Efecto de la temperatura de sinterizado en propiedades de compositos de CaAl₄O₇/CaZrO₃

Abstract

El zirconato de calcio (CaZrO₃) es un compuesto con alto punto de fusión de 2612°C de estructura cristalina ortorrómbica que posee importantes aplicaciones entre las cuales se destaca su empleo como material constituyente de compositos refractarios: CaAl₄O₇/CaZrO₃, MgO/CaZrO₃ (para la industria del cemento) y como material refractario para la industria metalúrgica del titanio. El dialuminato de calcio o CaAl₄O₇ (una de las fases principales presentes en los compositos estudiados) es un compuesto refractario con un elevado punto de fusión de 1765 ± 25 °C que constituye uno de los componentes principales de los cementos de alta alúmina y es conocido como CA₂ según la nomenclatura cementicia. Este compuesto ha suscitado gran interés en el campo de los materiales refractarios por presentar un muy bajo coeficiente de dilatación térmica (a= 4.1 10-6°C-1) por lo cual posee una alta resistencia al choque térmico. De acuerdo con lo mencionado, los compositos de CA₂-CaZrO₃ presentan buena refractariedad, resistencia mecánica y bajo coeficiente de dilatación térmica (buena resistencia al choque térmico) que son condiciones requeridas en cerámicos estructurales livianos. En este trabajo se elaboraron cerámicos basados en CA2/CaZrO₃ a partir de la mezcla de cemento de alta alúmina (HAC), m-ZrO₂, CaCO₃ y α-Al₂O₃. Las mezclas fueron procesadas en molino con bolas de zirconia por 1 hora. Las probetas cilíndricas se obtuvieron por prensado uniaxial y sinterización a 1300, 1400 y 1500°C. Se estudió el efecto de la temperatura de sinterizado y de la molienda sobre la composición y la densificación de los cerámicos. El procesamiento de las mezclas por molienda tuvo como objetivo acelerar la reacción del sistema hacia la formación de las fases de interés (CA₂/CaZrO₃). La reacción se siguió por análisis térmico diferencial y gravimétrico (ATD-TG) y difracción de rayos X (DRX). El volumen y la distribución de tamaño de poro se determinaron por porosimetría de mercurio y la expansión térmica usando un dilatómetro. En los cerámicos se determinaron como fases principales CaAl₄O₇ (CA₂), CaZrO₃, y CaAl₂O₂ (CA) y c-ZrO₂ como fase secundarias. La molienda produjo un aumento en la formación de CA₂ y CaZrO₃ y un decrecimiento en el contenido de c-ZrO₂. A su vez el efecto de la molienda y del tratamiento térmico determinó una microestructura uniforme donde el CA₂ constituye la matriz conteniendo granos de CaZrO₃. El coeficiente de expansión térmica en el composito sinterizado a 1400°C fue de 6 10-6°C-1 similar al correspondiente a cerámicos basados en mullita.