Microestructura, expansión térmica, dureza y parámetros termodinámicos de materiales de cordierita sintetizados a partir de minerales arcillosos naturales de arcilla y magnesia

Se prepararon materiales cerámicos de cordierita duras, de bajo costo y dimensionalmente estables mediante reacción sinterizando dos minerales arcillosos naturales de arcilla y magnesia sintética. La microestructura y la dureza de los materiales desarrollados se caracterizaron por un microscopio electrónico de barrido y un probador de dureza, respectivamente. Se utilizaron análisis térmicos diferenciales, dilatometría y espectroscopía Raman para analizar la transformación de fases y el comportamiento de sinterización. El coeficiente de expansión térmica (α) se determinó a partir de experimentos de dilatometría. La microestructura de la muestra DT00M sintetizada a partir de una mezcla de polvo estequiométrico (minerales arcillosos y magnesia sintética) consistió únicamente en cordierita. Mientras que las fases cordierita silicato de magnesio y safirina estaban presentes en las muestras DT04M y DT08M preparadas a partir de mezclas de polvo no estequiométricas que contenían un exceso de magnesia del 16 y 20% en peso, respectivamente. Los valores de la energía de activación (Ea) y el factor de frecuencia (A), para cristales de cordierita, variaron de 577 a 951kJ/mol, y 1,54×1018 a 1,98×1030 S-1, respectivamente. El parámetro cinético n para la formación de cordierita tenía valores entre 2 y 3. Mientras que los valores de energía libre de Gibbs (ΔG#), entalpía (ΔH#) y entropía (ΔS#) se encontraron en el rango 431-483kJ/mol, 564-938kJ/mol y 70-313J/mol, respectivamente. Las muestras sinterizadas a 1.300°C durante 2h mostraron mayores valores de dureza en comparación con las sinterizadas a 1.250°C. La muestra DT04M tuvo el mayor valor de dureza de 9,45GPa, lo que demuestra un aumento del 12,5% con respecto a la cordierita monolítica (DT00M). En el rango de temperatura de 100-1.300°C, las muestras DT04M y DT08M mostraron una mejor estabilidad dimensional en comparación con la cordierita monolítica. La muestra DT08M mostró la expansión térmica más baja (α=2,32×10-6°C-1), lo que demuestra una disminución del 31,3% con respecto a la cordierita monolítica.

ver enlace