,81 g/cm3, dureza Knoop média de 20,8 GPa, limite de compressão médio de 5,2 GPa, e desgaste na razão de 0,21 g a cada 5 min.

"Hard metal - cubic boron nitride (cBN)" composite materials are rarely used in industrial applications. Although its physical properties are similar to diamond, cBN has the inconvenience of reacting with hard metal during the sintering process. A way to eliminate this negative effect is to apply high pressures (up to 9,0 GPa) during the sintering process. In the experiments, hard metal (WC+15%Co) and cBN (16% of the volume) powder mixtures had been submitted to high pressures about 6,0 and 7,0 GPa, and temperatures from 1200 to 1400º C, for 40 seconds. After the sintering processes, the sample that showed the best result had density of 14,81 g/cm3, Knoop hardness of 20,8 GPa, compression limit of 5,2 GPa, and a wear of 0,21 g per each 5 min of use.

O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento termo-mecânico de adesivos usados em juntas coladas de tubos de plástico reforçado com fibras de vidro (PRFV). Inicialmente usados em instalações de dessalinização e tratamento de efluentes, hoje são aplicados na indústria do petróleo, tanto em plataformas de perfuração quanto de produção, devido à necessidade do uso de materiais mais leves e com alta resistência à corrosão. Destaca-se que no Brasil estas tubulações estão submetidas a temperaturas de serviço da ordem 85ºC, com transientes térmicos de até 115ºC, enquanto as demais aplicações destes tubos são projetadas para operar à temperatura ambiente. O adesivo foi avaliado por meio de ensaios uniaxiais de tração realizados às temperaturas de 25, 55, 85 e 115ºC, tendo sido determinado a tensão de escoamento, a tensão de ruptura, a deformação associada a estas tensões e o módulo de elasticidade. Os resultados obtidos mostram que, com o aumento da temperatura, há uma elevada queda na tensão de escoamento, na tensão de ruptura e no módulo de elasticidade do adesivo, ao mesmo tempo em que aumenta a deformação associada a estas tensões. Pode-se também concluir que o adesivo opera com segurança até a temperatura de 55ºC. Acima desta temperatura as juntas produzidas com este adesivo estariam sujeitas a falhas como o aparecimento de trincas e deformação excessiva, o que pode vir a trazer como conseqüência o colapso da estrutura.

This work has as objective to evaluate the thermo-mechanical behavior of adhesives used in bonded joints of pipes made of glass fiber reinforced plastics (GFRP). These bonded pipes, initially used in desalinization and effluent treatments installations, today are applied in the oil industry, both in oil drilling and production platforms, due to the necessity of lighter and higher corrosion resistance materials. It must be pointed out that in Brazil these pipes are submitted at service temperature of approximately 85ºC, with thermal transient until 115ºC, while other applications of these pipes are designed to work at room temperature. So, the adhesive was evaluated by means of uniaxial tensile tests carried out at temperatures of 25, 55, 85 e 115ºC, and there were determined the yield tension, the rupture tension, the elasticity modulus in the deformation associated to theses tensions. The obtained results show that, with the increase of the temperature, there is a high drop in the yield tension, the rupture tension and the elasticity modulus of the adhesive, while deformation associated to theses tensions significantly increase. It was possible to conclude that the adhesive operates with security until the temperature of 55ºC. Above this temperature the bonded joints produced with this adhesive would be subjected to fails.

Coroas abrasivas são ferramentas de desbaste e polimento utilizadas no beneficiamento de pedras ornamentais, tais como mármore e granito, com o objetivo de promover acabamento final.Foram preparadas uma série de coroas a base de poliéster com 85, 80 e 75% (em peso) de sílica. Após a mistura da sílica abrasiva com a matriz de poliéster, procedeu-se a posterior cura em moldes com o formato das coroas industriais. Os testes finais foram feitos a nível industrial em empresa do ramo, os quais foram acompanhados via medidas de rugosidade do material trabalhado. A partir da diminuição nas dimensões da coroas abrasivas, e perda de massa, mediu-se o desgaste. Os resultados mostraram que as coroas abrasivas de sílica (quartzo) embebidas em poliéster, podem ser utilizadas como ferramentas abrasivas comerciais, resultando em um produto alternativo, de baixo custo e de qualidade satisfatória, quando comparadas às coroas comerciais de SiC-Sorel.

Abrasive crowns are grinding (thinning) and polishing tools used on ornamental rock preparation, like marble and granite, with the objective of promoting a good finish. A series of crowns were prepared using polyester with 85, 80 and 75% (in weight) of silica in the form of quartz, cured in moulds in the shape of industrial crowns. The final tests were made using the industrial facilities of a company specializing in ornamental rock production. Measurements of the surface roughness were performed. The wearing performance of the abrasive crowns was assessed by measuring the reduction in its dimensions. The results showed that the silica (quartz) embedded in polyester crowns can be used as commercial abrasive tools resulting in an alternative product of satisfactory quality. The silica-polyester crowns presented a smaller weight loss than commercially available crowns, resulting in a longer useful life of the tool while providing a similar surface quality in the case of the 85% silica crowns.

A zircônia (ZrO2) tem mostrado grande destaque entre as cerâmicas avançadas, atraindo muito o interesse de pesquisadores em seus vários campos de atuação. A zircônia apresenta elevada resistência quando na fase tetragonal, mas a fase estável a temperatura ambiente é a monoclínica, sendo necessário o uso de estabilizantes para a fase tetragonal. Neste trabalho propomos a sinterização rápida da zircônia parcialmente estabilizada com óxidos de terras raras (ZrO2-OTR), mediante o emprego da alta pressão de 5 GPa. As condições de sinterização realizadas neste trabalho são inovadoras, haja visto que utilizou-se de tecnologia alternativa para processar a ZrO2-OTR, chamada de altas temperaturas e altas pressões (HPHT). Foi utilizada uma pressão de 5 GPa, temperaturas de 1100, 1200 e 1300 ºC nos tempos de 2 e 5 min. O melhor resultado foi obtido nas amostras sinterizadas a 5 GPa/1300 ºC/5 min, onde apresentaram microdureza média de 488,73 kgf/mm², para uma tenacidade à fratura de 5,33 MPa.m½, as quais apresentaram densidade da ordem de 97,88% da teórica, e 88% em volume de fase tetragonal retida à temperatura ambiente.

Zirconia (ZrO2) has shown great projection among the advanced ceramics, attracting the interest of researchers in its various fields of application. Tetragonal zirconia presents high mechanical strength, but the room temperature stable phase is the monoclinic, being necessary the use of stabilizers for obtaining the tetragonal phase. In this work the rapid sintering of zirconia partially stabilized with rare earth oxides (ZrO2-OTR), via 5 GPa high pressure is proposed. The sintering conditions employed in this work are innovative, due to the use of an alternative technology to process ZrO2-OTR, so called high temperature - high pressure (HPHT). A pressure of 5 GPa and temperatures of 1100, 1200 and 1300 ºC for times of 2 and 5 min were used. The best results were obtained for samples sintered at 5 GPa at 1300 ºC/5 min., where a micro-hardness of 488,73 kgf/mm², a fracture toughness of 5,33 MPa.m½, a density of 97,88%, and a 88vol.% of tetragonal phase retained at room temperature were achieved.

Os micropós de diamante de granulometria 40/28 mm foram sinterizados nas condições de alta pressão, de 6,0 a 8,0 GPa, e temperaturas de 1600 ºC a 1800 ºC. Com o objetivo da obtenção de policristais compactos de resistência mecânica determinada. Os experimentos foram realizados nos dispositivos de alta pressão do tipo bigorna com concavidade toroidal, em tempos variáveis de até 80 s. Foram obtidos compactos com diâmetro de 4,5 mm e altura de 5,0 mm. Foram determinadas as dependências entre a densidade dos policristais e tempo de duração do processo de sinterização sob três temperaturas. Estudou-se a cinética de grafitização dos grãos dos compactos sob a ação das altas pressões e temperaturas. Foi concluído que além de mecanismos de consolidação já estabelecidos, atua também o mecanismo de cisalhamento parcial.

Diamond micro-powders of 28/20 mm mean particle size were sintered under conditions of high pressure of 6.0 and 7.0 GPa at temperatures from 1600 to 1800 ºC during various sintering times until 80 s, aiming to obtain polycrystalline compacts with required strength. The experiments were carried out by using an anvil type high pressure device with toroidal concavity. It was obtained samples with 4.5 mm diameter and 5.0 mm height. It was plotted the polycrystalline diamonds density dependency as a function of the process duration under the above mentioned sintering conditions. Another objective was the study of the graphitization kinetics of diamonds under the action of the sintering parameters. It was concluded that over the established consolidation mechanisms, also acts the partial shear mechanism.

O presente trabalho mostra os resultados de um estudo sobre as características físico-químicas e morfológicas de uma amostra de material compósito diatomáceo obtida de uma lagoa de água doce (Campos dos Goytacazes-RJ). Este material foi selecionado de modo que suas características com respeito a morfologia, composição química, difração de raios X, análise térmica, análise de tamanho de partícula e superfície específica pudessem ser estudadas. Os resultados revelaram uma morfologia tubular para o material diatomáceo. Este material é constituído basicamente por sílica e caulinita, bem como apresenta um tamanho de frústula acima de 15 mim. Os resultados obtidos indicam que o material diatomáceo tem potencial para aproveitamento para beneficiamento.

The present work focuses on the morphological and physical-chemical characteristics of a diatomaceous composite material sample obtained of a fresh-water pond. This material was selected so that its characteristics regarding morphology, chemical composition, X-ray diffraction, thermal analysis, particle size analysis and specific surface could be studied. It was found tubular morphology for the diatomaceous composite material. In addition, it is constituted basically by silica and kaolinite, as well as presents a diatomaceous earth size above 15 mum. The obtained results suggest also that the diatomaceous material has potentiality to be employed for processing.