Efeito do empacotamento de partículas nas propriedades mecânicas e tribológicas de misturas de argila-rocha - Cano Ordoñez, Michell Felipe (My University, 2016)
In this work was studied the basaltic source rock addition effect of on the packing particle of clay mixtures for ceramic industry applications. The raw materials (MPs) were collected in the region of Caí Valley in the Serra Gaucha and analyzed by X- ray diffraction (XRD), and X-ray fluorescence (XRF) to determine their chemical and mineralogical composition, also the alteration index CIA and CIW were calculated to complement the geochemical classification. The ceramic powders were mixed to obtain five ceramic formulations with different rock contents 10, 20, 30, 40 and 60% by weight. The granulometric curves were determined by laser diffraction and analyzed statistically to determine the particle size population features (coarse, medium and fine). The particle packing was determined by comparison of the size distribution curves with semi-empirical models for optimal packing, Andreassen (q distribution module between 0.33 and 0.5) and Alfred (q = 0.37), and experimentally by tapping density test according to the relative packing density. Also was analyzed the particle packing relationship with their morphology, characterized by Scanning electron microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis. To study the effect of packing on the physical, mechanical and tribological properties after forming and sintering, ceramic extruded pieces were produced from mixtures with different rock contents and sintered at 900°C, for 40%wt of rock addition. For those pieces were determined the density, porosity, linear shrinkage, water absorption, microstructure, flexural strength and micro-abrasive wear resistance. The results showed that in relation with packing the rock addition causes an increase on the Andreassen distribution module q≈0,22 corresponding to the clay, to q≈0,40 corresponding to 60%wt. of rock addition. The increase in the packing with the rock addition is related to the increase of sandy coarse rock particles, with spherical and sharp morphologies, more solid, whose voids are filled by fine particles of clay and also of rock particles. Regarding the physical properties, formulations with higher rock contents have higher green density and lower levels of linear shrinkage and water absorption after burning. However, rock content above 40%wt. significantly increased microstructural defects decreasing the flexural strength and wear micro-abrasive coefficient, suggesting the use of mixtures with 20% to 30% wt. of rock content.
Este trabalho apresenta um estudo do efeito da adição de rocha de origem basáltica no empacotamento de partículas de misturas a base de argila com aplicação na indústria da cerâmica vermelha. As matérias-primas (MP´s) foram coletadas da região do Vale de Caí da Serra Gaúcha e foram analisadas por FRX, DRX para determinar a sua composição química e mineralógica, bem como os seus índices de alteração intempérica CIA e CIW para complementar a classificação geoquímica. Os pós cerâmicos foram misturados obtendo-se cinco formulações cerâmicas com diferentes teores de rocha (10%, 20%, 30%, 40% e 60%) em peso. Foram determinadas por difração a laser as curvas granulométricas e analisadas as medidas descritivas para determinar estatisticamente a presença de populações de tamanhos de partículas (grossas, médias e finas). O empacotamento das partículas foi determinado por comparação das curvas granulométricas cumulativas com os modelos semi empíricos de empacotamento ótimo de Andreassen (módulo de distribuição q entre 0,33 e 0,5) e Alfred (q =0,37) e, experimentalmente, por ensaios de densidade por batidas (tapping density) em função da densidade relativa de empacotamento. Também foi analisada a relação do empacotamento de partículas com a sua morfologia, que foi caracterizada por meio de análises de MEV e EDS. Para o estudo do efeito do empacotamento nas propriedades físicas, mecânicas e tribológicas após conformação e queima, foram fabricadas peças cerâmicas por extrusão a partir das misturas com diferentes teores de rocha e queimadas a 900˚C. Para essas peças foram determinadas a densidade, porosidade, retração linear, absorção de água, microestrutura, resistência à flexão e resistência ao desgaste microabrasivo. Os resultados mostraram que em relação ao empacotamento a adição de rocha causou um aumento no módulo de distribuição do modelo de Andreassen, passando de q≈0,22, correspondente à argila, para q≈0,40, correspondente à mistura com 60%p. de rocha. O aumento do empacotamento também foi confirmado experimentalmente pelo aumento da densidade compactada. Esse aumento no empacotamento com a adição de rocha está relacionado com a maior contribuição de partículas grosseiras arenosas da rocha, com morfologias subarredondadas, subangulares e com maior solidez cujos vazios são preenchidos pelas partículas finas da argila e também da mesma rocha. Em relação às propriedades físicas, formulações com maiores teores de rocha apresentaram maior densidade a verde e menores níveis de retração linear e de absorção de água após queima. No entanto, teores de rocha acima de 40%p. Aumentaram significativamente o volume de interface argila-rocha e os defeitos microestruturais, diminuindo a resistência à flexão e ao desgaste microabrasivo, recomenda-se, portanto, o uso de misturas com 20% até 30%p. de rocha.
Keywords: Argila; Argila - Propriedades mecânicas; Ciência dos materiais; Clay; Clay - Mechanical properties; Materials science