Influência do Y2O3 na sinterização rápida de mulita comercial

Abstract

têm tido e continuam tendo um papel significante no desenvolvimento de cerâmicas tradicionais e avançadas [1]. A mulita (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) é um dos materiais cerâmicos mais importantes e extensivamente estudados [2], tendo tornado-se nos últimos anos um grande candidato para as cerâmicas avançadas estruturais e funcionais. As razões para esse desenvolvimento são suas excelentes propriedades: baixo coeficiente de expansão térmica, baixa condutividade térmica e grande resistência a fluência. Outras características muito favoráveis da mulita são a elevada resistência em altas temperaturas e excelente estabilidade em ambientes químicos agressivos [3]. No entanto, a sinterização de pós comerciais de mulita a fim de produzir corpos densos requer elevadas temperaturas (superiores a 1600 o C), em virtude dos baixos coeficientes de difusão do Si 4+ e do Al 3+na rede e contornos de grão do material [4][5][6], o que faz com que pesquisas que visem aumentar a densificação, intensificar a cinética de sinterização e/ou reduzir a temperatura de queima sejam de grande importância para se produzir corpos com elevada resistência e a um custo relativamente menor [7]. Nesse sentido, muito interesse tem sido devotado à análise da influência de aditivos na melhora da sinterabilidade de corpos mulíticos [8][9][10][11]. Os aditivos de sinterização usualmente promovem a formação de fase líquida e diminuição de sua viscosidade durante a queima, aumentando, por conseguinte, a mobilidade dos íons e a difusão no material como um todo. Por outro lado, para se controlar o desenvolvimento microestrutural e se atingir as propriedades desejadas no produto final, parâmetros como a temperatura de sinterização, o tempo de queima e a taxa de aquecimento devem ser controlados e otimizados [12]. Rápidas taxas de aquecimento têm sido reportadas como benéficas para se obter microestruturas refinadas (com pequeno tamanho de grão) e obtenção de elevadas densificações nos corpos cerâmicos [13][14][15][16]. A sinterização rápida baseia-se no uso de elevadas taxas de aquecimento, para que ocorra a passagem rápida através do intervalo de temperaturas onde a difusão superficial controla a coalescência das partículas e prevalece sobre os outros mecanismos de difusão [17]. Na queima rápida objetiva-se aumentar a razão entre a taxa de densificação ResumoA mulita tem se tornado um material forte candidato para uso como cerâmica avançada e funcional. Nesse sentido, muito interesse tem sido devotado no estudo de aditivos de sinterização. Assim, este trabalho tem por objetivo analisar a influência do Y 2 O 3 na queima rápida de mulita comercial. Pó de mulita comercial foi dopado com 0,5, 1,0 e 2,0% de Y 2 O 3 prensado isostaticamente e submetida a ciclos de sinterização rápida a 1600 o C. Foi determinada a densidade dos corpos sinterizados e executada sua análise por difração de raios X e microscopia eletrônica. A sinterização rápida da mulita gera corpos com baixa densidade, enquanto a adição de Y 2 O 3 possibilita atingir elevadas densificações nos corpos mulític...

Effect of MgO addition on the sinterability and mechanical properties of mullite ceramics

“…Mullite is a refractory ceramic of great industrial importance because of its variety of applications since it can be used in traditional applications such as dishes and refractory products as well as in advanced ones, including structural and functional applications [1][2][3][4][5]. Such versatility is because of its properties, namely: low thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, hightemperature resistance, good chemical stability, low density (3.18 g/cm 3 ), excellent creep and thermal shock resistance, high melting point, and excellent electrical resistance [1,2,[5][6][7][8][9][10]. In the Al 2 O 3 -SiO 2 phase diagram, mullite is the only stable crystalline phase up to around 1800 ºC under atmospheric pressure [8][9][10][11].…”

“…In the Al 2 O 3 -SiO 2 phase diagram, mullite is the only stable crystalline phase up to around 1800 ºC under atmospheric pressure [8][9][10][11]. However, due to its high covalent bond degree, and slow diffusion of the Al 3+ and Si 4+ ions in the mullite network and grain boundaries, its production requires high temperatures, above 1600 ºC, and long sintering times to achieve good densification [2,3,6,7,9]. Atisivan et al [12] reported that mullite densification was observed at high temperatures, around 1650 ºC.…”

“…Sintering additives help to reduce the glassy phase viscosity, making easier silicon and aluminum ions diffusion through the mullite network [3,4,13,14]. The reduction in the activation energy for diffusion improves mullite densification and reduces mullitization temperature [2,3,6,7,9,14,15]. This enables the production of high-density mullite at relatively low temperatures which is important for the refractory industry.…”

“…Additives can also influence the morphology, microstructure, and composition of the grains [4,14]. Many studies have been developed on the effect of additives such as MgO [2,4,7,8,[15][16][17][18][19], TiO 2 [20], B 2 O 3 [21], CeO 2 [22], Cr 2 O 3 [23], La 2 O 3 [7], and Y 2 O 3 [2,10,15], on the mullitization temperature, as well as the mullite characteristics and properties after sintering [2-4, 6, 7].…”

Microstructural characteristics, properties, synthesis and applications of mullite: a review

“…Figure 3: SEM micrographs showing: mullite crystals in porcelains sintered at 1350 °C (a,b); mullite samples (density 95%) sintered in microwave oven (1.5 kW, 16 min) (c) and conventional oven (high vacuum) at 1650 ºC/2 h (d)[29]; mullite samples sintered at 1600 °C with heating rates of 5 °C/min (density 90%) (e) and 80 °C/min (density 78%) (f)[30].…”