Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Dec 2008)
Densification and crystalization kinetics of mullite diphasic gels from non_isothermal dilatometry experiments
Abstract
Mullite (3 AI<sub>2</sub>O<sub>3</sub>_2 SiO<sub>2</sub>) was processed by mixing silica and alumina colloids at pH below 3 in a high shear blender. The gels were sieved to ‹ 125 microns and cold isostatically pressed to form rods. The various processes involved during the sintering process such as condensation-polymerization and the competition between mullite crystallization and densification were analysed from constant heating rate equations and rate controlled sintering dilatometer experiments. Changes in the slopes permitted the identification of such processes and the activation energy for mullitization was calculated. Fast firing (20-30 K/min) in the critical mullitization temperature range of 1230-1505<sup>º</sup>C and low heating rates (2-3 K/min) in the viscous flow densification intervals of below 1230<sup>º</sup>C and higher than 1505 gives rise to near full density and fine grain microstructures of sintered mullite. Fast firing and high (0.5 to 1 % /min) densification rate controlled processes seem to be the most suitable approaches to high density gel processed mullite. Amorphous silica is the rate controlling mechanism for the viscous flow densification process before alumina is solved and nucleation and crystallization of mullite appears. Deviations from the linear Frenkel model for viscous flow are also observed.<br><br>Mullita de composición (3Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> -2 SiO<sub>2</sub>) ha sido preparada mezclando coloides de sílice y alúmina en un mezclador de alta velocidad a pH inferior a 3. Los geles formados eran secados, tamizados por debajo de 125 micras y prensados isostáticamrente para formar varillas de unos 6 mm de diámetro. Los diferentes procesos que ocurren durante el proceso de sinterización, tales como polimerización- condensación y la competición entre cristalización y densificación, han sido analizados utilizando las ecuaciones de ecuaciones de velocidad de calentamiento constantte y experimentos de dilatometría utilizando un software que permite realizar ensayos a velocidad de contracción constante. Cambios en las pendientes han permitido la identificación de tales procesos y el calculo de la energia de activación para la formación de mullita. Calentamiento rápido (20-30 K/min) en el rango critico de formación de mullita entre 1230-1505<sup>º</sup>C y bajas velocidades de calentamiento (2-3 K/min) en las zonas de densificación por flujo viscoso daban lugar a mullitas sinterizadas con densidad cercana a la teórica y fina micro-estructura. Altas velocidades de densificación (o,5% a 1%/min) son las mas adecuadas para sinterizar mullita de alta densidad. Flujo viscoso de la sílice amorfa es el mecanismo que controla la velocidad del proceso antes de disolver la alúmina y formar mullita por un proceso de nucleación y crecimiento. Se observan también desviaciones del modelo lineal de Frenkel para el flujo viscoso.
