Optimising mechanical strength and bulk density of dry ceramic bodies through mixture design

Abstract

In industrial practice, it is desirable to be able to predict, in an expeditious way, what the effects of a change in raw materials or the proportions thereof might be in the various processing steps towards the final product. When the property of interest is basically determined by the combination (or mixture) of raw materials, an optimisation methodology specific to the design of mixture experiments can be successfully used. In the present study, dry bending strength and bulk density were selected as the properties to model, given the simplicity of their experimental determination and because they are frequently used as quality control parameter in the development and manufacture stages of floor and wall ceramic tiles. Ten formulations of three raw materials (a clay mixture, potash feldspar and quartz sand) were processed in the laboratory under fixed conditions, similar to those used in the ceramics industry, and characterised. The use of this methodology enabled the calculation of valid regression models (equations) relating dry bending strength and bulk density with the contents, in the starting mixture, of the particular raw materials used.<br><br>En el trabajo industrial es deseable poder predecir de manera efectiva, los efectos que los cambios en las materias primas o en sus proporciones pueden ejercer sobre las variables del proceso y como estos afectan al producto final. Cuando la propiedad de interés depende preferentemente de la mezcla de las materias primas, una metodología específica de optimización para el diseño de los experimentos de mezclas puede ser empleada con éxito. En este trabajo, la resistencia mecánica en seco y la densidad se emplearon como los parámetros de control en el desarrollo y producción de azulejos cerámicos para pavimento y revestimiento. Diez formulaciones a partir de tres materias primas ( una mezcla de arcilla, feldespato potásico y arena de cuarzo) fueron procesadas en el laboratorio bajo condiciones fijas que son similares a las empleadas en la industria cerámica y finalmente se procedió a su caracterización. El empleo de esta metodología permite el cálculo de modelos de regresión (ecuaciones) relacionando la resistencia mecánica y la densidad con el contenido en la mezcla de partida de las materias primas.

Keywords

• Experiments design
• Regression models
• Ceramic tiles
• Diseño experimental
• modelos de regresión
• azulejos cerámicos