Densification of Ceramic Thermomiotic Materials with Improved Thermal Stress Properties

ARL: 2017-current 

It is common knowledge that most solids change their dimensions when the temperature changes. Usually, the dimensions increase with increasing temperature, and this is referred to as positive thermal expansion (PTE). This thermally induced change in dimension of a material, in a confined environment, can lead to significant mechanical stress. If the stress exceeds the strength of the material, the material will shatter owing to the propagation of microcracks, quite possibly with disastrous consequences. On the other hand, very few materials shrink with increasing temperature, giving rise to negative thermal expansion (NTE), while in some even more rare cases dimension does not change at all, causing an uncommon phenomenon denominated zero thermal expansion (ZTE). The excitement about thermomiotic materials (negative thermal expansion materials) is that, in principle, they could compensate for PTE, presenting materials that would not experience thermal stress fracture. The ZrW2O8 phase, a member of AM2O8 ceramic family, was the first ceramic phase exhibiting large negative thermal expansion (i.e., thermomiotic behavior) over a very wide temperature range, and this discovery was followed by recognition of similarly unusual thermal expansion (negative, near-zero or low-positive) in a few structurally related ceramic families awakened interest in these materials due to their exotic nature and potential applications. The physics and crystallography underlying this thermal feature have been widely studied since 1996.. 

Investigação de catalisadores de refino e suas transformações térmicas por Difração de Raios-X in situ

Petrobras: 2017- current

A técnica de DRX in situ permite estudo de processos químicos em diferentes temperaturas e atmosferas, p. ex.: vapor d'agua, apresentando também a possibilidade de se acompanhar composição química de gases liberados depois da reação, por meio de um espetrômetro de massas. Aquisição de dados de catalisadores, seus ingredientes ou precursores submetidos a temperaturas elevadas e atmosferas controladas, permite acompanhamento da cinética de transformação de fases sob condições que representem ou simulem a fabricação e/ou o emprego industrial do catalisador. Portanto, no escopo deste Termo de Cooperação serão elucidados processos importantes na indústria tais como os processos de abatimento de gases do tipo SOx com as modificações estruturais dos aditivos utilizados para este propósito no processo de FCC, bem como associar o nível de conversão de gás natural (metano) e seus produtos às transformações cristalinas do respectivo catalisador. Além disso, será estudada a evolução da estrutura cristalina em zeólitas tipo Y e BETA durante tratamentos pós-síntese que promovam o aumento de sua mesoporosidade, bem como serão obtidos conhecimentos acerca da estabilidade térmica e hidrotérmica destes materiais, sendo também investigados os mecanismos de desativação e regeneração de catalisadores de reforma à base de níquel em alta temperatura sob atmosferas variadas.

Development of ceramic bulk materials and coatings with near zero thermal expansion and polymer nanocomposites with controllable thermal expansion

ARL: 2015-2016

This project seeks a comprehensive understanding of the relationship between microstructure (e.g.: mean grain size and porosity) and thermal (coefficient of thermal expansion and thermal conductivity) and mechanical (Young modulus, modulus of rupture, Weibull modulus) properties of ceramic bulks of low positive Al2W3O12 (CTE = 1.75 x 10-6 K-1) and near zero ZrMgMo3¬O12 (CTE = 1.00 x 10-7 K-1) phases. As a consequence, thermal shock resistance potential of this new class of thermomiotics and related phases will be evaluated for the first time. Also coatings of near zero ZrMgMo3¬O12 above metal substrates will be developed and their wear properties evaluated. This project also searches to correlate all steps of Al2W3O12 nanopowder preparation, including drying, chemical surface treatment, functionalization of matrix and pre-processing and processing parameters of melt-compounding in order to develop thermoplastic polymer with considerable reduced CTE without increase of weight and decrease of transparency.

Aplicação de Difração de Raios-X para caracterização in situ de catalisadores industriais e seu desenvolvimento

Petrobras: 2014-2017

O objetivo deste projeto de P&D é aplicar Difratômetro de Raios-X com tecnologia de ponta, adquirido em investimento recente de infraestrutura neste programa, na investigação de materiais cristalinos visando ao desenvolvimento de catalisadores mais ativos e resistentes para a Indústria de Refino e Petroquímica com enfoque no processo de FCC para aumento da produção de derivados combustíveis. Objetivos específicos: (i) Estudar as transformações de estrutura cristalina em catalisadores e aditivos de FCC quando submetidos a condições de desativação hidrotérmica na presença de metais contaminantes; (ii) Investigar a evolução da estrutura cristalina em zeólitas durante sua síntese e quando submetidas a condições de desativação hidrotérmica; (iii) Estudar a transformação térmica e hidrotérmica de aluminas e seus precursores cristalinos com foco no aumento da resistência a níquel em catalisadores de FCC e aumento de atividade em catalisadores para polietileno.