Os resultados da caracterização das matérias primas pelas análises térmicas são apresentadas com os gráficos referentes a: TG (Análise Termo Gravimétrica) e DTA (Análise Térmica Diferencial), para a argila, o feldspato e o resíduo, respectivamente.
Na figura 4.13 verifica-se que a 57,5°C é visto um pico endotérmico referente a eliminação de água livre da argila, em 384,7°C se observa um pico exotérmico que é decorrente a eliminação de matéria orgânica contida na amostra. Em 717,61°C tem-se um pico exotérmico que corresponde ao processo desidroxilação da caulinita, transformação de fase da caulinita (Al2O3.2SiO2.2H2O) em metacaulinítica (Al2O3.2SiO2 + 2H2O), que foi iniciada em torno dos 500°C. Em 965°C ocorre um pico exotérmico referente a transformação da metacaulinítica (Al2O3.2SiO2 + 2H2O) em mulita (3Al2O3.2SiO2). Alatrista (2008) afirma que o pico exotérmico no valor de temperatura em torno de 1000°C é decorrente da transformação da alteração brusca da fase metacaulinita para um tipo de espinélio (Si8Al10 2/3O32).
A curva de TG da amostra de argila, que apresenta uma perda de massa de 0,97% na faixa de temperatura compreendida entre 30°C a 300°C, justamente na faixa que foi apontado pelo DTA o pico endotérmico, que é referente ao processo inicial de secagem, com a eliminação da umidade correspondente à perda de água livre e adsorvida. No intervalo de 300°C a 650°C se identificou uma perda de massa de 3,71% que é atribuída a desidroxilação da caulinita e a eliminação da matéria orgânica, nota-se que os dados estão de acordo com o DTA que apresentou pico exotérmico em 384,7°C. Esse resultado era esperado tendo em vista a afirmação de Santos (1992), que argumenta a formação da metacaulinita a partir do processo de desidroxilação da caulinita, o qual se inicia em torno de 500°C de temperatura de sinterização. Entre as temperaturas de 650°C a 1200°C, houve perda de massa de 0,98% referente a transformação de fases, coerentes com os picos exotérmicos apresentados no DTA, pois é notado que no ponto de 965°C ocorre a transformação da metacaulinítica (Al2O3.2SiO2 + 2H2O) em mulita (3Al2O3.2SiO2).
Figura 4.13 Gráfico da análise térmica TG e DTA para a amostra de argila
A análise térmica da amostra de feldspato que apresentou as curvas de TG e DTA conforme a figura 4.14. Na curva de DTA foi observado em 59,07°C um pico endotérmico referente a perda de água, nota-se ainda que o comportamento térmico é estável com um pico pouco acentuado em 346,5 °C em decorrência da eliminação de voláteis orgânicos. A curva de TG mostra uma perda de massa de 3,5% entre as temperaturas de 30°C a 250°C que é atribuída a perda de água (coerente com o pico endotérmico observado na DTA). Entre 250°C a 700°C ocorre uma perda de massa de 8,24% referente a matérias orgânicas que foram eliminadas. Entre 700°C e 1150°C a curva de TG apresenta uma pequena perda de massa, indicando uma estabilidade térmica e a partir de 1150°C se inicia o processo de fusão. Reed (1995) afirma que a fusão do feldspato de sódio e do feldspato de potássio ocorre a 1050 °C e a 1150 °C, respectivamente e essa temperatura pode ser reduzida, quando em contato com a sílica.
Figura 4.14 Gráfico da análise térmica TG e DTA para a amostra do Feldspato
A amostra do resíduo apresentou curva de TG e DTA, conforme a figura 4.15, na curva de DTA existe a ocorrência de um pico endotérmico a 23,6°C, referente a eliminação de água, essa água deve ter sido absorvida durante o processo de moagem e um pico endotérmico em 575,08°C que é atribuído a transição reversível do quartzo alfa (α) no quartzo beta ( ) pois, segundo Luz (2000) o quartzo alfa é estável à temperatura ambiente, transformando-se na variedade beta a 573°C e em tridimita a 870°C. O resultado era esperado tendo em vista que na análise de difração de raios X ( DRX) as fases apresentadas foram o quartzo e a mulita. A curva de TG apresentou uma perda de massa de 2,67% entre a temperatura de 26°C a 1150°C, demonstrando que o resíduo apresenta boa estabilidade térmica, isso é decorrente do resíduo ser um chamote ou seja, material que já foi sinterizado.
Figura 4.15 Gráfico da análise TG e DTA da amostra de resíduo
O ensaio de dilatometria realizado nas amostras das formulações A, B, C e D é mostrado na figura 4.16 que apresenta o comportamento térmico observado. As formulações apresentaram um comportamento térmico bem semelhante, na forma geral da curva, entre as quatros formulações de massa cerâmica desenvolvida para a aplicação de porcelana elétrica. É notado que para as quatro formulações no intervalo de temperatura de 30°C a 124,6°C ocorrem reações térmicas decorrentes do processo de secagem, com eliminação de umidade e eliminação da matéria orgânica. Nos pontos de 564,3°C, 563,8°C, 564,4°C e 565,2°C respectivamente para as formulações A, B, C e D, é verificado a ocorrência da transformação alotrópica do quartzo, transição reversível do quartzo alfa para o beta, que é uma reação de inversão marcada por expansão volumétrica
A figura 4.16 permite ainda observar que para as quatros formulações, nos valores compreendido na faixa de 911°C a 946,8°C ocorreram várias transformações. Inicialmente ocorreu um aumento da difusão volumétrica, e esse aumento se iniciou em valores diferentes para cada formulação conforme indicado na curva, consequentemente observou-se em torno desses valores de temperaturas que ocorreu a formação de fase líquida no processo de
sinterização, o que contribuiu para a formação da microestrutura da porcelana elétrica, a exemplo da matriz vítrea e a redução dos percentuais de porosidade por meio da eliminação da porosidade. Logo depois ocorre a transformação da mulita a partir do espinélio formado originalmente da transformação da metacaulinita, corroborando com as afirmações de Iqbal (2001) e Lee (2001) em suas pesquisas sobre porcelanas, ou seja, ocorreram as seguintes transformações de fases: da caulinita (Al2O3.2SiO2.2H2O) em metacaulinítica (Al2O3.2SiO2 + 2H2O), e depois a transformação da metacaulinítica (Al2O3.2SiO2 + 2H2O) em mulita (3Al2O3.2SiO2). Vários autores publicaram sobre o início da formação da mulita (3Al2O3.2SiO2), para valores de temperatura a partir de 980°C a 1075°C, a exemplo de Alatrista (2008), Schneider (1994) e Sacks (1997).
Figura 4.16 Gráfico da Dilatometria das formulações A, B, C e D
O estudo dilatométrico permitiu definir o intervalo de temperatura de sinterização adequados para o processamento das formulações, utilizando-se assim as temperaturas de: 1100°C, 1150°C, 1200°C, 1225°C e 1250°C tendo em vista a necessidade de promover as transformações de fases caulinítica para metacaulinítica e a obtenção da mulita, além da formação de fase líquida suficiente para promover a redução da porosidade que contribui positivamente para a aplicação em isoladores elétricos.
0 200 400 600 800 1000 1200 -0,010 -0,008 -0,006 -0,004 -0,002 0,000 0,002 911,0 0C 565,2 0C 117,8 0C 81,7 0C 930,7 0C 564,4 0C 106,9 0C 929,1 0C 563,8 0C 70,9 0C 946,8 0C 564,3 0C 124,6 0C dL/Lo Formulações A B C D