Materiales cerámicos de mullita negros basados enarcilla, alúmina y óxidos de cobre y manganeso

R. J. ANAYA; P. V. LÓPEZ; I. POLCOWÑUK; M. F. HERNÁNDEZ; A. MOCCIARO; D. RICHARD; N. M. RENDTORFF

Congreso; XII Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales SAM-CONAMET; 2024

Con el objeto de desarrollar materiales cerámicos refractarios con propiedades termomecánicas y absorción de luz adecuadas para aplicaciones en intercambiadores de calor solares con rangos de temperatura entre 800-1100 ºC, en el presente trabajo se realizaron estudios sistemáticos de formulación-procesamiento-propiedades de materiales cerámicos basados en una arcilla (Caolín), alúmina y óxidos metálicos industriales (de Manganeso y Cobre). Las mezclas fueron realizadas mediante tratamientos de ultrasonido (30 min) de dispersiones al 50% p/p con adición de dispersante (base poliacrilato de amonio), luego las probetas fueron conformadas por deformación plástica con humedad adecuada (aprox 35 %). Se evaluó el efecto de la adición (hasta 10 % p/p) de los óxidos (MnO2, CuO) en la formación de Mullita (3Al2O3.2SiO2) estequiométrica, en ciclos térmicos de 1400-1500°C. Para ello se estudiaron las propiedades texturales (densidad y porosidad por el método Arquímedes), estructurales (fases cristalinas por difracción de rayos X), microestructurales (microscopía electrónica de barrido; SEM), mecánicas (dureza) y termomecánicas (Coeficiente de expansión térmica; CTE). Se estudió el efecto de la incorporación de los óxidos en los procesos termoquímicos de la arcilla (deshidroxilación y formación de mullita) mediante análisis termogravimétrico y térmico diferencial. Las propiedades ópticas fueron estudiadas por colorimetría y espectroscopía UV-Vis. Se obtuvieron cerámicos marrones y negros con fase mayoritaria de mullita, adecuado grado de sinterización, microestructura fina y adecuado comportamiento mecánico y termomecánico. Los resultados obtenidos permiten establecer criterios de diseño preliminares de cerámicos de mullita negra con potencial aplicación en la fabricación de tuberías y/o placas cerámicas refractarias para intercambiadores de calor por concentración solar.