Cerâmica (Dec 2010)
Technique for optimization of ceramic bodies using mixture design Técnica para otimização de corpos cerâmicos usando projeto de misturas
Abstract
In the production of wall and floor ceramic tiles, mixtures of raw materials from several origins with different physical and chemical characteristics are used. Those changes of raw materials alter the quality of the finished product, what implicates in the constant reformulation in the composition of the ceramic mass through try and error, consuming time and materials. This configures the ideal circumstance to apply the techniques of experiments design, often used in many areas to model properties of such ceramic bodies. In the present study, 21 formulations of six raw materials, namely talc, quartz, calcareous, phyllite, dolomite and clay were selected and used as control factors in the experiments design. Those formulations were processed under conditions similar to those used in the ceramics industry: powder preparation (wet grinding, drying, granulation and drying), green body preparation (pressing and drying), firing (at 1180 ºC) and characterization. With the experimental results, regression models were calculated, relating bending strength, linear firing shrinkage and water absorption. After statistical analysis and verification experiments, the significance and validity of the models were confirmed, and one technique for optimization of ceramic bodies was developed: a mathematical expressions denominated loss of quality function. The regression models and the developed technique of the loss quality can then be used for the best combination of those six raw materials to produce a ceramic body with specified properties.Na produção de revestimentos cerâmicos para parede e piso, são usadas misturas com matérias-primas de diversas regiões com características físicas e químicas diferentes. Essas mudanças de matérias-primas alteram as qualidades do produto final, o que implica em constante reformulação na composição de massas cerâmicas através de tentativas e erros, consumindo tempo e material. Isso configura a circunstância ideal para aplicar as técnicas de projeto de experimentos, freqüentemente usadas em outras áreas para modelar as propriedades mecânicas de corpos cerâmicos. No presente estudo, 21 formulações foram desenvolvidas a partir de seis matérias-primas utilizadas como fator de controle no projeto de experimento: talco, quartzo, calcário, filito, dolomita e argila. Essas misturas foram processadas em condições semelhantes aquelas usadas na indústria cerâmica: preparação da massa (moagem a úmido, secagem, granulação) preparação do corpo verde (prensagem e secagem) aquecimento (a 1180 ºC) e caracterização. Com os resultados experimentais foram calculados os modelos de regressão relacionando resistência à flexão, retração linear e absorção de água. Depois da análise estatística e verificação dos experimentos, o nível de significância e validades dos modelos foram confirmados, e uma técnica para otimização dos corpos cerâmicos foi desenvolvida, com expressões matemáticas denominadas função perda de qualidade.Os modelos de regressão e a técnica desenvolvida de perda de qualidade podem então ser usados para a melhor combinação daquelas seis matérias-primas para produzir um corpo cerâmico com propriedades específicas.
Keywords
