Estudo da difusividade térmica de compósitos biocompatíveis, materiais magnetocalóricos, e intermetálicos via sinal fotoacústico traseiro

Abstract

Resumo: Investigou-se o comportamento da difusividade térmica efetiva de compósitos biocompatíveis feitos de hidroxiapatita (HAp) e pentóxido de nióbio (Nb2O5) em pó antes e após a sinterização a 1000 °C. Em seguida estudou-se as transições de fase em função da temperatura em processos de aquecimento e resfriamento para uma amostra de gadolínio (Gd) e uma amostra de níquel-tintânio (NiTi ou Nitinol) via difusividade térmica. No caso da amostra magnetocalórica de Gd detectou-se a transição de fase ferromagnética paramagnética para a temperatura de Curie em torno de TC = 18 °C, tratando-se de uma transição de segunda ordem (não existe calor latente). Para a liga intermetálica de NiTi também foi possível observar a transição entre as fases estruturais martensita austenita (neste caso uma transição de primeira ordem envolvendo calor latente). Com a técnica fotoacústica determinou-se também as temperaturas características das transições da amostra Nitinol, como as temperaturas inicial (As = 50 °C) e final (Af = 80 °C) de transição para a fase austenita, bem como as temperaturas inicial (Ms = 45 °C) e final (Mf = 25°C) para a fase martensita. Com a ciclagem térmica observou-se claramente a ausência de histerese térmica para a amostra magnetocalórica de Gd. No entanto, o mesmo não ocorre para a liga de NiTi, a qual apresenta histerese térmica da ordem de 5 °C entre as temperaturas As e Ms. Os valores obtidos para as difusividades térmicas, e os comportamentos observados para as amostras de Gd e NiTi concordam satisfatoriamente com os valores e tendências apresentados na literatura

Abstract: It was investigated the effective thermal diffusivity behavior for biocompatible composites made of hydroxyapatite (HAp) and niobium pentoxide (Nb2O5) powders before, and after sinterization at 1000 °C. Then, it was studied the phase transitions for temperature variations in process of heating and cooling of a sample of gadolinium (Gd) and a sample of nickel-titanium (NiTi or Nitinol) through thermal diffusivity. For the magnetocaloric sample (Gd) it was detected the transition between ferromagnetic paramagnetic phases around a Curie temperature of TC = 18 °C, being a transition of second order (without latent heat). Also for the intermetallic alloy of NiTi it was possible to observe the structural transitions between martensite austenite phases (in this cases, a transition of first order related to a latent heat). The results for the thermal diffusivity of the Nitinol revealed the characteristic temperatures observed for the two phases, like the initial temperature (As = 50 °C) and final temperature (Af = 80 °C) for austenite phase transition, and the inicial temperature (Ms = 45 °C) and final temperature (Mf = 25°C) for martensite transformation. With thermal cycling it was clearly observed an absence of thermal hysteresis for the magnetocaloric sample. However the same doesn't occur with the NiTi alloy, which presents an hysteresis of about 5 °C between As and Ms. The values obtained for the thermal diffusivities, and the behaviors observed for the samples of Gd and NiTi agree nicely with the values and the patterns reported in the literature