Efeitos da adição de resíduos de cinza da casca de café na microestrutura e propriedades de cerâmicas à base de cordierita
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47201 |
Resumo: | Cordierite is one of the compounds of the MgO-Al2O3-SiO2 system that presents the lowest thermal expansion coefficient among the inorganic oxides. Despite this advantage, which results in high thermal shock resistance, monophasic cordierite is difficult to prepare due to its narrow sintering range and the existence of secondary phases that raises its thermal expansion coefficient. Fluxes are generally used to stimulate the sintering of cordierite precursor powders and to modify the microstructures and properties of these ceramics. In this context, this paper proposes to study the effects of adding different levels of Coffee Husk Ash Residue (CHAR), as fluxing agent, on the elimination of secondary phases, analyzing the behavior during sintering processes and the effects on the microstructures obtained and the properties of cordierite-based ceramics. A standard formulation was prepared using kaolinitic clay, talc and alumina as a source of the elements: aluminum, silicon and magnesium. Samples of the pure standard formulation and of the formulation containing different content of CHAR were prepared by reactive sintering (in conventional kiln) in the temperature range between 1250 and 1450 °C. The quantitative phase analysis of sintered samples was determined by Rietveld refinement of XRD (X-Ray Diffraction) data. Physical properties were estimated by Archimedes methodology, microstructure was inspected by Scanning Electron Microscopy (SEM). The coefficient of thermal expansion was determined using a thermal dilatometer and the dielectric properties were determined by impedance spectroscopy. The addition of up to 1% of CHAR stimulated the reaction between cristobalite and spinel to form cordierite, contributing to the decrease of apparent density and increase of apparent porosity, but with the addition of more than 1% of CHAR, the content of the cordierite phase reduces and there is an increase of spinel in nearly the same proportion, contributing to the increase of the thermal expansion coefficient. The samples with 2% and 4% of CHAR content by weight presented an unprecedented discontinuity of electrical behavior for aluminosilicate based materials. |
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In this context, this paper proposes to study the effects of adding different levels of Coffee Husk Ash Residue (CHAR), as fluxing agent, on the elimination of secondary phases, analyzing the behavior during sintering processes and the effects on the microstructures obtained and the properties of cordierite-based ceramics. A standard formulation was prepared using kaolinitic clay, talc and alumina as a source of the elements: aluminum, silicon and magnesium. Samples of the pure standard formulation and of the formulation containing different content of CHAR were prepared by reactive sintering (in conventional kiln) in the temperature range between 1250 and 1450 °C. The quantitative phase analysis of sintered samples was determined by Rietveld refinement of XRD (X-Ray Diffraction) data. Physical properties were estimated by Archimedes methodology, microstructure was inspected by Scanning Electron Microscopy (SEM). The coefficient of thermal expansion was determined using a thermal dilatometer and the dielectric properties were determined by impedance spectroscopy. The addition of up to 1% of CHAR stimulated the reaction between cristobalite and spinel to form cordierite, contributing to the decrease of apparent density and increase of apparent porosity, but with the addition of more than 1% of CHAR, the content of the cordierite phase reduces and there is an increase of spinel in nearly the same proportion, contributing to the increase of the thermal expansion coefficient. The samples with 2% and 4% of CHAR content by weight presented an unprecedented discontinuity of electrical behavior for aluminosilicate based materials.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA cordierita é um dos compostos do sistema MgO-Al2O3-SiO2 que apresenta o menor coeficiente de expansão térmica dentre os óxidos inorgânicos. Apesar desta vantagem, que resulta em elevada resistência ao choque térmico, a cordierita monofásica é difícil de ser preparada devido à sua estrteita faixa de sinterização e a existência de fases secundárias que eleva o seu coeficiente de expansão térmica. Os fundentes são geralmente utilizados para estimular a sinterização de pós precursores de cordierita e para modificar as microestruturas e propriedades dessas cerâmicas. Neste contexto, este trabalho propõe estudar os efeitos da adição dos diferentes teores de resíduo da cinza da casca de café, como agente fundente, na eliminação de fases secundárias, analisando o comportamento durante os processos de sinterização e os efeitos nas microestruturas obtidas e nas propriedades de cerâmicas à base de cordierita. Uma formulação padrão foi preparada usando argila caulinítica, talco e alumina como fonte dos elementos: alumínio, silício e magnésio. Amostras da formulação padrão pura e desta formulação contendo diferentes teores de RCCC foram preparadas por sinterização reativa (em forno convencional) na faixa de temperatura entre 1250 e 1450 °C. A análise de fase quantitativa de amostras sinterizadas foi determinada pelo refinamento de Rietveld de dados de DRX. As propriedades físicas foram estimadas pela metodologia de arquimedes, a microestrutura foi inspecionada por Microscopia Eletrônica de Varredura. O coeficiente de expansão térmica foi determinado por meio de um dilatômetro térmico e as propriedades dielétricas foram determinadas pela espectroscopia de impedância. A adição de até 1% de resíduo da cinza da casca de café (RCCC) estimulou a reação entre cristobalita e espinélio para formar cordierita, contribuindo para a diminuição da densidade aparente e aumento de porosidade aparente, porém com a adição acima de 1% de resíduo, o teor da fase cordierita reduz e ocorre um aumento de espinélio praticamente na mesma proporção, contribuindo com o aumento do coeficiente de expansão térmica. As amostras com 2% e 4% em peso de teor de resíduo de cinza da casca de café apresentaram uma descontinuidade de comportamento elétrico sem precedentes para materiais à base de aluminosilicatos.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISNascimento, Rubens Maribondo dohttp://lattes.cnpq.br/5600597533105290https://orcid.org/0000-0001-9094-0044http://lattes.cnpq.br/8671649752936793Moura, Caroline GomesMacedo, Daniel Araújo deGrilo, João Paulo de FreitasDutra, Ricardo Peixoto SuassunaFerreira, Pedro Alighiery Silva de Araújo2022-05-17T20:02:46Z2022-05-17T20:02:46Z2021-12-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfFERREIRA, Pedro Alighiery Silva de Araújo. Efeitos da adição de resíduos de cinza da casca de café na microestrutura e propriedades de cerâmicas à base de cordierita. 2021. 102f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47201info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-05-17T20:03:45Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/47201Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-05-17T20:03:45Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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Cordierite is one of the compounds of the MgO-Al2O3-SiO2 system that presents the lowest thermal expansion coefficient among the inorganic oxides. Despite this advantage, which results in high thermal shock resistance, monophasic cordierite is difficult to prepare due to its narrow sintering range and the existence of secondary phases that raises its thermal expansion coefficient. Fluxes are generally used to stimulate the sintering of cordierite precursor powders and to modify the microstructures and properties of these ceramics. In this context, this paper proposes to study the effects of adding different levels of Coffee Husk Ash Residue (CHAR), as fluxing agent, on the elimination of secondary phases, analyzing the behavior during sintering processes and the effects on the microstructures obtained and the properties of cordierite-based ceramics. A standard formulation was prepared using kaolinitic clay, talc and alumina as a source of the elements: aluminum, silicon and magnesium. Samples of the pure standard formulation and of the formulation containing different content of CHAR were prepared by reactive sintering (in conventional kiln) in the temperature range between 1250 and 1450 °C. The quantitative phase analysis of sintered samples was determined by Rietveld refinement of XRD (X-Ray Diffraction) data. Physical properties were estimated by Archimedes methodology, microstructure was inspected by Scanning Electron Microscopy (SEM). The coefficient of thermal expansion was determined using a thermal dilatometer and the dielectric properties were determined by impedance spectroscopy. The addition of up to 1% of CHAR stimulated the reaction between cristobalite and spinel to form cordierite, contributing to the decrease of apparent density and increase of apparent porosity, but with the addition of more than 1% of CHAR, the content of the cordierite phase reduces and there is an increase of spinel in nearly the same proportion, contributing to the increase of the thermal expansion coefficient. The samples with 2% and 4% of CHAR content by weight presented an unprecedented discontinuity of electrical behavior for aluminosilicate based materials. |
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