Influência da atmosfera de sinterização sobre as propriedades elétricas de porcelanas aluminosas contendo diferentes concentrações de Fe2O3

Abstract

Este trabalho investigou a influência da atmosfera de sinterização sobre as propriedades elétricas de porcelanas aluminosas contendo diferentes concentrações de Fe2O3, sinterizadas em condições oxidantes e redutoras. A influência de tais variáveis sob a microestrutura, fases formadas e as propriedades elétricas foram investigadas com o auxílio de técnicas como difração de raios x, microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de impedância. Os corpos cerâmicos foram formulados a partir de uma formulação obtida da literatura, considerada aplicável para porcelanas aluminosas de alto desempenho: 30 %p de feldspato, 30 %p de caulim e 40 %p de alumina. As formulações contendo diferentes concentrações de Fe2O3 foram divididas em dois grupos. Um primeiro queimado em ar atmosférico para criar a condição oxidante e um segundo queimado em solução gasosa CO/CO2 para criar uma condição redutora. Para as condições redutoras utilizou-se uma técnica conhecida como “cama de grafite”. As temperaturas de queima praticadas foram 1200, 1250 e 1300 °C. A análise dos corpos cerâmicos após queima indicou que todas as amostras apresentaram mullita e coríndon como fases majoritárias e pequenas frações de quartzo. Hematita e ferro metálico foram observados para as amostras contendo elevada concentração de Fe2O3. Para as condições oxidantes, a adição de Fe2O3 provocou uma diminuição na resistividade das amostras. A maior resistividade elétrica apresentada pela amostra contendo 3 %p de Fe2O3 foi atribuída à elevada presença de mullita. A presença de hematita para as amostras contendo acima de 3%p de Fe2O3 foi considerada como responsável pela diminuição na resistividade elétrica. A adição de Fe2O3 resultou em um aumento na resistividade das amostras sinterizadas em atmosfera oxidante. Esse aumento foi atribuída à elevada quantidade de fase vítrea de baixa condutividade e ao elevado número de poros para formulações contendo > 3%p de Fe2O3. Os resultados permitiram concluir que embora a presença de 3 %p de Fe2O3 seja vista como a concentração máxima aceitável, maiores teores de Fe2O3 podem ser utilizados para a produção de isoladores elétricos de porcelana.

This study investigates the influence of sintering atmosphere on the electrical properties of aluminous porcelains containing different concentrations of Fe2O3, sintered in oxidizing and reducing conditions. The influence of these variables on the microstructure, phase formation and electrical properties were investigated with the aid of techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. The ceramic bodies were made from a formulation obtained from literature, aluminous porcelains considered applicable to High Performance: feldspar 30 wt%, 30 wt% kaolin and 40 wt% alumina. Formulations containing different concentrations of Fe2O3 were divided into two groups. A first burned in the atmospheric air to create the oxidizing condition and a second solution burned gas CO/CO2 to create a reducing condition. For the reducing conditions employed a technique known as "bed graphite." The firing temperatures were 1200, 1250 and 1300 ° C. The analysis of the ceramic bodies after sintering indicated that all samples showed corundum and mullite as major phases and small fractions of quartz. Hematite and metallic iron were observed for samples containing high concentration of Fe2O3. For oxidizing conditions, the addition of Fe2O3 caused a decrease in the resistivity of the samples. The higher electrical resistivity presented by the sample containing 3 wt% Fe2O3 was attributed to the high presence of mullite. The presence of hematite for samples containing up to 3 wt% Fe2O3 was considered responsible for the decrease in electrical resistivity. The addition of Fe2O3 resulted in an improvement in resistivity of the sample sintered in oxidizing atmosphere. This improvement is attributed to the high amount of glassy phase of low conductivity and high number of pores for formulations containing> 3 wt% Fe2O3. The results showed that although the presence of 3 wt% Fe2O3 is seen as the maximum acceptable concentration, higher concentrations of Fe2O3 can be used for the production of electrical porcelain insulators.