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Tipo do documento: Dissertação
Título: Influência das variáveis de sinterização nas propriedades mecânicas e elétricas de vitrocerâmicas produzidas a partir de pó de vidro reciclado e adição de Nb2O5
Título(s) alternativo(s): Influence of the sintering variables on the mechanical and electrical properties of glass ceramics produced from recycled glass powder and addition of Nb2O5
Autor: Gualberto, Hiasmim Rohem 
Primeiro orientador: Andrade, Mônica Calixto de
Primeiro membro da banca: Gonçalves, Marcos Vinicius Colaço
Segundo membro da banca: Silva, Fernanda Arruda Nogueira Gomes da
Terceiro membro da banca: Poiate Junior, Edgard
Resumo: A reutilização e a reciclagem de produtos em final de vida útil são cruciais quando se consideram os problemas ambientais causados pelos resíduos gerados. Vitrocerâmicas podem ser produzidas a partir da cristalização controlada do vidro. Nesta dissertação, vitrocerâmicas são obtidas a partir de pó de vidro oriundo de para-brisas descartados. Adicionalmente, junto a esse pó de vidro, foram utilizadas diferentes concentrações de pentóxido de nióbio para atuar como agente nucleante e facilitar a cristalização. Foram obtidas quatro composições: sem Nb2O5 e com 5%, 10% e 15% de Nb2O5. No processo de produção foram adotadas duas temperaturas de sinterização, 700°C e 800°C, e dois tempos de sinterização, 1 h e 3 h. Foi realizado um estudo das propriedades microestruturais, mecânicas e elétricas, além das propriedades de densidade, porosidade e absorção de água do material produzido. Adcionamelte, foram avaliadas as características do pó de vidro utilizado para sua produção. Para caracterização do pó de vidro, foram feitas a Análise Granulométrica via úmido, a Fluorescência de Raios X e as análises térmicas TG e DTA. Já para as vitrocerâmicas foram realizadas: DRX, Método de Arquimedes, MEV, Retração Linear do diâmetro, Resistência à Flexão Biaxial e Tração Diametral. Também foram determinadas a Constante Dielétrica e a Condutividade Elétrica das vitrocerâmicas produzidas. Constatou-se que o uso de partículas menores que 1,2 μm, consideradas muito pequenas, prejudica a densificação do material, enquanto que a distribuição de tamanhos larga favoreceu o empacotamento das partículas. A utilização de maiores temperaturas de sinterização e de maior tempo de sinterização aumentam a porosidade e reduzem a densidade. Em contrapartida, a temperatura de 800°C permite a cristalização sem o uso de agente nuclenate. A adição de Nb2O5 promoveu a cristalização do material já em 700 °C, fato que não ocorre sem sua adição a esta temperatura. Ele também permitiu a formação da Isoleucita, estrutura perosviskita que apresenta boas propriedades ferroelétricas. Assim, as vitrocerâmicas com as maiores concentrações desse pentóxido obtiveram as maiores constantes dielétricas e condutividades elétricas, sendo de 63,597 e 4,283 μS/m, respectivamente, ambas encontradas nas vitrocerâmicas produzidas com 15% de Nb2O5, sinterizadas em 700°C por 1 h. Por outro lado, houve perda de resistência mecânica tanto na flexão biaxial quanto na tração diametral, sendo observada uma queda de 34,83 MPa para 14,34 MPa na resistência à Flexão biaxial. Apesar disso, as vitrocerâmicas produzidas ainda apresentam resistências superiores a de concretos estruturais. Em relação ao desvio padrão das propriedades mecânicas, houve redução de forma expressiva com a adição do agente nucleante. Os resultados obtidos permitiram concluir que é viável a produção de vitrocerâmicas a partir do vidro de para-brisas, tendo sido obtidas propriedades mecânicas e elétricas satisfatórias.
Abstract: The reuse and recycling of end-of-life products are crucial when considering the environmental problems caused by generated waste. Glass-ceramics can be produced from the controlled crystallization of the glass. In this dissertation, glass-ceramics are obtained from glass powder from discarded windshields. In addition to this glass powder, different concentrations of niobium pentoxide were used to act as a nucleating agent and to facilitate crystallization. Four compositions were obtained: without Nb2O5 and with 5%, 10% and 15% of Nb2O5. In the production process, two sintering temperatures, 700°C and 800°C, and two sintering times, 1 h and 3 h, were adopted. It was carried out a study of the microstructural properties, mechanical and electrical, besides the properties of density, porosity and water absorption of the material produced. In addition, the characteristics of the glass powder used for glass-ceramic production were evaluated. To characterize the glass powder, wet particle size analysis, X-ray fluorescence and TG and DTA thermal analyzes were performed. As for glass ceramics, the following were performed: XRD, Archimedes Method, SEM, Linear Retraction of the Diameter, Biaxial Flexural Strength and Diametral Traction. The Dielectric Constant and Electric Conductivity of the produced glass ceramics were also determined. It was found that the use of particles smaller than 1.2 μm, considered too small, would hinder the densification of the material, while the large size distribution favored the packaging of the particles. The use of higher sintering temperatures and longer sintering time increase porosity and reduce density. In contrast, the temperature of 800°C allows crystallization without the use of nucleante agent. The addition of Nb2O5 promoted the crystallization of the material already at 700°C, fact that does not occur without its addition at this temperature. It also allowed the formation of the Isoleucita, perosviskite structure that presents good ferroelectric properties. Thus, the glass ceramics with the highest concentrations of this pentoxide obtained the highest dielectric constants and electrical conductivities, being 63,597 and 4,283 μS / m, respectively, both found in glass-ceramics produced with 15% of Nb2O5, sintered at 700°C for 1 h. On the other hand, there was loss of mechanical resistance in both biaxial flexion and diametral traction, with a decrease of 34.83 MPa to 14.34 MPa in resistance to biaxial flexion. In spite of this, the glass-ceramics produced still present superior resistance to that of structural concretes. In relation to the standard deviation of the mechanical properties, there was an expressive reduction with the addition of the nucleating agent. The obtained results allowed to conclude that the production of glass-ceramics from the windscreen glass is viable, and satisfactory mechanical and electrical properties were obtained.
Palavras-chave: Glass-ceramics
Niobium oxide
Recycling
Biaxial flexural strength
Dielectric constant
Electrical conductivity
Cerâmica vitrificada
Nióbio
Reciclagem
Resistência à flexão biaxial
Constante dielétrica
Condutividade elétrica
Refugo de vidro Reaproveitamento
Reaproveitamento (Sobras, refugos, etc.)
Resistência de materiais
Materiais Testes
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::CERAMICOS
Idioma: por
País: BR
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)
Citação: GUALBERTO, Hiasmim Rohem. Influência das variáveis de sinterização nas propriedades mecânicas e elétricas de vitrocerâmicas produzidas a partir de pó de vidro reciclado e adição de Nb2O5. 2019. 119 f. Dissertação (Mestrado em Materiais não-metálicos; Física e mecânica dos materiais) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/7976
Data de defesa: 21-Jan-2019
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)

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