Orientador: Rubens Caram Junior

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: A transformação eutética envolve um fenômeno muito particular, onde o resfriamento de um líquido produz um sólido polifásico, com propriedades bastante anisotrópicas, resultando em uma microestrutura marcada pelo arranjo alternado das fases. A microestrutura de solidificação das ligas...

Resumo: A transformação eutética envolve um fenômeno muito particular, onde o resfriamento de um líquido produz um sólido polifásico, com propriedades bastante anisotrópicas, resultando em uma microestrutura marcada pelo arranjo alternado das fases. A microestrutura de solidificação das ligas eutéticas é muito diversa e depende principalmente da natureza da interface sólido/líquido das fases sólidas. A possibilidade de se utilizar ligas eutéticas como materiais compósitos pode ser vista como a principal justificativa para a elaboração de pesquisas voltadas à solidificação destas ligas. O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento do crescimento unidirecional da liga eutética Sn-Se através do processo Bridgman-Stockbarger e a caracterização microestrutural das amostras obtidas, pois a natureza lamelar dessa estrutura, com fases sólidas semicondutoras, toma esse material potencialmente útil na obtenção de células solares. O presente trabalho envolveu o desenvolvimento de um conjunto experimental que permitisse a selagem, o crescimento e a caracterização de amostras. A liga eutética Sn-Se foi crescida unidirecionalmente sob taxas de solidificação que variaram de 0,47cm/h a 3,07cm/h. A regularidade da estrutura eutética foi analisada em função da velocidade de crescimento, das temperaturas envolvidas no crescimento, da pureza química dos constituintes e da convecção na fase líquida. A caracterização da' estrutura eutética foi elaborada com o desenvolvimento de técnicas metalográficas apropriadas e o uso de microscopia óptica e eletrônica de varredura e técnicas de difração de raios-X. Dentre os resultados obtidos pode-se citar a comprovação da dependência entre espaçamento lamelar e a taxa de crescimento e a constatação de que a presença da convecção no líquido aumenta as dimensões da microestrutura eutética. Além disso, observou-se que o espaçamento lamelar não é constante para uma determinada condição de crescimento e varia significativamente em tomo de um valor médio. Finalmente, com objetivo de se analisar, de forma preliminar, a possibilidade de emprego da estrutura eutética como insumo na produção de células solares, medidas elétricas foram efetuadas. Os resultados dessa caracterização elétrica indicam que a confecção de células solares a partir da liga eutética Sn-Se é teoricamente possível

Abstract: In many eutectic alloys. directional solidification is likely to resu1t in the formation of a fine anisotropic and regular structure of the lamellar or rod type. The development of specific microstructural characteristics depends upon the conditions at and the shape of the solid/liquid...

Abstract: In many eutectic alloys. directional solidification is likely to resu1t in the formation of a fine anisotropic and regular structure of the lamellar or rod type. The development of specific microstructural characteristics depends upon the conditions at and the shape of the solid/liquid interface. To grow composite materiais from eutectic alloys is the main proposaI for research in this field. This work is concemed with the development of a directionally solidified Sn-Se eutectic using the Bridgman-Stockbarger method. The Sn-Se eutectic presents lamellar structure. Microstructure characterization was performed in order to evaIuate lamellar spacing, structure uniformity, phase composition. and semiconducting behavior. X-ray diffraction, opticaI and, scanning electron microscopy, four probe method, hot-probe, and Hall effect were used for the characterization. The analysed growing velocities (0.47cm/h to 3.07cm/h) and lamellar spacing uniformity have shown dependence on growing temperatures, components purity, and forced liquid convection. Also. varying lamellar spacing for the same growing conditions was an observed result. Liquid encapsulation technique showed improved microstructure uniformity. As the lamellar Sn-Se eutectic alloy forms multi/p-n/junctions, it is a potentiaI material for photovoltaic devices and some solar cell designs are proposed.