Los compositos basados en CA₂ (CaAl₄O₇)/ presentan interesantes propiedades termomecánicas que permiten su aplicación como materiales aislantes, componentes estructurales, filtros a elevadas temperaturas y ambientes corrosivos (1). En particular, la presencia de dialuminato de calcio (CA₂) proporciona a los compositos un bajo coeficiente de dilatación térmica similar al de la mullita (2,3). El zirconato de calcio (CaZrO₃) presenta un alto punto de fusión de 2612°C y diversas aplicaciones como sensores en estado sólido, termistores a altas temperaturas y electrolitos sólidos en celdas de combustible. En este trabajo se elaboraron compositos basados en CA₂ /CaZrO₃ a partir de mezclas de polvos comerciales de cemento de alta alúmina (HAC), ZrO₂ pura, Al₂O₃ y CaCO₃. La mezcla se procesó en un molino de alta energía con bolas de zirconia durante 1 hora empleando dos velocidades distintas: 500 y 800 rpm. La mezcla obtenida por molienda se prensó y luego se calcinó a 1400°C. La reacción se siguió por técnicas de análisis térmico (ATD-TG) y difracción de rayos X (DRX). La microestructura se analizó por SEM. La densidad se determinó por picnometría. La distribución de volumen y  tamaño de poros se determinó por porosimetría de mercurio. En las muestras sinterizadas se encontraron como fases principales CA₂ y CaZrO₃ y como fases secundarias CaAl₂O₄ (CA) y c-ZrO₂. Por efecto de la molienda se observó un aumento en la formación de CA₂ y CaZrO₃ y una disminución del contenido de CA.

En la mezcla en verde sin moler se determinó un tamaño medio de partícula de d₅₀=9.8 µm mientras en las mezclas obtenidas por molienda a 500 y 800 rpm este tamaño de partícula se redujo a d₅₀=3 µm, produciendo un incremento de la densidad del composito que resultó en promedio de 3.6 g/cm³.

ABSTRACT

The composites based on CA₂ (CaAl₄O₇) exhibit interesting thermomechanical properties that allow their application as insulating materials, structural components, filters at high temperatures and corrosive environments (1). In particular, the presence of calcium dialuminate (CA₂) provides composites with low coefficient of thermal expansion similar to mullite (2,3). Calcium zirconate (CaZrO₃) has a high melting point of 2612 °C and various applications such as solid state sensors, thermistors at high temperatures and solid electrolytes in fuel cells. Composites based on CA₂ /CaZrO₃ from mixtures of commercial powders of high alumina (HAC), pure ZrO₂, Al₂O₃, and CaCO₃ cement were developed in this work. The mixture was processed in a high energy mill with zirconia balls for 1 hour using two different speeds: 500 and 800 rpm. The mixture was obtained by uniaxial pressing and then calcined at 1400 °C. The reaction was followed by thermal analysis (DTA-TG) and X-ray diffraction (XRD). The microstructure was analyzed by SEM. The density was determined by pignometry. The volume and pore size distribution was determined by mercury porosimetry. In the sintered samples were found as main phases CA₂ and CaZrO₃ and CaAl₂O₄ (CA) and

c-ZrO₂ as secondary phases. Effect of milling produced an increase in the formation of CA₂ and CaZrO₃ and a decrease in the content of CA. In the green mixture without grinding was determined a size medium particle of d₅₀ = 9.8 µm while in mixtures obtained by grinding at 500 and 800 rpm this particle size was reduced to d₅₀ = 3 µm, producing an increase in the density of the composite that resulted in density of 3.6 g/cm³.

referencias

1. Y. Suzuki, N. Kondo, T. Ohji, “ In Situ Synthesis and Microstructure of Dense CaAl₄O₇ Monolith and CaAl₄O₇/CaZrO₃ composites”, Key Engineering Materials,  Vol. 977(2001) p. 206-213. (paper)
2. S. Jonas, F. Nadachowski, D. Szwagierczak, “Low termal expansion refractory composites based on CaAl₄O₇”, Ceramics International, Vol. 25 (1999) p. 77-84. (paper)
3. S. Jonas, F. Nadachowski, D. Szwagierczak, G. Wójcik, “Thermal expansion of CaAl₄O₇ based refractory compositions containing MgO and CaO additions”, Journal European Ceramic Society, Vol. 26(2006) p. 2273-2278. (paper)

Tópico del Congreso o SIMPOSIO: T10

presentación (oral o póster): P (poster)