Materiales de vidrio-cerámica obtenidos por sinterización de polvos vítreos de desechos industriales: producción y propiedades
Autores: Valderrama, Diana M. Ayala; Cuaspud, Jairo A. Gómez; Taniolo, Nicoletta; Boccaccini, Aldo R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 12
Citaciones: Sin citaciones
Los vidrios-cerámicos son materiales inorgánicos silicatados avanzados que se pueden obtener mediante la sinterización de polvos de vidrio utilizando un control cuidadoso de la temperatura para lograr la densificación, nucleación y cristalización del material. En el trabajo actual, se obtuvieron tres muestras diferentes a partir de materiales silicatados amorfos derivados de mezclas de escoria metalúrgica, cenizas de carbón y chatarra de vidrio, mezclados en diferentes proporciones. Las muestras de desecho recibidas fueron tratadas térmicamente a altas temperaturas para lograr una fusión completa a 1200, 1300 y 1400 grados C durante dos horas, realizando un enfriamiento rápido para obtener un material amorfo (vidrio). La frita obtenida fue molida en un polvo, que luego fue prensado en frío para obtener pellets compactos. El tratamiento térmico de los pellets se llevó a cabo a 800-1100 grados C durante 2 h seguido de una tasa de enfriamiento de 10 grados C/min para obtener los vidrios-cerámicos finales. La microestructura de las muestras se evaluó con microscopía electrónica de barrido (SEM), que mostró conglomerados heterogéneos y grupos de aproximadamente 20 micrones. La formación de fases cristalinas fue corroborada mediante análisis de difracción de rayos X (XRD), mostrando la presencia de anortita en todas las muestras. Dependiendo de la composición de la muestra, se detectaron otras fases cristalinas como augita, enstatita y diopsido. Utilizando la ecuación de Debye-Scherrer, fue posible encontrar el tamaño promedio de los dominios nano-cristalinos. También se realizó la cuantificación de la fracción no cristalina o amorfa. Además, se calcularon la densidad y la porosidad de los materiales utilizando los procedimientos definidos en las normas ASTM C373 y ASTM C20, midiendo valores de densidad en el rango de 2.2-3.1 g·cm. La porosidad aparente fue de aproximadamente 33% en los tres materiales. El análisis de espectroscopia Raman mostró señales características asociadas con fases cristalinas que contienen alúmina, sílice, hierro y calcio. En general, el estudio confirmó la posibilidad de obtener vidrios-cerámicos con tamaños de cristal finos (nanométricos) a partir de una combinación de desechos silicatados y la capacidad de modificar la composición cristalina al cambiar las proporciones de los diferentes desechos en las formulaciones iniciales.
Descripción
Los vidrios-cerámicos son materiales inorgánicos silicatados avanzados que se pueden obtener mediante la sinterización de polvos de vidrio utilizando un control cuidadoso de la temperatura para lograr la densificación, nucleación y cristalización del material. En el trabajo actual, se obtuvieron tres muestras diferentes a partir de materiales silicatados amorfos derivados de mezclas de escoria metalúrgica, cenizas de carbón y chatarra de vidrio, mezclados en diferentes proporciones. Las muestras de desecho recibidas fueron tratadas térmicamente a altas temperaturas para lograr una fusión completa a 1200, 1300 y 1400 grados C durante dos horas, realizando un enfriamiento rápido para obtener un material amorfo (vidrio). La frita obtenida fue molida en un polvo, que luego fue prensado en frío para obtener pellets compactos. El tratamiento térmico de los pellets se llevó a cabo a 800-1100 grados C durante 2 h seguido de una tasa de enfriamiento de 10 grados C/min para obtener los vidrios-cerámicos finales. La microestructura de las muestras se evaluó con microscopía electrónica de barrido (SEM), que mostró conglomerados heterogéneos y grupos de aproximadamente 20 micrones. La formación de fases cristalinas fue corroborada mediante análisis de difracción de rayos X (XRD), mostrando la presencia de anortita en todas las muestras. Dependiendo de la composición de la muestra, se detectaron otras fases cristalinas como augita, enstatita y diopsido. Utilizando la ecuación de Debye-Scherrer, fue posible encontrar el tamaño promedio de los dominios nano-cristalinos. También se realizó la cuantificación de la fracción no cristalina o amorfa. Además, se calcularon la densidad y la porosidad de los materiales utilizando los procedimientos definidos en las normas ASTM C373 y ASTM C20, midiendo valores de densidad en el rango de 2.2-3.1 g·cm. La porosidad aparente fue de aproximadamente 33% en los tres materiales. El análisis de espectroscopia Raman mostró señales características asociadas con fases cristalinas que contienen alúmina, sílice, hierro y calcio. En general, el estudio confirmó la posibilidad de obtener vidrios-cerámicos con tamaños de cristal finos (nanométricos) a partir de una combinación de desechos silicatados y la capacidad de modificar la composición cristalina al cambiar las proporciones de los diferentes desechos en las formulaciones iniciales.