Influencia de la adición o aumento en la cantidad de mullita en la resistencia a la flexión de una pasta de porcelana eléctrica comercial

Abstract

Los aisladores eléctricos son componentes ampliamente utilizados en la distribución de energía, esto se debe a que proporcionan aislamiento eléctrico y resistencia mecánica que responden a los esfuerzos asociados a las redes de transmisión de energía. Los aisladores cerámicos están fabricados de diferentes minerales como arcillas, caolines, cuarzo y feldespato, que luego del proceso de sinterización se transforman principalmente en cuarzo, mullita y fase vítrea encargados de conferirles las propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de las porcelanas eléctricas se asocian a la formación y entrecruzamiento de los cristales de mullita, y a la presencia de cuarzo en la porcelana. En este trabajo se estudió la influencia del uso de algunos aditivos sobre la cantidad y forma de los cristales de mullita formada en las pastas de porcelana eléctrica y su consecuente respuesta en cuanto a la viscosidad de la suspensión, resistencia a la flexión, porosidad, densidad aparente, absorción de agua y rigidez dieléctrica. Los aditivos utilizados fueron dos mullitas comerciales, alúmina, óxido de cerio, hidroboracita y cianita. Luego del proceso de cocción, las probetas se caracterizaron en cuanto a su morfología, por medio de Microscopía Electrónica de Barrido, y se determinaron las fases cristalinas presentes en las muestras por medio de Difracción de Rayos X con refinamiento por Rieltveld. De acuerdo a los resultados, fue posible evidenciar que existe una fuerte dependencia de la resistencia a la flexión con la forma, formación de redes y cantidad de cristales de mullita presentes en la microestructura con las adiciones de mullita 2, alúmina y cianita F, mientas que con las adiciones de los fundentes no se observaron aumentos de la resistencia a la flexión. Además, al momento de proponer una curva de cocción modificada para favorecer tanto la nucleación como el crecimiento de los cristales de mullita, fue posible observar grandes diferencias en la morfología de los cristales de mullita obteniéndose cristales de menor relación de aspecto respecto a la curva de cocción experimental.

Abstract: The electric insulators are components widely used in energy distribution because they provide electrical insulation and have enough mechanical strength. The ceramic insulators are manufactured from different minerals like clay, kaolin, quartz and feldspar, which after the sintering process are transformed mainly in quartz, mullite and glassy phase, which confer them the mechanical properties. The mechanical properties of the electric porcelains are associated to the formation and crosslinking of the mullite crystals, and to the presence of quartz in the porcelains. In this work it was studied the influence of the use of some additives over the quantity and form of mullite formed in the pastes of electrical porcelain and its answer over the viscosity of the suspension, bending strength, porosity, bulk density, wáter absorption and dielectric strength. The additives used were two commercial mullite, alumina, cerium oxide, hydroboracite and kyanite. The samples were characterized according to their morphology using scanning electron microscopy. Phases and their quantification was done by X-ray diffraction and Rietveld refinement method. According to the results, it was possible to show that there is a strong dependence of the bending strength with form; networking and amount of mullite crystals present in the microstructure with the additions of mullite 2 alumina and kyanite F, while with additions of fluxes, no increase of the flexural strength were observed. In addition, when proposing a modified firing curve to promote both the nucleation and growth of crystals of mullite was possible to observe large differences in the morphology of the mullite crystals obtaining crystals of lower aspect ratio compared to the curve experimental firing