Foram estudados os efeitos da adição de polímero precursor na sinterização, microestrutura e dureza da alumina. O polímero inorgânico polifenilmetilvinilhidrogenosilsesquioxano (PPS) foi utilizado como aditivo em cerâmicas de alumina sinterizadas a 1650 ºC. Os materiais sinterizados foram caracterizados por dilatometria, determinando-se a densidade aparente por picnometria de hélio, pela análise de carbono total, por difração de raios X, por microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de energia dispersiva de raios X e por análise de indentação Vickers para determinação de dureza e tenacidade a fratura. Foram obtidas fases heterogêneas de Si2Al4O4N4 nas amostras com PPS. Dentre as amostras analisadas, a que contém 5% de PPS apresentou dureza e tenacidade à fratura superiores à da alumina pura. A preparação de compósitos cerâmicos com pequenas quantidades de polímero precursor mostrou-se um processo adequado para cerâmicas à base de alumina, sendo uma rota simples de conformação com grande potencial para a obtenção de peças com geometria complexa.

The effects of the addition of precursor polymer on sintering, microstructure and hardness of alumina ceramics were studied. The linear shrinkage of cold-pressed specimens was studied by dilatometry. Polyphenylmethylvinylhidrogensilsesquioxane (PPS) polymer sintering aid was used for alumina based ceramics sintered at 1650 ºC. The sintered materials were characterized by determination of apparent density by helium picnometry, by evaluation of total carbon content, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry, and by Vickers indentation analysis for determining hardness and fracture toughness. Heterogeneous Si2Al4O4 phases were obtained in specimens with PPS. The specimens with 5% of PPS presented hardness and toughness greater than the obtained for pure alumina. The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers shows a suitable process for alumina-based ceramics, a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

O carbeto de silício (SiC) é utilizado como material estrutural devido à boa combinação de propriedades, como altas resistências ao desgaste, ao choque térmico e à oxidação. Cerâmicas à base de SiC foram obtidas com aditivos poliméricos polimetilhidrogenossiloxano, polimetilhidrogenossiloxano com D4Vi e, como aditivos de sinterização, alumina (Al2O3, 4% em peso) e ítria (Y2O3, 4% em peso). Após obtenção das composições, foi feita cura, pirólise (500 ºC e 900 ºC/1 h) e sinterização dos materiais compactados (1850 ºC e 1950 ºC/1 h, sob Ar). A maior densidade obtida foi 3,0 g/cm³ para as amostras pirolisadas a 900 ºC/1 h e sinterizadas a 1950 ºC/1 h. Foram avaliados os efeitos dos aditivos poliméricos na microestrutura e na dureza das cerâmicas. A obtenção de compósitos cerâmicos utilizando pequenas adições de polímeros precursores cerâmicos mostrou-se viável para materiais à base de SiC, apesar da alta perda de massa. É uma rota simples de conformação, com grande potencial para a fabricação de peças com geometria complexa.

SiC structural materials present good properties such as high resistance to wear and to oxidation and high thermal shock resistance. Al2O3 (4wt.%), Y2O3 (4wt.%), polymetylhydrogensiloxane and polymetylhydrogensiloxane with D4Vi were the sintering aids for SiC. The processing procedures were material cure, pyrolysis (500 ºC and 900 ºC/1 h) and sintering (1850 ºC and 1950 ºC/1 h, Ar). Silicon carbide based ceramics with polymer sintering aids achieved 3.0 g/cm³ density after pyrolysis at 900 ºC/1 h and sintering at 1950 ºC/1 h. The effects of the addition of precursor polymers on microstructure and hardness of silicon carbide ceramics were studied. The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers shows a suitable process for SiC-based ceramics, even with high mass loss. It is a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

A busca por melhores propriedades mecânicas e maior confiabilidade de cerâmicas à base de Si3N4 faz com que seus compósitos sejam desenvolvidos e intensivamente estudados. A maioria das pesquisas realizadas foca as interações e propriedades mecânicas obtidas, mas interações químicas entre as fases foram pouco estudadas. O objetivo deste trabalho é estudar as interações químicas que ocorrem durante a sinterização do compósito Si3N4-20%vol. TiC. A cinética de sinterização foi estudada por dilatometria, com patamar a 1750 °C/1 h em atmosfera dinâmica de N2. Os resultados de dilatometria indicam alterações na cinética de sinterização, quando comparado ao Si3N4 monolítico. Para avaliar as fases que se formam em temperaturas intermediárias, os compósitos foram tratados termicamente entre 1400 °C e 1850 °C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X. Foi observada a formação da solução sólida TiCN e da fase SiC.

During the last years much attention was given towards the better properties and reliability of Si3N4 based composites. Most of the research focus on the improvement of the mechanical properties but not on the chemical interaction between the phases of the composite. The purpose of this work is to study the chemical interactions between Si3N4 and TiC during the sintering process. The kinetics of sintering was studied by means of dilatometry, at 1750 °C/1 h in a dynamic atmosphere of N2. Thermal treatments were carried out in the temperature range 1400 - 1850 °C to analyze the reactions. The phases were determined by X-ray diffraction. Alterations on the sintering kinetics due to the presence of the second phase were observed. These alterations must be related to the formation of the TiCN solid solution and SiC, observed in X-ray diffraction.

A técnica de processamento de colagem por fita (tape casting) tem sido amplamente utilizada na obtenção de cerâmicas para diferentes aplicações: substratos cerâmicos e estruturas planares em multicamadas para circuitos integrados e capacitores; eletrólitos sólidos para células a combustível e sensores; cerâmicas piezoelétricas para atuadores e transdutores; membranas de separação para micro-filtragem; compósitos estruturais e trocadores de calor. Neste trabalho, a técnica convencional de colagem por fita foi adaptada com a utilização do processo de pirólise controlada de misturas de polímeros e carga, empregando-se polissiloxanos e cargas de silício e alumina nas suspensões. Foram preparadas suspensões com 60% vol. de fase polimérica (polissiloxanos e metil-trietoxi-silano) e 40% vol. de carga (Si e Al2O3), com diferentes concentrações dos polímeros e das cargas. As amostras na forma de substratos foram pirolisadas em atmosfera de nitrogênio a 1400 °C/2 h e 1500 °C/2 h, sendo convertidas em materiais cerâmicos no sistema Si-Al-O-N-C. O processo de pirólise foi caracterizado até a temperatura de 1000 ºC por análise termogravimétrica. As cerâmicas foram caracterizadas quanto às fases formadas, microestrutura, massa específica aparente e condutividade térmica. Os substratos cerâmicos apresentaram porosidade relativamente alta (entre 12 e 22%) e baixa condutividade térmica (entre 3 e 8 W/m.K), sendo constituídos por fases cristalinas de beta-SiC, Si2ON2, O'-SiAlON, Al2O3, mulita e fase amorfa de SiOC; o Si foi observado nas amostras pirolisadas a 1400 ºC.

The tape casting technique has been widely used to prepare ceramic tapes for different applications: ceramic substrates and multilayer planar structures for integrated circuits and capacitors, solid electrolytes for fuel cells and sensors, piezoelectric ceramics for actuators and transducers, membrane systems for micro-filtration, structural composites and heat exchanger. In this work the conventional tape casting technique was adapted to utilize the active filler controlled polymer pyrolysis process making use of polyssiloxanes and fillers in the initial suspension. Suspensions were prepared with 60 vol. % of polymeric phase (polyssiloxanes and methyl-trietoxy-silane) and 40 vol. % of fillers (Si and Al2O3) with different contents of polymer and fillers. The cured tapes were pyrolysed In nitrogen atmosphere at 1400 ºC/2 h and 1500 ºC/2 h, converting the material to ceramic tapes in the Si-Al-O-N-C system. The pyrolysis process was characterized by thermogravimetry up to 1000 ºC and pyrolyzed tapes were characterized according to phase formation, microstructure, density and thermal conductivity. The converted tapes showed relatively high porosity (between 12 and 22%) and low thermal conductivity (between 3 and 8 W/m.K.). The tapes are mainly composed by crystalline phases of beta-SiC, Si2ON2, O'SiAlON, Al2O3 and mullite and a SiOC amorphous phase; Si was observed in tapes pyrolysed at 1400 ºC.

Neste trabalho é apresentada a possibilidade de obtenção de cerâmicas de SiC de alto desempenho a partir de matéria-prima comercial de grau técnico. Foi realizado o estudo de sinterização via fase líquida e desenvolvimento microestrutural de três composições à base de SiC tendo como aditivos de sinterização AlN e Y2O3 . Duas destas composições são à base de SiC-1000 da Alcoa, grau técnico, e a terceira, utilizada como referência, à base do UF-15 da H.C. Starck - Alemanha, pó comercial de granulometria fina. O processo de moagem do pó SiC-1000 da Alcoa foi acompanhado por medidas de distribuição granulométrica e posterior ataque químico, para remoção de impurezas. Os pós de grau técnico, após tratamento de moagem apropriado, apresentam sinterabilidade comparável à do pó de referência, em experimentos em dilatômetro. Os materiais sinterizados com matéria-prima à base de SiC da Alcoa apresentam microestrutura bastante similar aos obtidos com o pó de referência, da H.C. Starck. Foi feita análise preliminar das propriedades de dureza e tenacidade à fratura das cerâmicas desenvolvidas e os resultados obtidos para os materiais produzidos com o pó nacional são excelentes.

Possibility of high performance ceramics manufactured from commercial SiC powder of technical grade has been shown. Sintering behavior and microstructure formation under conditions of liquid phase sintering (LPS) with oxynitride sintering aids (AlN-Y2O3) of three SiC-based compositions have been investigated. Two of the compositions were based on Alcoa 1000 SiC powder of technical grade, and the third one, which was used as a reference, was based on H.C. Starck UF-15 fine grade commercial powder. Milling process used for Alcoa 1000 SiC powder granulometry improvement has been investigated in detail, while chemical treatment of milled SiC powders has been used for pick-up impurities removal. Dilatometric experiments showed that SiC powder of technical grade after appropriate treatment exhibits sinterability comparable with the fine grade SiC. Microstructural investigations performed on sintered samples showed that the final microstructure of the Alcoa 1000 SiC based materials was practically identical with the H.C. Starck SiC based reference ones. Preliminary investigations of hardness and fracture toughness were carried out revealing excellent results for the materials produced from cheaper, nationally produced starting powder.

Um resíduo siderúrgico composto predominantemente por magnetita (Fe3O4) finamente dividida foi empregado como material adsorvedor não convencional na adsorção e fixação de compostos corantes orgânicos tóxicos. Estudos preliminares indicaram que a magnetita quando utilizada em meio ácido (pH<3) sob agitação contínua pode apresentar diversos graus de desagregação e de solubilização. Este efeito é indesejável em sistemas adsortivos porque representa redução na porcentagem de remoção de composto tóxico orgânico e possível aumento de contaminação por produtos de dissolução e de desagregação da magnetita. Soluções de metasilicato de sódio, sulfato de ferro e hidróxido de sódio foram empregadas nos processos de estabilização de quatro frações granulométricas da magnetita usadas como adsorvedor não convencional em meio ácido. Os resultados obtidos permitiram concluir que o tratamento com metasilicato de sódio das frações de magnetita resulta em redução de 1% nos valores de remoção de composto tóxico corante da solução (de 98% para a fração sem tratamento para 97% para a fração com tratamento com metasilicato) e redução nos valores de constante de velocidade de adsorção (k ab) de 30.10-3 mg.g-1.min-1 para 10.10-3 mg.g-1.min-1. Embora tenha sido observada redução na capacidade adsortiva das frações tratadas e na velocidade de adsorção, este efeito foi considerado aceitável comparando-se o aumento da estabilidade química e redução nos valores de perda de massa em 46%. Analisando-se as isotermas obtidas para as frações #30 com e sem tratamento, pode-se confirmar que o tratamento com metasilicato promoveu um processo de adsorção mais favorável, com menor interferência dos processos de dissolução, de desagregação e maior correspondência com o modelo de Freundlich.

Metallurgical waste, mainly composed of magnetite (Fe3O4) with low particle size, was used as non-conventional adsorber to fix and remove toxic organic compounds from aqueous solutions. Previous studies indicated that magnetite used in acidic solutions under continuous stirring could have some desagregation and dissolution processes. This effect was considered undesirable on adsorption processes because it represents the reduction of the adsorption capacity and another source of iron for environmental contamination. Solutions of sodium metasilicate, iron sulfate and sodium hydroxide were used, trying to improve the chemical stability of the magnetite granulometric fractions to be applied as adsorbers in acid solutions. The experimental results allow to conclude that the treatment with sodium metasilicate results on better adsorption properties, in spite of the reduction of the removal percentage of the organic compound in 1% (from 98% without treatment to 97% with sodium metasilicate) and the reduction on the adsorption velocity (from 30.10-3 mg.g-1.min-1 to 10.10-3 mg.g-1.min-1). The magnetite fraction treated with metasilicate shows enhancement on chemical stability with the reduction of weight loss, desegregation and dissolution processes (46%); in the analysis of the isotherm curves obtained for #30 treated fraction and #30 fraction without treatment, the treated fraction shows lower interference of the dissolution and desagregation processes and better correspondence with the Freundlich adsorption model.

Em vista do considerável interesse no desenvolvimento de cerâmicas estruturais e para aplicações em alta temperatura, é oportuna uma revisão quanto a estrutura, propriedades e métodos conhecidos de processamento de cerâmicas a base de carbeto de silício sinterizados via fase líquida. A característica mais interessante do carbeto de silício é o seu politipismo, isto é, a formação de um grande número modificações estruturais para uma mesma composição. Embora este fenômeno venha sendo extensivamente estudado, não se tem até o momento, uma análise sistemática do mesmo, o que seria de extrema importância, uma vez que o politipismo e a tendência à transformação estrutural destes politipos em temperaturas típicas de trabalho podem levar a incontroláveis modificações nas propriedades do material. Além disso, os recentes avanços obtidos na densificação do carbeto de silício através da técnica de sinterização na presença de fase líquida justificam uma avaliação dos resultados obtidos até o momento, que podem proporcionar alguma orientação aos profissionais da área.

In view of considerable interest in the development of liquid phase sintered structural and high-temperature ceramics on the base of silicon carbide, a comprehensive review of the data on structure, properties and the known methods of processing of silicon carbide seems timely. The most striking feature of silicon carbide is its polytypism, i.e. formation of a great number of different structural modifications without any change in composition. Although this feature of silicon carbide was extensively studied, no systematic up to date analysis was done. However, polytypism and the tendency of the polytypes to undergo structural transformations at working temperatures may lead to uncontrollable modification of the materials properties, and therefore needs to be fully understood. Furthermore, the recently developed liquid phase sintering technique for silicon carbide densification is of an undoubtful interest and the overview of the results achieved until present time may provide some guidelines for the ceramists.

Hidroxiapatita porosa foi produzida por meio de uma nova técnica de processamento, visando aplicações na área de implantes ósseos. A produção do material poroso é feita através da produção de espumas pela agitação de suspensões cerâmicas aquosas contendo tensoativos adequados. A solidificação que segue é obtida pela adição de reagentes iniciadores da polimerização in situ de monômeros orgânicos, inicialmente incluídos nas composições, formando um gel. Este método permite a produção de corpos com formatos de alta complexidade e elevada resistência mecânica com níveis de porosidade próximos de 90%vol, que suportam corte e torneamento no estado a verde. Os aditivos orgânicos são eliminados a 300 °C e sinterização a 1350 °C é efetuada para consolidação da matriz. A otimização da resistência mecânica decorre da combinação entre uma matriz cerâmica de alta densidade a uma estrutura de poros esféricos com diâmetros que variam de 20-1000 <FONT FACE="Symbol">m</font>m possuindo inter-conecções de aproximadamente 10-100 <FONT FACE="Symbol">m</font>m, dependendo da densidade. O material sinterizado foi avaliado quanto a sua citoxicidade, utilizando-se o método quantitativo de formação de colônias que calcula o índice de citotoxicidade IC50(%) após contato do extrato do material com células de mamíferos. Os resultados mostraram que o processo de fabricação e os reagentes utilizados não afetaram os baixos níveis de toxicidade do pó de hidroxiapatita que era originalmente de pureza biomédica.

A novel technique has been applied to manufacture porous hydroxyapatite for implant applications. The process involved generation of foam from an aqueous suspension of the powder followed by in situ polymerisation of organic monomers, which had been previously added to the compositions. This method produces strong gelled and complex-shaped bodies with up to 90% porosity that can withstand machining in the green state. The organic additives are eliminated at temperatures above 300 °C and sintering is carried out for consolidation of the ceramic matrix. An optimized mechanical strength results from a highly densified matrix combined with spherical inter-connected cells of diameter ranging from 20 to 1000 <FONT FACE="Symbol">m</font>m and channels of 10-100 <FONT FACE="Symbol">m</font>m, depending on the specimen density. Cytotoxicity test was conducted with sintered HA extracts in contact with mammalian cells, based on a quantitative method of colonies formation suppression. The in vitro test revealed that the original purity of the biomedical-grade hydroxyapatite powder was neither affected through processing nor by the employed reagents.

Em vista do considerável progresso obtido nos últimos anos quanto à relação entre fases, o design microestrutural e a otimização de propriedades para aplicações específicas de SiAlONs dopados com elementos de terras-raras, se faz necessário uma clara revisão dos mecanismos envolvidos nos processos que ocorrem durante a sinterização dos SiAlONs. O desenvolvimento de segundas fases alternativas, os mecanismos e a completa reversibilidade da transformaçãoa«b, em relação ao conjunto das fases são elucidados. Sinterização por reação de SiAlONs multi-componentes é analisada em relação à molhabilidade da fase líquida a base de silicato formada no aquecimento. Propõe-se uma explicação para a regularidade e estabilidade do comportamento dos SiAlONs em termos do raio iônico dos elementos de terras-raras e do princípio de reação ácido/base.

In view of the considerable progress that has been made over the last several years on the fundamental understanding of phase relationships, microstructural design, and tailoring of properties for specific applications of rare-earth doped SiAlONs, a clear review of current understanding of the basic regularities lying behind the processes that take place during sintering of SiAlONs is timely. Alternative secondary phase development, mechanism and full reversibility of thea«btransformation in relation with the phase assemblage evolution are elucidated. Reaction sintering of multicomponent SiAlONs is considered with regard of wetting behavior of silicate liquid phases formed on heating. Regularities of SiAlON’s behavior and stability are tentatively explained in terms of RE-element ionic radii and acid/base reaction principle.