Caracterização de cerâmicos filossilicatos cauliníticos após sinterização e avaliação de suas propriedades para aplicações eletrônicas

Abstract

Argilominerais como caulinitas e haloisitas são comumente usados em diversas aplicações tanto em cerâmicas tradicionais quanto em cerâmicas de alto valor agregado devido a sua abundância natural, baixo custo e boa capacidade de processamento. O presente estudo visa compreeender o funcionamento desses materiais para possíveis aplicações microeletrônicas futuras através do caracterizamento das propriedades desses cerâmicos fillossilicatos antes e depois da sinterização a 1300 ºC e 1400 ºC. As amostras cerâmicas foram obtidas à base de caulim, haloisita e uma mistura desses dois componentes, cuja estrutura morfológica difere: enquanto a caulinita possui morfologia esferoidal e em forma de plaquetas, a haloisita apresenta-se em nanotubos. Uma outra mistura desses caulins com outros óxidos também foi caracterizada para ressaltar os efeitos das composições. Após obtenção das amostras através de tape casting, parte delas foram sinterizadas e analisadas quanto às suas propriedades físicas e mecânicas e suas propriedades dielétricas, visando o seu possível uso em alta tecnologia para aplicações eletrônicas no futuro. Os ensaios realizados para a caracterização foram: densidade aparente, porosidade aparente, absorção de água, compressão diametral, constante dielétrica (ɛ′), perda dielétrica (também conhecida como tangente de perda, tan δ) e fator de perda dielétrica (ɛ″), além de análise da microestrutura por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados experimentais indicam que as melhores propriedades eletrônicas foram obtidas utilizando-se de maior temperatura de sinterização, tanto para os ensaios físicos quanto os mecânicos, explicados por uma melhor densificação e menor porosidade. Resultados razoáveis, porém não totalmente conclusivos também foram encontrados analisando-se a constante dielétrica, a perda dielétrica e o fator de perda dielétrica para as amostras de caulim sinterizadas à 1400 ºC. Além disso, a observação da microestrutura indicou que uma melhor densificação ocorreu nas amostras de maiores temperaturas por terem porosidade reduzida, configurando assim um possível uso futuro em aplicações eletrônicas de alta tecnlogia, principalmente para os cerâmicos oriundos de nanotubos de haloisita.

The present study aims at characterizing the differences in properties of use for various phyllosilicates-based ceramics shaped by tape casting before and after sintering at 1300°C and 1400°C. In this work, the ceramics samples were prepared from kaolin, halloysite as main raw materials with less accessory phases, and a mixture of kaolin with halloysite. Another mixture with kaolin with other oxides were also characterized in order to highlight the effects of those compositions on the mechanical and dielectric properties in agreement with the structural and microstructure changes. Experimental results showed significant effects of the composition on dielectric properties and the sintering temperature on physical properties. Furthermore, the microstructure observation indicated that a better densification occurs on higher temperature samples decreasing the porosity. Dielectric constant (ɛ′), dielectric loss tangent (tan δ) and loss factor (ɛ″) were measured at 21 frequencies in the range 100 KHz to 1 MHz. The results reveal that kaolin KRG has a better dielectric property on the samples fired at 1300°C and 1400°C. Mechanical properties of the samples were analyzed by the use to the Brazilian test and it was shown a higher resistance from samples of mixtured kaolin and halloysite sintered at 1400°C. These results prove that the higher sinter temperature samples have the better results, explained by a better densification and lower porosity, in which, improved the resistance in the mechanical properties. Reasonable results were also found on the dielectric constant, dielectric loss tangent and loss factor of the dialectical properties.