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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2014.tde-24092014-191301
Document
Author
Full name
Leandro Fernandes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Salomão, Rafael (President)
Cabrelon, Marcelo Dezena
Ferreira, Eduardo Bellini
Title in Portuguese
Formação de mulita (3Al2O3.2SiO2"in situ" a partir de diferentes tipos de sílicas amorfas sintéticas (SAS's)
Keywords in Portuguese
Casca de arroz
Cinza da casca de arroz
Mulita
Sílica amorfa
Abstract in Portuguese
Em cerâmicas refratárias, a formação de mulita (3Al2O3.2SiO2) "in situ", a partir da reação entre alumina e sílicas amorfas sintéticas (SAS´s) aumenta a resistência ao choque térmico e à corrosão destes materiais. Essa reação é fortemente afetada pelas características físico-químicas e morfológicas das SAS´s. Este estudo comparou a formação de mulita"in situ" a partir da combinação de alumina calcinada ultrafina (α-Al2O3) com quatro tipos de SAS´s obtidas por diferentes processos de sínteses (precipitação de silicato de sódio, extração da cinza da casca do arroz, extração da casca do arroz e precipitação de vapor de silício elementar) e com características variadas. Inicialmente, esses quatros tipos de SASs foram caracterizados em relação às suas propriedades físico-químicas, microestrutura e morfologia. Em seguida, após mistura com alumina, compactação e sinterização (1100-1500°C) assistida por dilatometria, as amostras foram caracterizadas em relação à sua porosidade, densidade, módulo elástico, resistência à flexão, microestrutura e fases presentes. Verificou-se que as propriedades das estruturas finais foram fortemente afetadas pela mudança de SAS´s. De forma geral e em comparação com as amostras de referência (100% alumina ou 100% mulita pré-formada por eletrofusão), houve significativo ganho de rigidez e tensão de ruptura em menores temperaturas e grande redução de porosidade final. Valores de tensão de ruptura e módulo elástico da ordem de 114 MPa e 308 GPa foram obtidos, respectivamente. A correlação das propriedades obtidas com as características prévias das sílicas mostrou que a área superficial e o volume de poros internos das partículas afetaram mais o ganho de rigidez e redução de porosidade do que o tamanho médio das partículas. Além desse aspecto, a presença de fases de baixo ponto de fusão (em especial nas amostras com microssílica) também contribuiu fortemente para densificação.
Title in English
"In situ" formation of mullite (3Al2O3.2SiO2) from different types of synthetic amorphous silica (SAS's)
Keywords in English
Amorphous sílica
Mullite
Rice husk
Rice husk ash
Abstract in English
In refractories ceramics, the formation of mullite (3Al2O3.2SiO2) "in situ", from the reaction between alumina and synthetic amorphous silica (SAS's) increases the resistance to thermal shock and corrosion of these materials. This reaction is strongly affected by the physic-chemical and morphological features of SAS's. This study compared the mullite formation "in situ" from the combination of calcined alumina with four kinds of ultrafine's SASs obtained by various synthesis processes (precipitation of sodium silicate, from rice husk, extraction of rice husk ash and steam precipitation of silicon metal) and with varying characteristics. Initially, these four kinds of SAS´s were characterized in relation to their physicochemical properties, microstructure and morphology. After compaction and sintering (1100-1500°C) assisted by dilatometry, samples were characterized regarding their porosity, density, elastic modulus, flexural strength, microstructure and phases present. The properties of the final structure were strongly affected by the change of SAS's. In general, and in comparison with reference samples (100% alumina or 100% mullite preform for electrofusion), a significant stiffness gain of strength at low temperature and lower final porosity, respectively. Value of rupture and elastic modulus of the order of 114 MPa and 308 GPa were obtained. The correlation of properties obtained with the prior characterization of SAS´s showed that surface area and the volume of the internal poros of the particles affect the gain more stiffness and lower porosity than the average particle size. Aparts from this, the presence of phases of low melting point (especially in samples with microssilica) also contributed strongly to densification.
 
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lfernandes.pdf (3.91 Mbytes)
Publishing Date
2014-10-06
 
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