Influência dos íos Na+ ou Si4+ NA síntese e sinterização do aluminato de magnésio (MgAI2O4)

Abstract

O aluminato de magnésio, do inglês “magnesiun aluminate”, também conhecido como MAS, é um material que apresenta grande destaque dentre os materiais cerâmicos, principalmente devido à possibilidade de combinar transparência com elevada dureza e boa resistência ao choque térmico. Normalmente, para aplicações que utilizam esse material, são utilizadas técnicas de sinterização sob alta pressão (GPa) e longos periodos de tempos (horas). Assim, tanto a obtenção de materias com baixa porosidade após sinterização sem auxílio de pressão, como o uso de sinterização rápida são muito interessantes do ponto de vista tecnológico. A possibilidade de obter pó nanométrico de aluminato de magnésio, viabilizando assim temperaturas de sinterização mais baixas, podendo então obter uma redução do crescimento de grão, propiciando melhora nas propriedades mecânicas e óticas do MAS , aliados a uma economia energética, pode alavancar a utilização, já vasta, desse material para inúmeras aplicações. Uma vez que a ação do SiO2 como aditivo de sinterização é atribuída à formação de fase líquida, uma pequena quantidade de aditivo como Si e/ou Na pode favorecer a densificação através da formação de um filme vítreo viscoso, que em conjunto com o estado nanométrico das partículas e a refratariedade do MAS, apresenta potencial para rápida densificação. Este trabalho apresenta a caracterização dos pós nanométricos de aluminato de magnésio puro, e dopados com apenas íons de sódio ou íons de sódio e silício, nas concentrações molares de 0,5%, 1,0%, 1,5% e 2,0%, obtidos por síntese química via método de coprecipitação em meio aquoso, calcinação a 800 ºC por 5 horas, e sinterizadas de formas distintas: sinterização rápida a 1400 ºC por 2 minutos, e sinterização concencional a 1400 ºC por 2 horas. Os resultados obtidos indicam que após a sinterização rápida e convencional a dopagem auxiliou na redução do crescimento de grão, comparado ao material puro nas mesmas condições de calcinação e sinterização. Os resultados mostraram que o processo de sinterização do MAS dopado com NaOH ou Na2SiO3 pode ser conduzido em temperaturas inferiores àquelas empregadas com outros agentes dopantes, e o material com as melhores características foi com o MAS dopado com 1,0% Na2SiO3.

Magnesium aluminate, also known MAS, is a material that stands out among the ceramic materials, mainly due to the possibility of combining transparency with high hardness and good resistance to thermal shock. Normally, for applications using this material, sintering techniques under high pressure (GPa) and long periods of time (hours) are used. Thus, obtaining parts with low porosity after sintering without high pressure, as well as using fast sintering are very interesting from a technological point of view. The possibility of obtaining nanometric powder of magnesium aluminate, thus enabling lower sintering temperatures, thus being able to obtain a reduction in grain growth, providing an improvement in the mechanical and optical properties of MAS, combined with an energy saving, can leverage the use, already vast, of this material for countless applications. Since the action of SiO2 as a sintering additive is attributed to a liquid phase formation, a small amount of additive such as Si and / or Na can favor densification through the formation of a viscous glassy film, which together with the nanometric state of particles and the refractoriness of MAS has the potential for rapid densification. This work presents the characterization of nanometric powders of pure magnesium aluminate, or doped with sodium or sodium and silicon, in molar concentrations of 0.5%, 1.0%, 1.5% and 2.0%, obtained by chemical synthesis via aqueous coprecipitation method, calcination at 800 ºC for 5 hours, and sintered in different ways: fast firing at 1400 ºC for 2 minutes, sintering at 1400 ºC for 2 hours. The results obtained indicate that after fast firing or sintering, doping helped to reduce grain growth, compared to pure material under the same conditions of calcination and sintering. The results showed that the sintering process of MAS doped with NaOH or Na2SiO3 can be conducted at temperatures lower than other doping agents, and the material with the best characteristics was with MAS doped with 1.0% Na2SiO3.