FRITAS CERÁMICAS CON UN ELEVADO CONTENIDO DE ÓXIDO

DE ALUMINIO - PERSPECTIVAS DE UTILIZACI~N EN LA PRODUCCI~N DE ESMALTES

VITROCRISTALINOS

Julio César Carvalho(l), Eduardo Quinteiro"), Ana Paula M. Menega~zo'~), Marcelo Dias Caridade(z), José Octávio A. Pa~choal'~)

(') ALCOA Alumínio do Brasil S. A. - Divisao de Produtos Químicos Rod. Pocos / Andradas, Km 10 - Pocos de Caldas / MG - Brasil

(2) Centro de Inovacao Tecnológica em Ceramica do Centro Ceramico do Brasil - CITECICCB Rua Nossa Senhora do Carmo, 96 - CEP: 13510-000 - Santa

Gertrudes / SP -Brasil - e-mail: citec-ccb@terra.com.br

Este trabajo ha tenido como objetivo ensayar la aplicabilidad de dos formulaciones de fritas con una elevada cantidad de óxido de alúmina con la potencialidad de producir cristalización durante los ciclos de cocción rápida. Las mezclas para las fritas ZASB y MAS fueron preparadas con tres diferentes alúminas precursoras, manteniéndose la composición química presentada en la Tabla 1. Las mezclas de fusión fueron debidamente pesadas y homogeneizadas en seco en un molino de bolas, durante un tiempo de 5 min. Las mezclas se colocaron en un crisol refractario de ZAS (Circonio-Alúmina-Sflice) para someterlas a fusión. Se utilizó un horno de fusión de laboratorio con velocidad de calentamiento de 5°C /min hasta la temperatura de 1000°C, con permanencia a esta temperatura durante 30 min, el tiempo necesario para la descomposición de los carbonatos precursores. Después se modificó la tasa de calentamiento a una velocidad de 10°C/min, y la temperatura máxima de fusión fue de 1500°C para la frita de composición ZASB y de 1550°C para la frita de composición MAS, con permanencia a la temperatura máxima de 20 min. El material fundido se vertió en agua, a continuación secando las fritas resultantes individuales.

Tabla 1. Formulación en óxidos de las fritas estudiadas y materias primas utilizadas para la preparación de las mezclas de fusión.

Frita de ensayo

ZASB

MAS

Las composiciones de esmalte para el ensayo fueron preparadas de acuerdo con la proporción en masa: frita de ensayo - 59,340%, agua - 35,370%, caolín - 5,180%, carboximetilcelulosa - 0,071% y tripolifosfato sódico - 0,039%. La molienda se realizó en el laboratorio, controlando el tiempo necesario para que las suspensiones dejaran un residuo en masa en la malla de apertura 44 pm entre 2 a 3%. La aplicación se realizó con un equipo de laboratorio sobre la base cruda con engobe. Las piezas cerámicas han sido cocidas en un horno industrial con un ciclo de monococción de 38 min a la temperatura máxima de 1150°C. Con el fin de ajustar las composiciones a las condiciones de cocción utilizadas en el estudio, se adicionó una frita comercial transparente brillante (FT) a ZASB y MAS en las proporciones en masa de 10:90,20:80 y 30:70, respectivamente.

La caracterización se realizó por difracción de rayos X, haciendo el barrido directamente sobre las capas de esmalte consolidadas, utilizando una velocidad de barrido de O,lO/min en el intervalo (20) de 10" hasta 60". La cuantificación de las burbujas se ha realizada en las superficies por análisis de imágenes obtenidas en un microscopio óptico, donde los datos estadísticos resultantes fueron: número de burbujas por mm2 y porcentaje de porosidad total (% de área ocupada por los poros en la superficie) en función del intervalo de diámetro esférico equivalente de burbujas.

Los resultados demuestran que las diferentes alúminas precursoras utilizadas para la preparación de las cargas de fusión no causaron diferencias en el comportamiento de cristalización y fundencia de los esmaltes para las condiciones del experimento. Sin embargo se necesita un estudio mas profunda para el uso de cada una de las alúminas, con vistas a establecer la influencia de este precursor en condiciones de manipulación

PRECURSORES

Óxido de Cinc, Alúmina, Ácido Bórico, Arena Cuarzosa

Carbonato de Magnesio, Alúmina, Arena Cuarzosa

COMPOSICIÓN QUÍMICA (MOLES)

1,00 ZnO

1,00 M g 0

0,53 A1203 0,39 B203

0,70 Alzo3

1,80 S i 0 ,

2,09 S i 0 ,

próximas a aquellas de fusión a escala industrial. Los esmaltes formulados con MAS, como aquellos conteniendo adiciones de FT, se demostraron inadecuados para las condiciones de cocción establecidas en el estudio, resultando en coberturas poco densificadas y mal adheridas al substrato. Sin embargo, la cristalización de Indialita (cordierita hexagonal) fue detectada en estos esmaltes, ocupando una proporción volumétrica superior a 50%. Los resultados apuntan a la necesidad de ajustes en la composición de este esmalte, probablemente introduciendo MAS y cantidades menores de las ensayadas, y aplicadas a productos destinados a las temperaturas superiores de cocción, como en el caso de los esmaltes para el gres porcelánico.

Figura 1. (a) Análisis de difracción de rayos X para las composiciones de esmalte contenido FT e ZASB tratados a 1150°C: G-Ganita, W-Wilemita, Qg-solución sólida con estructura de ~ u a r w ~ f i ; (b) e (c) distribución de portes y

cantidad de burbvjas retenidas para los esmaltes conteniendo 100% ZASB e 80% ZASB-20%FT,

rtspectivamente

El esmalte que contenía solamente ZASB presentó cristalización de las fases gahnita, willemita y de una solución sólida con estructura de cuarzo-p (Figura 1-a). Utilizando solamente la frita FT como precursora, no se detectó cristalizaciones en el esmalte. En las composiciones de ZASB con la adición de FT, se detectó la banda cristalina mayoritaria de gahnita (Figura 1-a), obteniendo esmaltes blancos opacos y con superficie brillante. Además de estas características estéticas interesantes, los esmaltes preparados con ZASB y FT dieron lugar a una cantidad muy pequeña de burbujas residuales, con dimensiones también muy reducidas, siempre inferiores a 40pm, como se puede observar en la Figura 1-c comparada con la Figura 1-b. En cuanto a la dureza obtenida en la escala Mohs, los esmaltes que desvitrifican la fase de gahnita presentaron la dureza 5, significativamente superior a los productos esmaltados comerciales, con una topología brillante que presentan normalmente una dureza entre 3 y 4 en la escala Mohs.

Los resultados indican la viabilidad del desarrollo y utilización de las composiciones que contienen fritas desvitrificables con un alto contenido de óxido de

alúmina juntamente con fritas transparentes, para esmaltes que generan superficies brillantes con unas prestaciones técnicas superiores a los esmaltes comerciales con esta topología.

AGRADECIMIENTOS

A la FAPESE CNPq y FINEP por los recursos y apoyo para la realización de este estudio.