Resumo Um compósito mulita/fase vítrea foi preparado por sinterização reativa de uma mistura argila caulinítica/resíduo de caulim rico em mica com 25% em massa de resíduo. A composição de fase, microestrutura, propriedades dielétricas e elétricas do compósito sinterizado a 1400 °C foram avaliadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância (entre 25 e 600 °C em ar). A caracterização microestrutural mostrou a obtenção de amostras densas compostas de mulita acicular (ortorrômbica, 47,6% em massa), fase vítrea (50,1% em massa) e quartzo residual (2,3% em massa). Os resultados de condutividade elétrica (1,9.10-8 S/cm a 300 °C), constante dielétrica (6,7 a 1 MHz, 25 °C) e perda dielétrica (0,024 a 1 MHz, 25 °C) evidenciaram que o compósito mulita/fase vítrea é um material de baixo custo promissor para uso comercial em aplicações relacionadas à eletrônica.

Abstract A mullite/glass composite has been prepared by reactive sintering of a kaolinite clay/mica-rich kaolin waste mixture with 25 wt% waste. Phase composition, microstructure, dielectric and electrical properties of the composite fired at 1400 °C were evaluated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy (between 25 and 600 °C in air). The microstructural characterization showed the attainment of dense samples composed of acicular (orthorhombic) mullite (47.6 wt%), glassy phase (50.1 wt%), and residual quartz (2.3 wt%). Electrical conductivity (1.9x10-8 S/cm at 300 °C), dielectric constant (6.7 at 1 MHz, 25 °C) and dielectric loss (0.024 at 1 MHz, 25 °C) results gave evidence that the mullite/glass composite is a promising low-cost material for commercial use in electronics-related applications.

Resumo Soluções sólidas à base de céria (CeO2) são materiais promissores para aplicação como eletrólitos de células a combustível de óxido sólido. Apesar das boas propriedades elétricas, um dos principais inconvenientes destes materiais são as altas temperaturas de sinterização (normalmente acima de 1400 °C) necessárias para completa densificação. Com o intuito de melhorar a sinterabilidade da céria, óxidos de metais de transição com baixo ponto de fusão têm sido usados como aditivos de sinterização. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do teor de gadolínia (Gd2O3) na densificação e propriedades elétricas de soluções sólidas de céria com CuO como aditivo de sinterização. Pós com composições nominais Ce0,99-xGdxCu0,01O2-δ (x= 0, 0,2 e 0,3) foram sintetizados pelo método dos precursores poliméricos, calcinados a 500 °C e caracterizados por difratometria de raios X (DRX). A densidade relativa foi avaliada em amostras sinterizadas entre 950 e 1050 °C. As propriedades elétricas foram estudadas por espectroscopia de impedância. Os resultados de DRX indicaram a obtenção de soluções sólidas com estrutura cúbica do tipo fluorita. O uso de materiais nanoparticulados associado a um aditivo de sinterização permitiu a obtenção de cerâmicas com densidades relativas superiores a 92% após sinterização em temperaturas tão baixas quanto 1000 °C. A condutividade elétrica total foi otimizada em amostras com 20% em mol de Gd2O3.

Abstract Ceria (CeO2) based solid solutions are promising materials for use as solid oxide fuel cells electrolytes. Despite good electrical properties, one of the major drawbacks of these materials are the high sintering temperatures (typically above 1400 °C) required for full densification. In order to improve the ceria sinterability, transition metal oxides with low melting point have been used as sintering aid. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of gadolinia (Gd2O3) content on densification and electrical properties of ceria solid solutions with CuO as a sintering aid. Powders with nominal compositions Ce0.99-xGdxCu0.01O2-δ (x= 0, 0.2 and 0.3) were synthesized by the polymeric precursor method, calcined at 500 °C and characterized by X-ray diffraction (XRD). The relative density was evaluated in samples sintered between 950 and 1050 °C. The electrical properties were evaluated by impedance spectroscopy. The XRD results indicated the attainment of solid solutions with cubic fluorite type structure. The use of nanoparticle materials associated with a sintering aid allowed to obtain ceramics with relative densities higher than 92% after sintering at temperatures as low as 1000 °C. The total electrical conductivity was enhanced in samples with 20 mol% Gd2O3.

Resumo 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.

Abstract 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.