Cerâmicas de mulita obtida do topázio, fabricação por sinterização, caracterizações microestrutural, elétrica e mecânica / Cerâmicas de mulita obtida do topázio, fabricação por sinterização, caracterizações microestrutural, elétrica e mecânica

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2007

RESUMO

O topázio incolor, transparente e de alta pureza utilizado neste trabalho para produzir mulita com a razão Al2O3/SiO2 igual a 1,63 (mulita 1,63:1) e com nível de impureza menor do que 0,26% em peso é do Estado de Minas Gerais. O número de lacunas de oxigênio por célula unitária (x) da mulita 1,63:1 foi igual a 0,30. A mulita foi produzida pela decomposição térmica do mineral topázio incolor à temperatura de 1340C durante 3h e resfriado naturalmente no forno, em atmosfera oxidante (ar). Foram preparadas soluções sólidas de mulita com razão Al2O3/SiO2 variando de 1,39 a 1,80 por meio da adição de sílica ou alumina à mulita 1,63:1, com objetivo de verificar o efeito da variação da razão alumina/sílica sobre suas propriedades elétricas. Cerâmicas de mulita do topázio foram preparadas pelos processos de prensagem e de colagem. No processo de prensagem foram utilizados pós de mulitas (1,39:1 ; 1,63:1 e 1,80:1) com diferentes granulometrias e pressões de compactação de 60kN/cm2 e 100kN/cm2, sem a utilização de aglomerantes. No processo de colagem foram utilizados barbotinas de topázio incolor e de mulita 1,63:1, sem a adição de defloculante. Os corpos verdes foram sinterizados a 1600oC por 4h, em ar. As densificações variaram de 78,48% a 99,68% da densidade teórica de 3,16g/cm3. RMN-MAS do 27Al e 29Si e difração de raios X, foram utilizados para caracterizar as estruturas de mulitas obtidas por tratamento térmico do topázio a 1340C e a 1600C. As duas técnicas revelaram a formação de uma mulita muito pura. Nenhuma dessas técnicas detectou fase amorfa nas diferentes amostras de mulita. O espectro de RMN-MAS do 29Si mostrou quatro picos de ressonância em -81, -86 e -90 e -94ppm. O pico em -81ppm corresponde ao silício próximo à lacuna de oxigênio na estrutura da mulita. O pico em -86ppm foi relacionado ao sítio tipo silimanita e é a contribuição principal variando de 42 a 50%. Os outros dois picos, em -90ppm e -94ppm, têm sido interpretados como sendo resultantes do rearranjo do sítio tipo silimanita pela substituição dos tetraedros AlO4 pelo SiO4. Os dados de RMN-MAS do 27Al exibiram três diferentes picos para as amostras de mulita: dois são atribuídos aos sítios tetraédricos em 40-45 e 63-67ppm, enquanto o terceiro é atribuído a um sítio octaédrico em cerca de - 6ppm. A razão dos sítios de alumínio tetraédrico para octaédrico depende da temperatura usada no tratamento térmico, sendo mais alta em 1600C. Medidas de resistividades elétricas de cerâmicas de mulita 1,63:1 e de suas soluções sólidas foram realizadas entre 25o e 324C. As resistividades elétricas variaram de 1010ohm.m, 25oC, de 104ohm.m a 324C. As energias de ativação variaram entre 0,78eV e 0,88eV. Nas condições experimentais utilizadas, a mulita 1,63:1 e suas soluções sólidas apresentaram comportamento de semicondutor intrínseco. Os valores das resistividades elétricas aumentaram com o aumento do teor de alumina. O ensaio de tração por compressão diametral foi utilizado para caracterizar a resistência de cerâmicas de mulita, prensadas a 100kN/cm2 e sinterizadas a 1600C durante 4h, em ar. Os valores das resistências à ruptura para uma probabilidade de falha de 50%, variaram de 41 a 52MPa e o módulo de Weibull (m) variou de 5 a 10. Também foi determinado para estas cerâmicas a tenacidade à fratura (KIc) utilizando a indentação Vickers por medida direta de traços de trincas. O valores médios encontrados para KIc e para a dureza Vickers foram de 1,5MPam1/2 e 10GPa, respectivamente. Palavras-chave: topázio, mulita, cerâmicas, RMN-MAS do 27Al e 29Si, resistividade elétrica.

ASSUNTO(S)

1. mulita - teses. 2. cerâmica - teses. 3. minerais silicatados - teses. i. universidade federal de ouro preto. ii. título. processos de fabricacao 1. mulita - teses. 2. cerâmica - teses. 3. minerais silicatados - teses. i. universidade federal de ouro preto. ii. título.

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