Estudo de diferentes processos de obtenção de mulita para aplicação refratária

Abstract

Neste trabalho foi realizado um estudo de três diferentes métodos de obtenção de peças cerâmicas de mulita. Na primeira rota, as peças foram produzidas por um processo de sinterização reativa, que envolve a decomposição térmica da caulinita e posterior reação com a alumina. A segunda rota utilizou uma sinterização reativa decorrente da reação no estado sólido de fontes puras de alumina e sílica amorfa. A terceira rota utilizou pó comercial de mulita eletrofundida. As misturas dos pós foram prensadas uniaxialmente e sinterizadas em temperaturas entre 1000°C e 1600°C, utilizando um forno resistivo. A identificação das fases presentes foi realizada pelo método de difração de raios X. A microestrutura dos corpos cerâmicos sinterizados foi analisada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A caracterização tecnológica das amostras foi feita a partir de medidas de densidade e porosidade realizadas pelo método de Arquimedes. Medidas de microdureza Vickers e ensaios de flexão a quatro pontos foram utilizados para avaliar a resistência mecânica dos corpos sinterizados. Por último, foi realizada uma análise qualitativa da resistência ao choque térmico, através de um ensaio a 1000◦C, com resfriamento em água. O estudo mostrou que as três rotas desenvolvidas no trabalho foram capazes de produzir corpos cerâmicos sinterizados com alto teor de mulita. Os melhores resultados para as medidas de densidade e resistência a flexão foram das amostras sinterizadas a 1600°C pela primeira rota, que também apresentaram bons resultados no ensaio de choque térmico. Essa condição de sinterização foi a que apresentou a melhor relação custo/benefício entre todos os processos estudados.

In this study, we have investigated the sintering of mullite by three different methods. In the first case, the mullite was reaction sintered by thermal decomposition of kaolinite, followed by reaction with alumina. The second method involved reaction sintering of mullite by solid state reaction of pure silica and alumina. The third route employed commercial electrofused mullite powder. The mixtures of powders were compacted by die-pressing and sintered at temperatures between 1000 ° C and 1600 °C using a resistive furnace. The phase identification was performed by X-ray difractometry. The microstructure was studied by scanning electron microscopy (SEM). The technological characterization of the specimens was made by measurements of density and porosity using the Archimedes method. The four-point bending technique and Vickers microhardness were used to measure the mechanical properties. The thermal shock resistance was qualitatively evaluated by quenching in water of pieces heated to 1000 ◦ C. Sintered ceramic bodies with a high content of mullite were produced following the three investigated routes. The higher values of density and bending strength were achieved by specimens produced by the first method and sintered at 1600 °C, which also showed good results in the thermal shock test. These sintering conditions showed the better Cost/Benefit relationship between all the studied processing routes.