INTEMA   05428
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN CIENCIA Y TECNOLOGIA DE MATERIALES
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Respuesta mecánica a alta temperatura de materiales cerámicos de cordierita
Autor/es:
G. A. ROH, A. N. SCIAN, M. A. CAMERUCCI, A. L. CAVALIERI
Lugar:
Santiago, Chile
Reunión:
Congreso; CONAMET/SAM 2006; 2006
Institución organizadora:
Sociedad Chilena de Metalurgia y Materiales-Asociación Argentina de Materiales
Resumen:
Se estudió el comportamiento mecánico de materiales cerámicos de cordierita en función de la temperatura. La cordierita se sintetizó a partir de una mezcla de caolín comercial (CM-60, Piedra Grande S.A., Argentina), talco micronizado (Talc 40, China) y alúmina calcinada (A2G ALCOA, USA, < malla 325). La mezcla se formuló en base a la composición en óxidos de las materias primas, en una relación cercana a la de cordierita estequiométrica (5SiO2.2Al2O3.2MgO). Por mezclado mecánico intensivo, se obtuvo una pasta homogénea (exceso de agua y 0,25 % de dispersante-plastificante) que se secó a 110 °C. El polvo seco, previa desaglomeración en molino, se prensó uniaxialmente a 50 MPa con 8,95 % de agua. Las barras prismáticas obtenidas (0,8 x 0,5 x 5,0 cm3) se secaron a 110 oC. Para la reacción y sinterizado se trataron a 1330 oC, 4 h a 5 oC/min. Por análisis cualitativo por difracción de rayos X (DRX) se determinaron: cordierita como fase cristalina mayoritaria, una pequeña cantidad de espinela (Al2O3.MgO), y fase vítrea no cuantificada. El grado de densificación promedio alcanzado (87,69 %), se determinó a partir de las medidas de densidad final (2,36 g/cm3 -método de Arquímedes en agua-), y de la densidad picnométrica (2,69 g/cm3) del polvo obtenido por molienda de las muestras tratadas a 1330 °C, 4 h. Los ensayos mecánicos realizados para la determinación de la resistencia a la fractura (sf) de los materiales obtenidos se llevaron a cabo en una máquina universal de ensayos mecánicos Instron modelo 8501 servohidráulica en flexión en 3 puntos, a temperaturas hasta 1250 °C (vel. calentamiento: 12 °C/min y estabilización: 15 min), y con control por desplazamiento a 0,1 mm/min, utilizándose una precarga compresiva en la etapa de calentamiento de 0,001 kN. Se empleó un horno con elementos calefactores de MoSi2, controlador Eurotherm y dispositivo de SiC articulado para flexión en 3 puntos (distancia entre apoyos: 30 mm). Los resultados se analizaron en función de la microestructura desarrollada, en particular en lo que respecta a la porosidad y a la presencia de fase vítrea (cantidad y localización), comparándose los mismos con los de un material de cordierita obtenido por sinterización a 1450 oC durante 2h de un polvo de cordierita comercial (Baikowski, D50 = 1,82 µm, SE = 3,4 m2/g). El estudio microestructural y el análisis fractográfico se realizaron por microscopía electrónica de barrido, SEM. La superficie presentó un aspecto vítreo que no permitió observar los granos claramente y la porosidad correspondió principalmente a poros grandes (~10–20 µm). En ambos materiales, se registró disminución de la elasticidad en función de la temperatura, efecto más marcado en las probetas de cordierita sintética en las cuales hasta 1000 °C se observó un comportamiento de fractura frágil y a partir de esta temperatura se determinó un aumento de deformación plástica al aumentar la temperatura del ensayo. Las probetas de cordierita comercial mostraron un comportamiento frágil en todo el rango de temperaturas. Los resultados se explican en base a las diferencias en contenido y localización de fase vítrea. Se registró disminución de la resistencia mecánica desde temperatura ambiente hasta 1250 °C (de 84 a 24 MPa y de 90 a 62 MPa para las cordieritas sintetizada y comercial, resp.). Los valores de resistencia mecánica a temp. amb. están de acuerdo con las fases presentes: cordierita-espinela-vidrio-poros en el material sintetizado y cordierita-mullita-vidrio-poros en el material de referencia. En el análisis fractográfico no se pudieron identificar los orígenes de fractura ni patrones. La superficie de fractura de la muestra sintetizada ensayada a temperatura ambiente (fractura inter) resultó lisa respecto de las ensayadas a mayores temperaturas de aspecto más irregular, efecto evidente a partir de 1000 °C mientras que no se encontraron diferencias en las superficies de la muestra comercial de acuerdo con las curvas carga-desplazamiento respectivas. Concluyendo, los materiales de cordierita sintetizada a partir de materias primas de bajo costo y empleando un método de conformado sencillo presentaron adecuado comportamiento mecánico para su empleo hasta temperaturas de 1000 °C.