Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Mar 2022)
Processing of mullite–glass ceramics using simplex-centroid design: Densification process dominated by liquid-phase sintering
Abstract
Mullite is one of the preferred aluminosilicates for both traditional and advanced ceramics. This paper reports the use of simplex-centroid mixture design to prepare mullite–glass ceramics by reactive sintering. The phase composition and technological properties of formulations containing kaolinitic clay, kaolin waste and alumina were investigated after sintering at 1400 °C. The sintering behavior was assessed by dilatometry. Microstructural analysis indicated the crystalline phases mullite, residual quartz, cristobalite, and α-alumina. A glassy phase was also identified as a matrix embedding mullite grains (as seen by X-ray diffractometry and scanning electron microscopy). In kaolin waste-rich formulations, a liquid phase sintering mechanism favored the densification process and the mechanical resistance. Highly significant statistical models allow correlating the concentrations of raw materials with linear firing shrinkage, water absorption and apparent porosity. Overall results stand out for the potential of using kaolin waste in the preparation of mullite–glass ceramics. Resumen: La mullita es uno de los aluminosilicatos preferidos para la producción de cerámicas tradicionales como avanzadas. Este artículo informa sobre el uso del diseño de mezclas simplex con centroide para preparar materiales cerámicos de mullita-vidrio a través de la sinterización reactiva. Las fases presentes en el material y las propiedades de las formulaciones que contienen arcilla caolinítica, residuos de caolín y alúmina se investigaron después de la sinterización a 1.400°C. El comportamiento del material cerámico sinterizado se evaluó por dilatometría. Por otra parte, el análisis microestructural mostró la presencia de fases cristalinas de mullita, cuarzo residual, cristobalita y α-alúmina. También se identificó una fase vítrea como una matriz que incorpora granos de mullita (se demostró por difractometría de rayos X y microscopía electrónica de barrido). En las formulaciones ricas en residuo de caolín, la sinterización en fase líquida favoreció el proceso de densificación y la resistencia mecánica. Los modelos estadísticos altamente significativos permiten relacionar las concentraciones de materias primas con la contracción de cocción lineal, la absorción de agua y la porosidad aparente. Los resultados generales destacan el uso de residuo de caolín en la preparación de materiales cerámicos tipo mullita-vidrio.
