Preparação das amostras

A síntese das amostras cerâmicas Sr2CoNbO6 (SCNO) foi realizada através do método

de reação em estado sólido e seguindo as proporções estequiométricas dos reagentes em pó, SrCO3 (Vetec, 97% pureza), Nb2O5 (Sigma – Aldrich, 99% pureza) e Co2O3 (Vetec, 97%

pureza) como precursores na síntese do SCNO, como mostrado na Equação 4.1.

     _{2 3 2 5 2 6 2} 3 2 4 4SrCO Co O NbO SrCoNbO CO _(4.1) De acordo com a estequiometria, uma quantidade adequada da amostra, em gramas, foi medida em uma balança analítica de precisão, cuja precisão é de 0.1 mg. Os óxidos foram

pré–calcinados a 200°C durante 1h a fim de eliminar umidade e posteriormente misturados e homogeneizados por 6h em moinho planetário de alta energia, Fritsch Pulverisette 5, dentro de panelas de poliacetal com esferas de zircônia (ZrO2) que para cada 10 gramas do material

foram misturados 97,7 gramas de zircônia para moagem efetiva. A moagem foi realizada com o intuito de diminuir o tamanho dos grãos e prover homogeneidade à mistura de pós. Após a moagem o material foi peneirado e dentro de cadinhos cerâmicos foram postos em fornos resistivos programáveis (JUNG LF0914). Nos fornos foi realizado o processo de calcinação, iniciado à temperatura ambiente de 30°C, e que há uma taxa de aquecimento e resfriamento de 5°C/min atingindo uma temperatura de 850°C, na qual permaneceu por 6h. O pó calcinado é macerado manualmente para formação dos cilindros ressoadores.

Os compostos formados Sr2CoNbO6 adicionados com TiO2 foram

estequiometricamente pesados , a fim de se obter os compósitos (Sr2CoNbO6)1-x– (TiO2)x em

que x representa a porcentagem em massa do óxido de titânio

Inicialmente foram obtidos de acordo com a estequiometria uma quantidade de sessenta gramas do material, equivalente a seis amostras de dez gramas moídas em panelas de poliacetal. Cada uma das seis amostras passou pelo mesmo processo discutido anteriormente. Um dos principais objetivos deste trabalho é obter um compósito, cuja taxa de variação da frequência ressonante (τf) com a variação de temperatura em micro–ondas seja um valor

próximo de zero. Para isso partimos do pressuposto que em alguma porcentagem teríamos o τf

próximo de zero. As amostras foram nomeadas de acordo com a concentração de TiO2, sendo

SCNO00, SCNO05, SCNO10, SCNO20, SCNO40, SCNO60 e SCNO80.

Os pós foram conformados em forma de aço e prensados em uma prensa uniaxial. O objetivo da prensagem é proporcionar determinada resistência mecânica para que o material suporte as diversas etapas ao longo do processo de elaboração: secagem, transporte, armazenagem e queima. A prensagem também confere resistência suficiente para que as reações que envolvam troca de gases durante a etapa de aquecimento se completem no tempo adequado e permite que o produto final apresente as características microestruturais desejadas como porosidade, distribuição de tamanho de poros e tamanho do grão, que serão determinantes para características técnicas da peça. A prensagem uniaxial é amplamente utilizada para compactação de pequenas formas, especialmente de cerâmicas isolantes, dielétricos, magnéticos para dispositivos elétricos incluindo formas simples, tais como buchas, espaçadores, suportes e capacitores dielétricos, e formas mais complexas, tais como suportes para tubos, interruptores e transistores. A prensagem uniaxial envolve a compactação

do pó em um molde, aplicando pressão ao longo de uma única direção axial através de um pistão (ROCHA et al., 2013).

Na produção das amostras cilíndricas foram produzidos cilindros cerâmicos (pastilhas) e cilindros maiores. Para a produção de cilindros cerâmicos de altura média 1,4 mm e diâmetro médio de 13 mm foi empregada a prensa uniaxial com pressão de 200 MPa. Os cilindros serão utilizadas nas medidas de radiofrequência e caracterização micro estrutural. Para a produção de amostras cilíndricas maiores de altura média 6,5 mm e diâmetro médio de 13 mm foi também utilizada uma pressão de 600 MPa. As amostras maiores serão utilizados em medidas de micro–ondas, portanto pela técnica que será utilizada a relação diâmetro/altura deverá estar mais próxima de 2/1 o quanto possível. Essa relação é desejável afim de se obter o melhor acoplamento eletromagnético para verificação do modo TE011 no ressoador e um

maior confinamento da radiação, minimizando as perdas e aumentando o fator de qualidade da medida.

A etapa seguinte a prensagem e fabricação das peças é o processo de sinterização. A sinterização convencional ou sinterização em estado sólido é o processo no qual o pó é tratado termicamente de modo a formar um sólido com boa resistência e consequentemente influenciando na qualidade das densidades das amostras estudadas. Na sinterização convencional algumas variáveis são levadas em conta, como por exemplo a temperatura final do processo, a taxa de aquecimento, o tempo utilizada nas etapas de aquecimento o tamanho e a distribuição das partículas do pó cerâmico. Na produção da matriz cerâmica estudada a sinterização transforma o corpo cru em um material denso por difusão, neste processo a densificação e o crescimento de grãos ocorrem simultaneamente (DE JONGHE; RAHAMAN, 2003; CALLISTER, 2012).

As amostras de SCNO adicionadas com TiO2 nas seguintes proporções 0%, 5%, 10%,

20%, 40%, 60% e 80% em massa. Os pós foram misturados e homogeneizados com pistilo em almofariz e em seguida seguiu todo o processo descrito acima. Conformados em molde de aço e prensado com prensa uniaxial com 600 MPa de pressão. Os cilindros e peças maiores foram sinterizado em forno com atmosfera de ar a 1200°C durante 2,5 h a um passo de 5°C/min. Como se observa tentou–se dar a fabricação das peças o mesmo procedimento. As peças retiradas do forno foram lixadas para regularização da superfície. Assim para avaliar os efeitos das adições realizadas, como será discutido posteriormente, toda a série foi obtida nas mesmas condições de síntese. Tais amostra (7 no total) foram submetidas as análises estruturais, elétricas dielétricas e de superfície, ou seja, difração de raio–x, espectroscopia

dielétrica em micro–ondas, espectroscopia de impedância na região de radiofrequência e microscopia eletrônica de varredura (MEV). No estudo de espectroscopia de impedância as amostras foram pintadas com tinta prata nas duas faces e colocadas no forno a 600°C para secagem da prata e melhorar o contato entre a peça e os eletrodos promovendo reação de polimerização, deixando–as pronta para as medidas de impedância. Para o MEV as peças são lixadas e recobertas com ouro. Para a difração de raio–x utilizou–se o pó calcinado e macerado com pistilo em almofariz. Para análise por espectroscopia dielétrica e medidas de antenas na região de micro–ondas foram produzidas peças cilíndricas (SCNO00, SCNO05, SCNO10, SCNO20, SCNO40, SCNO60 e SCNO80) que variaram a altura de 5,8mm–7,2mm e diâmetros variando de 12,1mm – 14,7mm.

As simulações foram realizadas com o simulador para estrutura de altas frequências (HFSS) e os parâmetros de campo distante como ganho, diretividade, largura de banda, eficiência de radiação, diagrama de radiação e carta de Smith foram apresentados e discutidos no capítulo de resultados. Os resultados de todas as técnicas de caracterização serão apresentados no capítulo de discussão de resultados.