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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2011.tde-04112011-143427
Documento
Autor
Nome completo
Bruno Barazani
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Torikai, Delson (Presidente)
Machado, Izabel Fernanda
Suzuki, Carlos Kenichi
Título em português
Investigações sobre a sinterização de sílica vítrea por plasma pulsado.
Palavras-chave em português
Caracterização físico-química
Nanopó
Parâmetros de processo
Quartzo
Sílica vítrea
Sinterização por plasma pulsado
Resumo em português
A obtenção da sílica vítrea pelo processo de sinterização por plasma pulsado (SPS), a partir de matérias-primas de diferentes estruturas (cristalina e amorfa) e diferentes granulometrias, foi investigada. Análises de difração de raios X, transmitância óptica, microscopia óptica e eletrônica de varredura, e medições de densidade foram realizadas nas amostras sinterizadas. Sílicas vítreas transparentes foram fabricadas a partir de pós de quartzo atingindo-se temperaturas finais entre 1450 e 1600°C, enquanto que nanopó e pó amorfo de sílica formaram consolidados transparentes com temperaturas máximas próximas de 1200° C. Taxas de aquecimento entre 40 e 150°C/min. foram utilizadas nas sinterizações, com tempos de processo menores que 40 minutos. As maiores taxas de aquecimento exigiram uma maior temperatura final para a fusão completa do material cristalino e causaram, de forma indireta, a presença de aglomerações de micro-bolhas nas amostras obtidas com o nanopó. Um gradiente radial de temperatura (decrescente do centro para as bordas) foi observado nos consolidados fabricados com os pós cristalinos, facilitando o processo de fechamento da porosidade aberta. A presença ou ausência de material não fundido e de bolhas nas amostras foram analisadas por difratogramas de raios X, microscopia óptica e medidas de densidade. A análise da transmitância indicou uma quantidade praticamente nula de grupos OH nos compactos sinterizados com os pós cristalinos e em torno de 20 ppm no caso dos sólidos fabricados com matéria-prima sol-gel. Amostras de nanopós de sílica dopada com titânia (~6% em massa) foram processadas com temperaturas finais de 1200 e 1400°C apresentando coloração azulada e negra, respectivamente, e aumento dos clusters de titânia para a temperatura mais elevada. A sinterização a uma temperatura em torno 1200°C mantida por apenas 4 minutos resultou na conversão completa da fase anatase para a fase rutilo da titânia.
Título em inglês
Investigations of vitreous silica sintering by spark plasma.
Palavras-chave em inglês
Nanopowder
Physicochemical characterization
Process parameters
Quartz
Spark plasma sintering
Vitreous silica
Resumo em inglês
The production of vitreous silica by the spark plasma sintering (SPS) process, starting from raw materials of different structures (crystalline and amorphous) and granulometry were investigated. Analysis of X-ray diffraction, optical transmittance, optical and scanning electron microscopy, and density measurements were performed on the sintered compacts. Transparent vitreous silica was fabricated from quartz powder at final temperatures ranging from 1450 and 1600°C while silica nanopowder and silica powder formed transparent compacts at temperatures around 1200°C. Heating rates between 40 and 150° C/min. were used in processes with durations smaller than 40 minutes. Higher heating rates demanded higher final temperatures to complete the fusion process and caused, indirectly, the formation of micro-bubbles agglomerations in the samples produced from the nanopowder. A radial gradient of temperature (decreasing from the center to the border) was observed at the compacts fabricated with the crystalline powders favoring the closure of the open porosity. The presence or the absence of non-fused material and bubbles in the samples was analyzed by X-ray diffraction, optical microscopy and density measurements. The transmittance analysis indicated an almost zero quantity of OH groups in the compacts sintered from crystalline powders and about 20 ppm in the solids fabricated from the sol-gel raw material. Nanopowder samples of silica titania (~6 wt % of titania) were processed with final temperatures of 1200°C and 1400°C presenting blue and black coloration, respectively, and an increase of the titania clusters for the highest temperature. The sintering at temperatures near 1200°C with a holding time of just 4 minutes caused the complete anatase-rutile conversion in titania.
 
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Data de Publicação
2011-11-18
 
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