Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Jan 2022)
Influence of heating temperatures on structure and microstructure of chamotte–carbon composites
Abstract
The reaction between chamotte and active carbon at high temperature and low oxygen partial pressure conditions has been investigated. Both components react at temperatures above 1400 °C where cristobalite is reduced by the carbon while increases the mullite content. At 1600 °C mullite tends to disappear due to the reduction reaction leading to the formation of alumina. The reaction between chamotte and active carbon in these conditions produces the reduction of silica and mullite. This process increases with the reaction time although not all the active carbon is consumed. The graphite nanodomain size of the active carbon tends to decrease with respect to the original size with both the temperature and the reaction time. The microstructures of the obtained materials present a glassy phase due to the inherent presence of impurities in chamotte, and where small particles, pores and mullite needles are also observed. The presence of this glassy phase becomes more pronounced with the treating temperature while solid particles and pores tend to disappear, moreover, the formation of the glassy phase occurs in a less extent due to the higher concentration of active carbon. The presence of the liquid glassy phase also favours the formation of the long-needle like mullite crystals. Resumen: Se ha estudiado la reacción que ocurre entre chamota y carbono activo a alta temperatura y en atmósfera con baja presión parcial de oxígeno. Ambos compuestos reaccionan a temperaturas superiores a los 1.400 °C y ocurren con la reacción de reducción de la cristobalita y aumento del contenido en mullita. A 1.600 °C la mullita tiende a desaparecer por reducción, lo que conlleva la aparición de alúmina. La reacción de chamota y carbono activo en estas condiciones produce la reducción de la sílice y la reducción de la mullita. Este proceso aumenta con el tiempo de reacción, aunque no se consume todo el carbón activo. El tamaño de los nanodominios de carbono tiende a disminuir con respecto a su tamaño original tanto con la temperatura como con el tiempo de reacción. La microestructura de los materiales obtenidos presenta una fase vítrea originada por las impurezas de la chamota y donde también se pueden observar pequeñas partículas, poros y agujas de mullita. La presencia de esta fase vítrea es más pronunciada con la temperatura de tratamiento mientras que las partículas y los poros tienden a desaparecer. Además, la formación de esta matriz vítrea es menor cuando aumenta el contenido en carbono. La presencia de la fase líquida de vidrio favorece la formación de agujas de mullita.
