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Resumo Mulita é um aluminossilicato com grande importância na tecnologia cerâmica. Sua síntese através de métodos químicos tem sido extensivamente estudada, no entanto, não se observam estudos da sua obtenção pelo método Pechini. Assim, este estudo teve por objetivo a síntese de mulita por meio deste método. Foi avaliada a influência de diversos solventes na obtenção da mulita pela rota Pechini. As características dos pós foram avaliadas por difração de raios X, análise térmica (TG/DTG), adsorção de nitrogênio (BET), microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência do método Pechini, bem como a influência dos solventes na obtenção da fase, sendo a mulita obtida como fase majoritária e com maior cristalinidade quando do uso do álcool etílico como solvente. Abstract Mullite is an aluminosilicate with great importance in ceramic technology. Its synthesis through chemical methods has been extensively studied, however, no studies of its obtention by the Pechini method are observed. Thus, this work aimed to synthesize mullite using this method. The influence of several solvents in obtaining the mullite by the Pechini route was evaluated. The characteristics of the powders were evaluated by X-ray diffraction, thermal analysis (TG/DTG), nitrogen adsorption (BET), scanning and transmission electron microscopy. The results obtained proved the efficiency of the Pechini method, as well as the influence of the solvents in obtaining the phase, being the mullite obtained as the majority phase and with greater crystallinity when using ethyl alcohol as a solvent.

A sinterização ultrarrápida por micro-ondas é uma técnica que oferece enorme potencial para a fabricação de diversos materiais cerâmicos com microestruturas cerâmicas diferenciadas. Assim, este trabalho teve por objetivo sinterizar compósitos cerâmicos do tipo mulita-cordierita em forno de micro-ondas. Para realizar essa pesquisa, foi utilizado um compósito 60%mulita-40%cordierita, originário da empresa Scimarec Co. Amostras desse compósito foram sinterizadas em forno convencional e por sinterização ultrarrápida em forno de micro-ondas. A caracterização foi feita por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e determinação de densidade aparente. A sinterização ultrarápida do compósito por micro-ondas foi realizada em menos de 10% do tempo gasto para realizar a sinterização convencional e apresentou mesmos mecanismos de sinterização com potencia e tempo controlados.Microwave fast sintering is a technique with a huge potential for the manufacture of a variety of ceramic materials with controlled ceramic microstructures. The objective of the present work was the microwave fast sintering of mullite-cordierite type ceramic composites in a microwave oven and to examine the influence of power and sintering time on the material. In this research, we used an industrial 60%mullite-40%cordierite composite. Samples of the composite were sintered by the conventional and microwave routes, after which they were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy, and their density determined. The microwave fast sintering process took less than 10% of the time required for conventional sintering and showed the same sintering mechanisms with power and time controlled.

The physical and mechanical properties of clay-based ceramic probes with sedimentary rock added as the non-plastic component were evaluated. Samples were prepared with 0, 20, 40, 60 and 80 wt.% of rock added to the clay material. Pressed (7 ton) probes were sintered at 500, 800, 900, 1000, 1100 and 1200 °C and submitted to X-ray diffraction analysis and technological characterization. The X-ray diffraction results showed that the sedimentary rock had micaceous clay minerals, while the clay material had kaolinite as the main phases. Thermal analysis and X-ray diffraction showed reactions that indicated transformation (inversion of quartz), decomposition (loss of hydroxides) and phase formation (mullite) during heat treatment of the samples. The technological tests showed that the addition of sedimentary rock improved some properties of the sintered material, aided by the presence of fluxes. However, the presence of quartz in the rock hampered the formation of the mullite phase. The formation of new phases and transformations occurring during the heating and cooling of the samples helped explain the technological properties of ceramic materials.Foram avaliadas, durante o processo de sinterização, as propriedades mecânicas de peças cerâmicas a base de argila com adição de rocha sedimentar. Foram preparados corpos de prova com 0, 20, 40, 60 e 80% em peso de rocha adicionada ao material argiloso. As peças foram sinterizadas nas temperaturas de 500, 800, 900, 1000, 1100 e 1200 °C e, posteriormente, submetidas à análise de difração de raios X e a ensaios tecnológicos Os resultados de difração de raios X mostram que a rocha sedimentar apresenta argilominerais micáceos enquanto o material argiloso possui a caulinita como fase principal. Técnicas de análises térmicas e difração de raios X das diferentes misturas mostram reações que indicam transformação (inversão do quartzo), decomposição (perda de hidróxidos) e formação de fase (mulita) durante o aquecimento das amostras. Os ensaios tecnológicos mostram que a adição da rocha sedimentar melhora algumas propriedades do material sinterizado, auxiliada pela presença de fundentes. Entretanto, a presença de quartzo na rocha dificulta a formação da fase mulita. A formação de novas fases e as transformações ocorridas no aquecimento e resfriamento das amostras ajuda explicar as propriedades tecnológicas dos materiais cerâmicos.

Este estudo aborda os efeitos do processamento na microestrutura e nas propriedades de compósitos alumina-mulita via sinterização reativa de uma mistura argila caulinítica e hidróxido de alumínio. Amostras prensadas a 40 MPa foram sinterizadas entre 1300 e 1600 °C. As propriedades tecnológicas foram determinadas em função da temperatura de sinterização. A avaliação das fases cristalinas e da microestrutura foi realizada por difração de raios X e microscopia eletrônica. Os resultados indicaram a obtenção de mulita e alumina a partir de 1300 °C. Para sinterizações acima de 1450 °C foram obtidos valores de porosidade aparente inferiores a 0,8% e tensão de ruptura à flexão superior a 40 MPa. Amostras com morfologia bimodal (grãos equiaxiais e alongados) e resistência mecânica de 70 MPa foram obtidas após sinterização a 1600 °C. Este estudo demonstra a possibilidade de preparar compósitos alumina-mulita de baixo custo e com propriedades tecnológicas compatíveis com as de cerâmicas produzidas por companhias com grande atuação no mercado internacional de produtos refratários This work aimed to evaluate the effects of processing on microstructure and properties of alumina-mullite composites via reactive sintering of a mixture of kaolinite clay and aluminum hydroxide. Cylindrical pellets were pressed at 40 MPa and sintered between 1300 and 1600 °C. The technological properties were determined as a function of sintering temperature. The evaluation of crystalline phases and microstructure was performed by X-ray diffraction and electron microscopy. Structural results indicate the attainment of mullite and alumina at 1300 °C. Apparent porosity below 0.8% and flexural strength higher than 40 MPa were obtained for sintering temperatures above 1450 °C. A flexural strength as high as 70 MPa was obtained after sintering at 1600 °C. This study demonstrates the possibility of preparing low cost alumina-mullite composites with technological properties compatible with those of ceramics produced by companies with large operations in the international market of refractory products

Transformações mineralógicas e cristaloquímicas foram investigadas em amostras de argilas cauliníticas ferruginosas aquecidas a temperaturas de 800, 1000 e 1200 °C. As análises de difração de raios X e térmica diferencial e gravimétrica mostraram ser a caulinita o argilomineral predominante nas amostras naturais. Os resultados da espectroscopia Mössbauer mostraram que o alto conteúdo em Fe (22,5% em peso), determinado por fluorescência de raios X, é relacionado à presença de goethita (18% em peso) e hematita (16% em peso). Entretanto um resíduo deste elemento (Fe3+ e Fe2+) foi constatado após a extração do ferro usando solução de ditionito-citrato-bicarbonato, e possivelmente se deve à presença de ferro na estrutura da caulinita. O processo de sinterização mostra uma desestruturação da caulinita, assim como a transformação da goethita em hematita, cujo tamanho dos cristais cresce com o incremento da temperatura. O tamanho do cristal de hematita a 1200 °C é 5 vezes maior do que na amostra natural. A mulita formada a 1000 °C é constituída da solução sólida de Fe2O3, com Al2O3, o que resulta em produto resistente e de maior estabilidade térmica.Mineralogical and crystallochemical transformations of representative ferruginous kaolinitic clay samples were investigated in specimens burned at 800, 1000 and 1200 °C. X-ray diffraction and differential thermal and thermogravimetric analyses showed that kaolinite was the predominant mineral in the raw samples. The Mössbauer spectroscopy results showed that the high iron content (22.5 wt.%), as determined by X-ray fluorescence, is related to the presence of goethite (18 wt.%) and hematite (16 wt.%). However, after Fe was extracted using a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate, a residue of this element (Fe3+ and Fe2+) was found in the structure of the kaolinite. The sintering process showed the destruction of kaolinite, as well as the transformation of the goethite into hematite, the crystals growing as the temperature increases. The hematite crystal size at 1200 °C is five times larger than in the raw sample. The mullite formation at 1000 °C is comprised of a solid solution of Fe2O3 and Al2O3, which results in a resistant product with a higher thermal stability.

A mulita tem se tornado um material forte candidato para uso como cerâmica avançada e funcional. Nesse sentido, muito interesse tem sido devotado no estudo de aditivos de sinterização. Assim, este trabalho tem por objetivo analisar a influência do Y2O3 na queima rápida de mulita comercial. Pó de mulita comercial foi dopado com 0,5, 1,0 e 2,0% de Y2O3 prensado isostaticamente e submetida a ciclos de sinterização rápida a 1600 ºC. Foi determinada a densidade dos corpos sinterizados e executada sua análise por difração de raios X e microscopia eletrônica. A sinterização rápida da mulita gera corpos com baixa densidade, enquanto a adição de Y2O3 possibilita atingir elevadas densificações nos corpos mulíticos. O aumento do teor de Y2O3 não provoca alterações significativas na distribuição de tamanho de grão da mulita quando de sua sinterização rápida. Elevadas taxas de aquecimento permitem a obtenção de microestruturas com distribuições de tamanho de grão mais estreitas.Mullite has become a strong candidate material for advanced structural and functional ceramics. Much interest has recently focused on sintering aids for mullite. The aim of this work was to evaluate Y2O3 influence on rapid sintering of commercial mullite. Mullite powder was doped with Y2O3, pressed under a cold isostatic pressure and fast sintered at 1600 ºC. Sintered mullite was characterized by density determination, X ray diffraction and electronic microscopy. Rapid sintering produces low density mullite bodies, however, Y2O3 addition significantly increase the densification of fast fired doped bodies. Rise of Y2O3 content do not alter the grain size distribution of rapid sintered mullite. High heating rates produce microstructures with narrower grain size distributions.

A mulita é uma fase cerâmica obtida pela reação entre alumina e sílica em temperaturas elevadas e amplamente utilizada em refratários devido as suas excelentes propriedades. Muitos trabalhos na literatura estudaram e analisaram a síntese de mulita, bem como sua incorporação em refratários, que pode ser feita pela adição do pó pré-formado ou pela obtenção in-situ. Esta revisão une os principais trabalhos publicados sobre síntese de mulita focando principalmente aspectos da cinética da reação, como a ocorrência de fase líquida metaestável durante a mulitização, etapa inevitável para o processo. O trabalho traz também um panorama geral das diversas fontes silico-aluminosas precursoras e das características e propriedades da mulita obtida a partir de cada uma delas. O estudo sugere que a utilização de sílicas e aluminas de alta reatividade favorece a mulitização reduzindo a temperatura de obtenção e a quantidade de fase líquida residual.Mullite is a ceramic phase currently applied in the refractory industries due to its excellent properties, high refractoriness and it is formed by the reaction of silica and alumina at elevated temperatures. In the literature, many works analyze its synthesis and reactions, as well as the in-situ formation or addition as pre-reacted powder. This review gathers the main works involving mullite synthesis, focusing on the mullitization kinetics, such as the formation of a metastable liquid phase. It also brings about a general view of the many different sources of silica and alumina, analyzing their characteristics and the properties of the resulting mullite. The study suggests that the use of high reactive alumina and silica favors the mullitization by reducing its formation temperature and the amount of residual liquid phase on the final product.

Diphasic Al2O3-SiO2 gel was synthesized by sol-gel route from inorganic salts following aqueous phase colloidal interaction and the effect of Cr2O3 additive on the formation of mullite ceramics from this diphasic gel was investigated. The gel powder was thoroughly characterized by chemical analysis, measurement of surface area, bulk density and FTIR spectroscopy. The calcined gel was compacted with Cr2O3 additives in three different proportions (ca. 1, 2 and 3 wt%) and heat treated at different elevated temperatures (ca, 1400, 1500 and 1600 ºC). The analyses of microstructure and phase composition of the sintered masses were carried out by scanning electron microscopy and XRD technique. The morphology of the mullite crystals changed significantly in the presence of the additives. It has been observed that more than 7% more mullite has been formed with the addition of maximum 3% additive only. Using the additive, the maximum reduction in apparent porosity was about 30% and maximum improvement in density in the sintered compacts was about 14%. The flexural strength and fracture toughness of the sintered compacts also improved by 16% and 6% respectively in the presence of the Cr2O3 additive under the experimental condition.Géis bifásicos de Al2O3-SiO2 foram sintetizados pela rota sol-gel de sais inorgânicos seguindo interação coloidal de fase aquosa sendo investigado o efeito da adição de Cr2O3 na formação de cerâmicas de mulita a partir deste gel bifásico. O pó do gel foi totalmente caracterizado por meio de análise química, medida de área de superfície específica, densidade e espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier. O gel calcinado foi compactado com adições de Cr2O3 em três diferentes proporções (~ 1, 2 e 3 peso%) e tratado termicamente a diferentes temperaturas (~ 1400, 1500 e 1600 ºC). As análises de microestrutura e de composição de fases das massas sinterizadas foram feitas por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X. A morfologia dos cristais de mulita mudaram significativamente na presença de aditivos. Foi observado que mais que 7% de mulita foi formada com a adição de no máximo somente 3% de aditivo. Usando o aditivo, a redução máxima da porosidade aparente foi 30% e a máxima melhoria na densidade dos compactos sinterizados foi 14%. A resistência à flexão e a tenacidade à fratura dos compactos sinterizados também melhorou em 16% e 6% respectivamente na presença do aditivo Cr2O3 nas condições experimentais adotadas.

Concretos mulitizados são comumente utilizados na indústria siderúrgica devido as suas excelentes propriedades. Entretanto, a presença de cimento de aluminato de cálcio, juntamente com SiO2, forma eutéticos e fases de baixo ponto de fusão, motivando assim a seleção de ligantes alternativos. Neste trabalho os três principais ligantes para refratários (cimento de aluminato de cálcio, alumina hidratável e sílica coloidal) foram incorporados em concretos com alto potencial de mulitização e suas propriedades a verde e a quente foram comparadas, definindo quais ligantes apresentam melhor desempenho. Os resultados indicam que a sílica coloidal, além de facilitar a etapa de secagem, resulta em excelentes propriedades a quente e em menor teor de líquido residual após queima, quando comparados com uma composição referência de alta alumina.Mullite based castables are usually applied for lining steel industries processing ladles due to their superior working performance. However, the presence of aluminate cement and SiO2 can deteriorate their hot properties by the formation of eutectics and low melting point phases, which motivates the search for alternatives biding systems. In this paper, the three main binders for refractory castables (aluminate cement, hydratable alumina and colloidal silica) were added to different compositions and their green and hot properties were compared, aiming to define which one presents better performance. The results indicated the colloidal silica as a promising substitute to the aluminate cement as it favors the drying process, provides excellent hot properties, higher refractoriness and generates low residual liquid phase after sintering, when compared to a high alumina composition.

A sílica coloidal se apresenta como um promissor substituto do cimento de aluminato de cálcio para utilização em concretos mulitizáveis. O uso deste ligante promove adequada resistência mecânica a verde, facilidade de secagem, inibe a formação de fases de baixo ponto de fusão, além de favorecer a formação de mulita in-situ. Entretanto, as propriedades finais do concreto dependem das características da solução coloidal utilizada. O objetivo deste trabalho é comparar as propriedades a verde e a quente de sistemas mulitizáveis ligados por sílica coloidal, variando suas características, tais como teor de sólidos, área superficial e tipo de estabilizante. Os resultados indicaram que sílicas coloidais com alta área superficial reduzem a trabalhabilidade dos concretos e diminuem as propriedades a quente devido ao acentuado trincamento durante a cura. A refratariedade dos sistemas é ainda comparada com concretos ligados por cimento de aluminato de cálcio e alumina hidratável, ressaltando a superioridade do ligante coloidal.The colloidal silica has been shown as a promising substitute for the aluminate cement as a binder for refractory castables. It can promote suitable mechanical strength for green bodies, reduce the explosion risk and does not develop phases with low melting point in the alumina systems. In addition, they can induce the in-situ mullite formation. Nevertheless, the final properties of the castable can also depend on the colloidal suspension characteristics such as, solid concentration, surface area and stabilizing agents. This paper aims to compare the green and high temperature properties of castables using different types of colloidal silicas. The results showed that colloidal silica containing a high surface area builds up internal tensions and cracks during the drying process, which deteriorate the hot mechanical properties of the castables. Besides that, they also reduce the workability and the free flow of the system. The results presented were also compared with the refractoriness of others binding systems such as aluminate cement and reactive alumina on colloidal silica containing castables.

O grande volume de produção de arroz no mundo gera uma enorme quantidade de rejeito na forma de cascas e de cinzas oriundas da queima da casca. Esses resíduos são fontes de poluição e contaminação, podendo agredir diretamente a saúde da população. Assim, esse trabalho tem por objetivo a obtenção de mulita porosa a partir da sílica da casca de arroz e do acetato de alumínio. O resíduo foi física e quimicamente caracterizado e em seguida misturado com acetato de alumínio para a produção do precursor da mulita. O material precursor foi caracterizado termicamente e com base nos resultados foi calcinado a 850 ºC e 1200 ºC. Os corpos de prova foram queimados a 1500 ºC e 1600 ºC e caracterizados pela determinação de sua porosidade aparente, absorção de água e densidade aparente e por difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicaram que a sílica é constituída por material amorfo e aglomerados micrométricos de partículas submicrométricas e nanométricas. Com base nos resultados conclui-se que a sílica obtida da casca de arroz e o acetato de alumínio podem ser utilizados com sucesso para a produção de corpos mulíticos porosos com porosidades superiores a 48%.The production of rice around the world generates large amounts of waste in the form of husks and ashes from husks burning, which are sources of environmental contamination and pollution. The aim of this work was obtain porous mullite bodies using the silica from the rice husk and aluminum acetate. The waste material was physically and chemically characterized. The mullite precursor was produced mixing the waste and aluminum acetate. The thermal behavior of mullite precursor was described. The precursor was fired at 850 ºC and 1200 ºC and sample bodies were sintered at 1500 and 1600 ºC. Sintered samples were characterized to determine their apparent porosity, water absorption, apparent density, and microstructurally analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results indicated that the silica obtained form the rice husk was composed of amorphous material and agglomerates of submicrometer and nanometer particles. The silica and the aluminium acetate can be successfully used as alternative raw materials for the production of mullite ceramics with porosities higher than 48%.

Duas argilas altamente aluminosas gibbsíticas, utilizadas em produtos refratários, foram estudadas por métodos óptico-eletrônicos, com a finalidade de caracterizar a seqüência de fases formadas durante transformações térmica. As argilas na forma de pós foram queimadas sobre placas de platina entre 200 ºC e 1500 ºC e com resfriamento programado. Após o aquecimento a 300 ºC, foi possível distinguir no microscópio eletrônico de transmissão entre cristais hexagonais de gibbsita e de caulinita, tendo o mesmo tamanho e forma. As transformações de fase da gibbsita e os cristais de caulinita pouco defeituosos seguem series independentes até 1100 ºC / 1200 ºC. Foi fácil distinguir morfologicamente os pseudomorfos das aluminas-chi e -kapa dos pseudomorfos dos cristais da caulinita e da metacaulinita no intervalo 400 ºC / 800 ºC. Cristais de espinélio alongados podem ser caracterizados dentro dos pseudomorfos da metacaulinita a 900 ºC. A mulita, em ambas as argilas, aumenta em teor e nas dimensões dos cristais de 900 ºC / 1550 ºC, enquanto o teor de alumina-alfa cresce até 1300 ºC e decresce em seguida até 1550 ºC, indicando haver interações entre as diversas fases, especialmente entre sílica e alumina-alfa.Two high alumina gibbsitic / kaolinite clays, extensively used in Brazil for refractory products, were studied to characterize the phase sequences formed during thermal transformation employing electron optical methods. The clays as powders were fired on platinum foils between 200 ºC and 1500 ºC and program cooled. After heating at 300 ºC, it is possible to distinguish in the TEM, between gibbsite and kaolinite crystals of the same hexagonal size and shape. The phase changes of gibbsite and the low-defect kaolinite crystals follow independent series up to 1100 ºC / 1200 ºC. Morphologically it is easy to distinguish at 400 ºC - 800 ºC interval -chi and kappa-alumina pseudomorphs from kaolinite crystals and metakaolin pseudomorphs at 900 ºC. Mullite content increases in both clays from 900 ºC to 1550 ºC, while alpha-alumina increases up to 1300 ºC and decreases to 1550 ºC, indicating interactions between the several phases, in special between silica and alpha-alumina.

Mulita é o único composto termodinamicamente estável no sistema binário Al2O3 - SiO2, na faixa 70,5 a 74,0% em peso de Al2O3. Mulita metaestável na faixa de 74 a 83,6% de Al2O3, entretanto, pode ser obtida. Devido às suas excelentes propriedades físicas e mecânicas a altas temperaturas, como alto ponto de fusão, baixa expansão térmica, boa resistência à fratura e ao choque térmico, alta resistência à fluência, estabilidade térmica, baixa densidade e baixa constante dielétrica, tem tido um uso cada vez maior em corpos cerâmicos. O mineral mulita, porém, é raro e quase inexistente na natureza. Para atender a um mercado crescente, mulitas sintéticas são produzidas, por meio de misturas de pós de Al2O3 e SiO2 em escala molecular, usando técnica sol-gel, ou por meio da calcinação de minerais que contenham sílica e alumina em suas estruturas, os chamados alumino-silicatos. Normalmente estes minerais contêm impurezas e, muitas vezes, produzem uma mulita acompanhada de uma fase vítrea. Neste trabalho é feito o estudo alternativo para se obter uma mulita pura e de baixo custo por meio da calcinação do topázio Al2SiO4[Fx (OH)1-x]2. Topázio incolor e imperial foram utilizados para a produção de mulita. O topázio incolor não tem valor gemológico nem comercial e é abundante na natureza. Para o topázio imperial foram usados refugos provenientes de sua extração. O rendimento da calcinação foi alto, cerca de 80%, obtido a uma temperatura não muito alta, em torno de 1300 ºC, produzindo uma mulita muito pura e sem fase vítrea. A microestrutura da mulita obtida foi do tipo agulhas (whiskers de mulita) e apresentou alta porosidade. Essa microestrutura e porosidade são duas propriedades intrínsecas que estão associadas à decomposição do topázio. Este estudo mostrou que o topázio é uma fonte alternativa para a produção de mulita de baixo custo e de alta qualidade.Mullite is the unique intermediate compound thermodynamically stable in the binary system Al2O3 - SiO2, in the weight range from 70.5 to 74.0% of Al2O3. However mullite metastable in the range from 74 to 83.6% of Al2O3 can be obtained. Due to its excellent physical and mechanical properties at high temperatures such as high melting point, low thermal expansion, good resistance to fracture and to thermal shock, high creep resistance, thermal stability, low density and low dielectric constant, it has become widely used in ceramic bodies. However, the mineral mullite is rare and almost nonexistent in the nature. To better assist to a growing market, synthetic mullites are produced, by mixtures of powders of Al2O3 and SiO2 in molecular scale, by using sol-gel technique, or by the calcination of minerals that contains silica and alumina in their structures, so called alumino silicates. Usually these minerals contain impurities, and as consequence, they produce mullite accompanied by a glassy phase. In this work showed that the topaz is another alternative to obtaining a pure and cheap mullite through the calcination of the topaz Al2SiO4 [Fx(OH)1-x]2 . Colorless topaz and imperial topaz were used for the mullite production. The colorless topaz doesn't have commercial or gemological value, it is quite abundant. For the imperial topaz it was used drosses of its extraction. The yield in the calcination was high, around 80%, and it was obtained at a temperature not very high, around 1300ºC, producing a very pure mullite without glassy phase. The microstructure of the obtained mullite was of needle type (mulitte whiskers) and high porosity. These two features are intrinsic properties that are associated to the topaz decomposition. This study showed that the topaz may be an inexpensive source for obtaining mullite of high quality.

A partir de argilas de uso industrial, foram estudadas por ATD, ATG, MEV e DRX as alterações mineralógicas, microestruturais e dimensionais ocorridas com o incremento da temperatura. Com os dados de absorção de água e de retração linear foram obtidos diagramas de gresificação, propondo uma metodologia de seleção de matérias-primas para aplicação a novas massas cerâmicas.Starting from clays of industrial use, the mineralogical, microestrutural and dimensional alterations for increasing temperatures were studied by Differential Thermal Analysis, Thermogravimetric Analysis, Scanning Electron Microscopy and X-Ray Diffraction. Vitrification diagrams were obtained from water absorption and linear shrinkage data, a methodology of selection of raw materials for application to new ceramic bodies being proposed.

Argilas esmectitícas têm sido usadas em diversas aplicações tecnológicas, principalmente em massas cerâmicas tradicionais, por garantirem a plasticidade necessária para a conformação a verde e, simultaneamente, promoverem o desenvolvimento de cristais de mulita durante a queima, fase que confere resistência mecânica ao produto final. uma inovação importante nas últimas décadas no setor cerâmico é a utilização de queima rápida, o que pode induzir mudanças durante as transformações térmicas das matérias-primas e de suas misturas. para se implementar mudanças nos parâmetros de queima é de fundamental importância o conhecimento prévio das transformações de fases das argilas e das massas, sendo necessária em algumas situações a formulação de novas composições. o objetivo deste trabalho é analisar a influência de diferentes tratamentos térmicos sobre as mudanças mineralógicas e microestruturais de esmectitas, enfatizando a presença da fase mulita. foram utilizadas três argilas, duas nacionais e uma importada. as amostras foram inicialmente submetidas a um processo de beneficiamento. posteriormente, foram submetidas às caracterizações química e mineralógica por meio das seguintes técnicas: análise química por fluorescência de raios x, análise termogravimétrica e análise térmica diferencial, em seguida a um tratamento térmico na faixa de temperaturas entre 800 e 1250 ºc, com taxa de aquecimento 30 ºc/min e tempo de permanência de 10 min. os resultados evidenciaram que é possível obter mulita a partir de argilas esmectíticas, e que a composição da argila e a temperatura influenciaram sobre a quantidade de mulita formada. Smectite clays have been used in various technical applications, particularly in traditional ceramic material, for ensuring the plasticity required for the forming green and simultaneously promote the development of mullite crystals during the firing phase, which confers mechanical strength to the final product. an important innovation over the past decades in the ceramic sector is the use of fast firing, which can induce changes during thermal processing of raw materials and mixtures. to implement changes in firing parameters it is crucial the knowledge of phase transformations of clays, being necessary in some situations the formulation of new compositions. the aim of this work is to analyze the influence of different heat treatments on the mineralogical and microstructural changes of smectites, emphasizing the presence of mullite. two samples of natural bentonite and one imported commercial were used. the natural samples were initially subjected to a milling process. subsequently, they were submitted to chemical analysis by x-ray fluorescence, thermogravimetric and differential thermal analyses. the clays were treated in the 800-1250 °c range with a heating rate 30 °c/min and kept at the maximum temperature for 10 min. the results showed that the clay composition and the temperature have influence on the amount of mullite formed.

Concretos refratários aluminosos contendo microssílica apresentam um grande potencial de aplicação tecnológica pela possibilidade de formação da fase mulita através da reação entre Al2O3 e SiO2. Porém, segundo o diagrama Al2O3 - SiO2 - CaO, seu uso é limitado a temperaturas próximas a 1300 ºC uma vez que a presença do CaO, contido no cimento de aluminato de cálcio, leva a formação de fases líquidas que prejudicam fortemente a sua resistência mecânica a altas temperaturas. Recentemente foi mostrado a possível presença de uma fase metaestável de baixo ponto de fusão inerente ao diagrama Al2O3- SiO2 que poderia ser a responsável pela redução na resistência mecânica a quente, mesmo para um concreto isento de CaO. A fim de se analisar essa hipótese, foram formulados concretos refratários aluminosos com diferentes teores de microssílica e totalmente isentos de cimento, aluminas de transição (ro-Al2O3) ou de qualquer ligante hidráulico. Os resultados obtidos confirmaram a formação dessa fase metaestável. Com intuito de melhorar o empacotamento do concreto e a reatividade de sua matriz, favorecendo a formação de mulita, foram adicionalmente preparados concretos contendo sílica coloidal e microssílica. O potencial para aplicações tecnológicas dos concretos refratários obtidos são apresentados e discutidos.High alumina castables containing microsilica exhibit a great potential for technological applications due to mullite formation resulting from the reaction of Al2O3 and SiO2. However, their use has been limited up to temperatures of approximately 1300 ºC, due to reductions in the castable's strength. This has been attributed to CaO present in cement that leads to liquid formation at high temperatures, in accordance with the Al2O3-SiO2-CaO phase diagram. Recently, it has been shown that a metastable phase in the Al2O3-SiO2 system could be responsible for strength decrease even in the absence of CaO. In order to confirm this, high alumina castables were prepared containing various amounts of microsilica; the castables were free of cement, transition aluminas (rho -Al2O3) or any hydraulic binder. In addition, castable compositions containing colloidal silica and microsilica, as a means to increase the packing density and the matrix reactivity to assist mullite formation, were prepared. Castables viability for technological uses are discussed.

Concretos refratários aluminosos contendo microssílica apresentam um grande potencial de aplicação tecnológica pela possibilidade de formação da fase mulita através da reação entre Al2O3 e SiO2. Porém, segundo o diagrama Al2O3 - SiO2 - CaO, seu uso é limitado a temperaturas próximas a 1300 ºC uma vez que a presença do CaO, contido no cimento de aluminato de cálcio, leva a formação de fases líquidas que prejudicam fortemente a sua resistência mecânica a altas temperaturas. Recentemente foi mostrado a possível presença de uma fase metaestável de baixo ponto de fusão inerente ao diagrama Al2O3- SiO2 que poderia ser a responsável pela redução na resistência mecânica a quente, mesmo para um concreto isento de CaO. A fim de se analisar essa hipótese, foram formulados concretos refratários aluminosos com diferentes teores de microssílica e totalmente isentos de cimento, aluminas de transição (ro-Al2O3) ou de qualquer ligante hidráulico. Os resultados obtidos confirmaram a formação dessa fase metaestável. Com intuito de melhorar o empacotamento do concreto e a reatividade de sua matriz, favorecendo a formação de mulita, foram adicionalmente preparados concretos contendo sílica coloidal e microssílica. O potencial para aplicações tecnológicas dos concretos refratários obtidos são apresentados e discutidos. High alumina castables containing microsilica exhibit a great potential for technological applications due to mullite formation resulting from the reaction of Al2O3 and SiO2. However, their use has been limited up to temperatures of approximately 1300 ºC, due to reductions in the castable's strength. This has been attributed to CaO present in cement that leads to liquid formation at high temperatures, in accordance with the Al2O3-SiO2-CaO phase diagram. Recently, it has been shown that a metastable phase in the Al2O3-SiO2 system could be responsible for strength decrease even in the absence of CaO. In order to confirm this, high alumina castables were prepared containing various amounts of microsilica; the castables were free of cement, transition aluminas (rho -Al2O3) or any hydraulic binder. In addition, castable compositions containing colloidal silica and microsilica, as a means to increase the packing density and the matrix reactivity to assist mullite formation, were prepared. Castables viability for technological uses are discussed.

O aprimoramento na aditivação e no empacotamento de partículas, associado ao surgimento de novas matérias-primas como microssílica e aluminas calcinadas especiais tem promovido um grande desenvolvimento tecnológico na classe dos materiais refratários. Em especial, a microssílica tem mostrado ser um importante componente na evolução dos concretos refratários. Seu tamanho micrométrico, forma arredondada e pureza proporcionam concretos com elevada densidade de empacotamento, possibilitam a auto-escoabilidade e ainda a formação da mulita in-situ em temperaturas próximas a 1400 ºC, melhorando consideravelmente as propriedades a altas temperaturas desses produtos. Neste trabalho foi investigada a possível substituição da microssílica em concretos aluminosos auto-escoantes e sem-cimento (0,07% de CaO) de alto desempenho a quente, por caulim e meta-caulim, ambos de alta pureza e tamanho micrométrico, similares à microssílica. O menor custo destas matérias-primas, associado ao fato de formarem mulita em temperaturas próximas a 1200 ºC, muito inferiores à da microssílica, são fatores que os tornam muito promissores para aplicações em concretos aluminosos. Os resultados mostram que a utilização do caulim promove características de fluidez e empacotamento muito similares às dos concretos com microssílica, enquanto que o uso de meta-caulim não proporciona valores tão expressivos. A formação de mulita ocorre próximo a 1200 ºC, muito inferior àquela observada para a microssílica (1400 ºC). Contudo, a resistência mecânica a quente dos concretos com caulim/meta-caulim foi afetada pela formação de trincas na matriz, provavelmente decorrente da superior sinterabilidade dessas matérias-primas silico-aluminosas.

The optimization of the formulation (nature and content of chemical components) and the technical parameters of the shaping-up process of ceramic insulators (in replacement of those in glass) are the objectives of this study. The decontamination of SiO2 (solid-liquid extraction of Fe xOy) and the increase of both BaO and ZrO2 amounts (while Na2O is partially eliminated) and the firing temperature allowed a significant increase of all the phys-mechanical and insulating properties at the commercial frequency 50-60 Hz. Samples with 15 mm diameter and 2 mm thickness and others for mechanical properties were needed. The characterization concerned Ba-Zr(Al xSi1-x)O3 ceramic samples. By data computing of the test results, a new "computed" formulation (Ba-stabilized and Zr doped mullite) showed excellent phys-mechanical (density, viscosity, flexural and traction strengths) and insulating properties (transversal resistivity, dielectric strength).A otimização da formulação (natureza e conteúdo dos componentes químicos) e parâmetros técnicos do processo de conformação de isolantes cerâmicos (para substituição dos vítreos) são os objetivos deste estudo. A descontaminação de SiO2 (extração sólido-líquido de Fe xOy) e o aumento das quantidades de BaO e ZrO2 (enquanto Na2O é parcialmente eliminado) e a temperatura de queima permitiram uma significativa melhora nas propriedades físico-mecânicas e isolantes na frequência comercial de 50-60 Hz. Foram necessárias amostras com 15 mm de diâmetro e 2 mm de espessura e outras para avaliação de propriedades mecânicas. Foi feita a caracterização de amostras cerâmicas de Ba-Zr(Al xSi1-x)O3. Após computação dos resultados dos testes, uma nova formulação "computada" (mullita estabilizada com Ba e dopada com Zr) mostrou excelentes propriedades físico-mecânicas (densidade, viscosidade, resistências a flexão e tração) e isolantes (resistividade transversal, rigidez dielétrica).

Mulita foi sintetizada a partir do hidróxido de alumínio, Al(OH)3, purificado de rejeito industrial, e de sílica obtida a partir da queima, a 500 oC, da casca de arroz purificada. Ainda que o processo de formação da mulita se inicie a 1300 oC as experiências foram conduzidas a 1600 oC durante 8,0 h a fim de se medir a densidade final das peças e se observar o efeito da adição de ítria no processo. As densidades aparentes encontradas foram de 2,70 g/cm3 e 2,84 g/cm3, respectivamente, para a mulita pura e para a formulação mulita com 5,0% em peso de Y2O3. A microestrutura da mulita dopada com ítria mostra alguns grãos longos, até 30 mm. A análise de EDS mostrou que o ítrio foi incorporado na mulita Mullite was synthesised from aluminium hydroxide, Al (OH)3, previously purified from industrial rejects, and silica from acid-treated rice hulls burned at 500 oC. Although mullite synthesis started at 1300 oC, the reported experiments were performed at 1600 oC with 8.0 hours of soaking time. The apparent densities of the pure and yttria doped mullite were, respectively, 2.70 g/cm3 and 2.84 g/cm3, Yttria doped mullite microstructure shows few needle like grains as large as 30 m m. EDS analysis shows that yttria was incorporated in the mullite grains.

In the study reported in this work, two-dimensional numerical simulations were made of pure iron solidification in industrial AI 50/60 AFS greensand and mullite molds, using the finite element technique and the ANSYS software program. For this purpose, the thermophysical properties of iron were considered temperature-dependent, while for sand and mullite these properties were considered constant, and the convection phenomenon was also considered on the external surface of the mold. In order to study the influences of the parameters in the solidification process, such as, sand and mullite mold types, preheating temperature of the mold (ambient and heated), superheating temperature of the liquid metal and loss of heat on the mold by convection, the optimization through the factorial design was accomplished. Metallurgical characteristics, such as the attack zone in the feed head and hot top, were not taken into account in this study, since they are irrelevant to the behavior of metal to mold heat transfer. Owing to the temperature-dependent thermo-physical properties of iron, this type of problem is of nonlinear characteristic. The results of the heat transfer are shown throughout the 2D system, as thermal flow, thermal gradient, the cooling curves at various points of the solidified specimen were determined, as well as the analysis of the factorial design of the result and heating or/and cooling in the molds were also accomplished. Through the analysis of the factorial design result of the parameters it was found which mold type influences negatively the result and the interaction of the metal temperature with the convection phenomenon contributed significantly to the result. The cooling curves characterize the grain size and mechanical properties of metal; hence, owing to the smaller grain size of metal cast in mullite molds, this type of mold grants better mechanical properties to the cast part.En este trabajo se realizó la simulación numérica en dos dimensiones de la solidificación del hierro en moldes de arena sintética al verde industrial, Al 50/60 y mulita por medio de la técnica de elementos finitos con el programa ANSYS. Las propiedades termofísicas del hierro fueron consideradas dependientes de la temperatura, mientras que estas propiedades para la arena y la mulita se consideraron constantes; adicionalmente, se tomó en cuenta el fenómeno de convección en la superficie externa del molde. Se estudió el efecto de los siguientes parámetros en el proceso de solidificación: tipo de arena y mulita, temperatura de precalentamiento del molde (ambiente y calentado), temperaturas de supercalentamiento del metal líquido y la pérdida de calor por convección en el molde. La optimización de estos parámetros se realizó por el método de diseño factorial. Las características metalúrgicas del cabezal de alimentación y del tope caliente no se consideraron en este estudio, ya que son irrelevantes en el comportamiento de la transferencia de calor entre el metal y el molde. Debido a que las propiedades termofísicas del hierro dependen con la temperatura, este es un tipo de problema de característica no lineal. Los resultados de la transferencia de calor se presentan en un sistema de dos dimensiones para el flujo térmico, el gradiente térmico, las curvas de enfriamiento en varios puntos de la pieza solidificada y las curvas de calentamiento y/o enfriamiento en los moldes; así como también, el análisis de los resultados por el método de planeamiento factorial fueron realizados, pues, mediante esta análisis fue encontrado que el tipo de molde influencia negativamente en el resultado, por otro lado, la interacción de la temperatura del metal con el fenómeno de confección contribuyo significativamente en el resultado.

A partir de argilas de uso industrial, foram estudadas por ATD, ATG, MEV e DRX as alterações mineralógicas, microestruturais e dimensionais ocorridas com o incremento da temperatura. Com os dados de absorção de água e de retração linear foram obtidos diagramas de gresificação, propondo uma metodologia de seleção de matérias-primas para aplicação a novas massas cerâmicas. Starting from clays of industrial use, the mineralogical, microestrutural and dimensional alterations for increasing temperatures were studied by Differential Thermal Analysis, Thermogravimetric Analysis, Scanning Electron Microscopy and X-Ray Diffraction. Vitrification diagrams were obtained from water absorption and linear shrinkage data, a methodology of selection of raw materials for application to new ceramic bodies being proposed.

Resumo A região nordeste do Brasil possui grandes depósitos de argilas plásticas do tipo ball clay situados geralmente na Formação Barreiras e são usados em cerâmica branca e materiais refratários. Essas argilas são constituídas por caulinitas secundárias e matéria orgânica, sendo muito plásticas e quando submetidas a elevadas temperaturas queimam com cores brancas e ocorrem transformações de fases, principalmente formação de cristais de mulita e cristobalita. Este trabalho tem como objetivo estudar novos jazimentos de argilas plásticas visando utilizá-los na produção de materiais refratários. As argilas foram caracterizadas por difração a laser, difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X, refratariedade, análise térmica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os corpos de prova foram prensados e sinterizados a 1000, 1150, 1250, 1280 e 1400 °C. A caracterização após queima foi realizada por DRX e MEV. Em seguida foram determinadas as propriedades físico-mecânicas: absorção, porosidade e tensão de ruptura à flexão. Os resultados evidenciaram que as argilas apresentaram a formação de cristais de mulita com propriedades físicas, químicas e mineralógicas adequadas para uso em cerâmica refratária.