Author(s):
Silva, Sandra Isabel Fernandes Correia da 
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7425
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia de materiais; Pós cerâmicos; Sinterização; Apatite; Microestruturas; Pilhas de combustível
Description
Este trabalho teve como objectivos principais a preparação de apatites com
composições La10-xSi5Al0.5MO27-y (M = P, B), por mecanossíntese, tendo em
vista a obtenção de amostras densas e monofásicas, estudar o efeito da
parafina na compactação de pós e medir a condutividade eléctrica de
amostras seleccionadas de modo a estabelecer correlações entre a
composição, estrutura, microestrutura e tratamentos térmicos.
Os pós foram preparados por moagem mecânica de alta energia
(mecanossíntese), tendo sido obtida a fase pretendida (apatite), sem
vestígios de reagentes ou fases secundárias., como se verificou através de
DRX. Ocorreu incorporação, pelo menos parcial, dos aditivos, evidenciada
pelas alterações de parâmetros de rede. Alargamento de picos de DRX e
análises microestruturais dos pós mecanossintetizados revelaram um
tamanho médio de cristalite próximo de 30 nm. Contudo, os pós
mecanossintetizados apresentaram um certo nível de aglomeração,
atestado por MET.
A adição de parafina apenas se traduziu numa ligeira melhoria do
empacotamento dos pós em pastilhas prensadas, sem ganhos significativos
na densificação das amostras sinterizadas. Consequentemente, não se
recorreu à utilização de parafina na grande maioria das amostras utilizadas
em estudos posteriores dos efeitos da composição e de tratamentos
térmicos posteriores à sinterização.
Foi efectuada a medição de condutividade eléctrica de amostras com
composições diferentes (La9,33Si5Al0,5P0,5O26; La9,67Si5Al0,5P0,5O26,5;
La9,67Si5Al0,5B0,5O26; La9,83Si5Al0,5B0,5O26,25; La10Si5Al0,5B0,5O26,5), incluindo
amostras no estado tal qual resultante da sinterização a 1500ºC e amostras
posteriormente submetidas a diferentes tratamentos térmicos (1100 ºC,
1200 ºC, 1300 ºC e 1400 ºC). A caracterização eléctrica revelou uma forte
componente de fronteira de grão nas amostras, sendo esta bastante
dependente dos tratamentos térmicos. Contudo, o efeito relativo dos
tratamentos térmicos também é muito dependente da composição nominal
das amostras, incluindo pequenas variações na estequiometria de oxigénio.
Os efeitos observados podem ser relacionados com a segregação de
aditivos nas fronteiras de grão e outros defeitos microestruturais, tais como
poros, fase amorfa intergranular e precipitados de fases secundárias. Estas
fases secundárias e a própria porosidade residual estão geralmente
associadas a uma fase amorfa intergranular pobre em sílica e/ou rica em
fósforo, como se verificou por análise elementar. As fases secundárias
foram identificadas por DRX. In the current work, one aimed to prepare apatite materials with the
composition of La10-xSi5Al0.5MO27-y (M=P, B), through mechanosynthesis, in
order to obtain dense single-phased samples. In addition, the use of paraffin
for powder compaction was studied, as well as the electrical conductivity of
the selected samples. These electrochemical properties were correlated to
the samples composition, structure, microstructure and heating treatments.
The powder samples were prepared by high energy milling
(mechanosynthesis) and the intended apatite phase was obtained without
traces of the precursors or secondary phases, within the limit of the XRD
equipment. The results show dopant incorporation, at least partially, which
was confirmed by the changes observed in the calculated cell parameters.
From the XRD peak broadening and microstructure analysis of the
mechosynthesized powders, the crystallite size is shown to be around 30
nm. However, these powders show a certain degree of agglomeration,
verified by TEM.
Regarding the addition of paraffin, the results show a slight improvement in
powder compaction for pressed samples, however the final densification of
the sintered pellets was not significantly affected. Hence, paraffin was not
employed in the majority of the samples used in further studies on
composition and heat treatment effects.
The electrical conductivity was measured for several samples with different
compositions (La9.33Si5Al0.5P0.5O26; La9.67Si5Al0.5P0.5O26.5; La9.67Si5Al0.5B0.5O26;
La9.83Si5Al0.5B0.5O26.25; La10Si5Al0.5B0.5O26.5), including samples as-sintered at
1500ºC and after the heat treatments at 1100 ºC, 1200 ºC, 1300 ºC and
1400 ºC. From electrochemical characterization one could observe a strong
grain boundary contribution, highly dependent on the heat treatment
preformed. Also, a great dependence between heat treatments and nominal
composition has been found, namely for small variations in oxygen
stoichiometry. These effects might be explained by dopant segregation to the
grain boundaries, as well as other microstructural defects, such as pores,
intergranular amorphous phase and the precipitations of secondary phases.
In general, secondary phases and residual porosity are associated with the
presence of a silicon-poor phase and/or a phosphorous-rich phase, which
were confirmed through elementary analysis. The secondary phases were
identified by XRD. Mestrado em Engenharia de Materiais
