MATERIALES CERÁMICOS DE MULLITA CON MICROESTRUCTURA ACICULAR A PARTIR DE ARCILLA CAOLINÍTICA, ALÚMINA Y TRIFLUORURO DE ALUMINIO

PAULA V. LOPEZ; MARÍA F. HERNÁNDEZ; JUAN M. MARTÍNEZ; MARÍA S. CONCONI; LEANDRO ANDRINI; NICOLÁS M. RENDTORFF

Rosario

Jornada; 4º Jornadas Nacionales de Investigación Cerámica; 2020

IFIR, UTN San Nicolás, ATAC

La mullita (3Al2O3.2SiO2) es uno de los materiales cerámicos de mayor importancia en la industria y la tecnología refractaria debido a sus propiedades beneficiosas: refractariedad y resistencia al choque térmico, bajo coeficiente de dilatación térmica, alta resistencia mecánica y a la corrosión ácida. El trifluoruro de aluminio (AlF3) se utiliza como aditivo fundente en la producción electrolítica de aluminio, y como componente de esmaltes cerámicos. Se ha estudiado la fabricación de cerámicos porosos de mullita utilizando el AlF3 como aditivo en mezclas de fuentes de alúmina y sílice notando que la presencia de este componente favorece la formación in situ de una estructura de enclavamiento de whiskers de mullita con forma de aguja [1]. Esto es debido a las reacciones químicas que ocurren con formación de gases, por lo cual se acelera la mullitización. En el presente trabajo nos hemos propuesto desarrollar y estudiar cerámicos de mullita con microestructuras que presenten granos con morfologías de tipo aguja a partir de mezclas de arcilla caolinítica (59% de caolinita), alúmina calcinada A16-SG y trifluoruro de aluminio en cantidades estequiométricas para la formación de la mullita. Explorar la proporción del aditivo hasta un 5 % p/p en defecto del Al2O3 entre 1400 y 1600 °C comparándose con una mezcla sin aditivo y estudiar el efecto del mismo en la mullitización, la microestructura desarrollada y las propiedades macroscópicas. El procesamiento consistió en la adecuación granulométrica y mezclado mediante molienda en molino planetario y los polvos se conformaron en piezas de geometrías modelo (cilindros y barras prismáticas) por prensado uniaxial (50 MPa) en seco. El tratamiento térmico fue optimizado mediante ensayos térmicos calcinándose las piezas en verde entre 1400 y 1600 °C por dos horas a 5 °C/min en horno eléctrico. Se determinó el comportamiento térmico de las mezclas mediante el análisis termogravimétrico y térmico diferencial (ATD-TG). Se estudiaron las microestructuras desarrolladas por microscopía electrónica de barrido (MEB), las propiedades texturales (porosidad y densidad) mediante porosimetría por intrusión de mercurio, y las propiedades mecánicas: módulo de resistencia a la flexión (σf) y módulo de elasticidad (E) mediante el ensayo de flexión en 3 puntos. También se identificaron las fases cristalinas resultantes por difracción de rayos X (DRX) a distintas temperaturas. La incorporación del aditivo influenció en el grado de mullitización y la microestructura desarrollada, con presencia de granos tipo aguja, los cuales fueron caracterizados. Se lograron elevados rangos de mullitización y una mejora en el comportamiento mecánico. Los resultados obtenidos permiten establecer estrategias en el diseño de este tipo de materiales.