Desarrollo y estudio de cerámicos de alúmina de bajo coeficiente de dilatación térmica del sistema Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>-SiO<SUB>2</SUB>-Li<SUB>2</SUB>O

Abstract

Los materiales de alúmina conforman una familia de materiales cerámicos cuyo componente principal es el óxido de aluminio (Al2O3). El desarrollo de estos materiales ha sido tema de investigación desde la década de 1930 pero aún siguen siendo motivo de estudio nuevas estrategias de fabricación de estructuras cerámicas basadas en alúmina mediante la modificación de la composición o de algunas de las etapas de procesamiento. Por otro lado, si bien el espodumeno (LiAl(SiO3)2) se utiliza como fuente de litio y como materia prima o aditivo en pastas cerámicas, esmaltes cerámicos y en la industria del vidrio, recientemente se ha propuesto ser utilizado en aplicaciones estructurales. En el presente trabajo se obtuvieron y caracterizaron con éxito materiales de alúmina-mullita a partir de polvos comerciales finos de espodumeno y de alúmina calcinada a una temperatura de 1400°C. Se exploraron composiciones entre 15 y 45 % en peso del primero, siendo esta la principal variable de procesamiento estudiada. La microestructura desarrollada consistió en una matriz de granos de alúmina, acompañada por granos de mullita redondeados, embebidos en una fase vítrea perteneciente al sistema Al2O3-SiO2-Li2O. No se observaron fases cristalinas de litio. Se confirmó que el espodumeno es un aditivo adecuado para obtener materiales cerámicos aluminosos densos. La información recopilada podría utilizarse para obtener una amplia gama de materiales con propiedades termo-mecánicas específicas mediante la modulación de la proporción de espodumeno-alúmina solamente.

Alumina materials form a family of ceramic materials whose main component is aluminum oxide (Al2O3). The development of these materials has been subject of research since the 1930s, but new strategies for manufacturing alumina-based ceramic structures by modifying the composition or some of the processing stages are still under study. On the other hand, spodumene (LiAl(SiO3)2) is used as a source of lithium and as a raw material or additive in ceramic paste, ceramic glaze and glass industry, also it has recently been proposed to be used in structural applications. In the present work, alumina-mullite materials were successfully processed and characterized from fine commercial spodumene and calcined alumina powders at a temperature of 1400°C. The proportion between 15 and 45% wt of spodumene were explored, being this the main processing variable explored. The microstructure developed consisted of an alumina grain matrix, accompanied by rounded mullite grains, embedded in a glass phase belonging to the Al2O3-SiO2-Li2O system. No lithium crystalline phases were observed. It was confirmed that spodumene is a suitable additive to obtain dense alumina containing ceramic materials. The collected information could be used to obtain a wide range of materials with specific thermo-mechanical properties only by modulating the spodumene-alumina proportion.