MATERIALES POROSOS AISLANTES DE Al2O3 PARA SU APLICACIÓN EN PROCESAMIENTO A ALTAS TEMPERATURAS CON CALENTAMIENTO HÍBRIDO POR MICROONDAS

MARÍA BÁRBARA LOMBARDI; ALAN SCHIEBELBEIN; DAMIAN EZEQUIEL BENITO; FRANCO MATÍAS STÁBILE

LA PLATA

Jornada; 5tas Jornadas Nacionales de Investigación Cerámica; 2022

Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica- Asociación Técnica Argentina de Cerámica

Los cerámicos altamente porosos tienen una amplia diversidad de aplicaciones en distintos sectores. Por ejemplo, en el sector industrial un uso habitual es como medio filtrante, dentro del campo de la bioingeniería de tejidos son utilizados para la fabricación de andamios, y por último, en industrias con procesos térmicos en los que se quiera evitar la pérdida de energía, estos materiales porosos funcionan como aislantes térmicos. Esta última aplicación, es de particular importancia, ya que a través de los años se ha ido avanzando en la obtención de aislantes cada vez más eficientes para maximizar el ahorro energético con el fin de desarrollar procesos más sustentables. Un tipo de calentamiento que viene siendo utilizado en aplicaciones de procesos de alta temperatura es el calentamiento por microondas [1]. Esto se debe principalmente a que la técnica es amigable con el medio ambiente y ofrece una importante disminución en los tiempos de procesamiento, por lo tanto, se obtiene una mayor eficiencia y menor costo. El proceso de calentamiento por microondas (MO) se basa en la interacción de la misma con los átomos del material, existiendo distintos tipos de interacciones para materiales magnéticos y no magnéticos. A su vez, dentro de estos materiales, también coexisten distintos mecanismos de interacción con las MO y disipación de energía. Por último, en base a las interacciones MO-materia, podemos realizar una división en materiales transparentes (MO pasa a través del material sin ser absorbida), materiales opacos (MO es reflejada sin o con despreciable absorción) y materiales absorbentes (MO es absorbida; la cantidad de absorción depende de las propiedades del material).Debido a estos mecanismos de interacción, no todos los materiales convencionales que resisten alta temperaturas se pueden utilizar (ej. MgO, ZrO2, etc.) en la fabricación de aislantes con propiedades adecuadas para ser usados en hornos de microondas, ya que los mismos interaccionan con las MO y dejan de actuar como tales. Es por ello, que para lograr un material que funcione como aislante necesitaremos 90 que sea trasparente a las MO, que posea alto punto de fusión y que una vez sinterizado posea propiedades mecánicas suficientes como para su manipulación y colocación en el lugar de operación.Dentro de los materiales transparentes, se encuentra la Alúmina (Al2O3), la cual posee un punto de fusión en estado puro de 2072 °C. En este sentido se debe tener especial cuidado en el agregado de aditivos de sinterización, o cualquier otro elemento que se comporte como fundente en la formulación, ya que esto puede devenir en una considerable disminución de la temperatura máxima de trabajo.Existen variadas técnicas para la obtención de materiales cerámicos altamente porosos, siendo la de espumado directo una de las más sencillas desde el punto de vista de la implementación, ya que en principio solo es necesario contar con una suspensión de partículas cerámicas, un agente espumante (surfactante), un agente ligante y un agitador mecánico.En el trabajo actual, se obtuvo un material aislante, poroso y con buenas propiedades mecánicas para ser utilizado en un horno de microondas de alta temperatura. Para ello, se preparó una suspensión acuosa al 30 % v/v de alúmina A16, utilizando como ligante carboximetil celulosa (1 %p/p). A la misma se le adicionó 0.5% de surfactante (detergente comercial, dodecil benceno sulfonato de sodio al 30 %p/p) y luego se obtuvo la espuma utilizando como agitador una batidora planetaria con una velocidad de rotor de 220 rpm y tres veces dicha velocidad en la paleta. La espuma fue colada en un molde cilíndrico y el posterior secado se realizó a temperatura ambiente, y luego a 60 °C por 48h. Por último, se procedió al sinterizado a 1580 °C durante 12 min en un horno microondas con magnetrón de 2.45 GHz a potencia máxima (1200 W).Una vez obtenido el sólido poroso, se procedió a la caracterización mediante una serie de ensayos. Se utilizó el método de Arquímedes para obtener los datos de porosidad abierta y densidad aparente, encontrándose un valor de 87,1% ± 0,7% de porosidad y una densidad de 0,31 g/cm3 ± 0,01 g/cm3. Luego, se evaluó la resistencia mecánica de las piezas en compresión uniaxial utilizando una máquina de ensayos mecánicos universal Instron. El material arrojó un valor máximo de resistencia a la compresión de 0,43 MPa, siendo comparable con valores de espumas de características similares [2]. De esta forma, podemos concluir que, mediante un proceso relativamente sencillo, se logró obtener un material con una alta porosidad y una buena resistencia mecánica. Estos datos obtenidos, permitirán ahondar en la variación de parámetros de procesamiento y así lograr un aislante poroso con propiedades mecánicas y físicas adecuadas para ser utilizado en un horno microondas de alta temperatura.