Utilização da coagulação direta na produção de peças de porcelana

Abstract

No fabrico de cerâmicos, a obtenção de microestruturas homogéneas é importante para melhorar a qualidade do produto final. No processo de enchimento sob pressão, esse objetivo é impossibilitado pela segregação das partículas que ocorre durante a consolidação das peças e que conduz à obtenção de microestruturas heterogéneas. Este fenómeno é provocado pelas correntes de escoamento de água no interior do molde e acontece quando o tamanho das partículas em suspensão difere significativamente do tamanho médio de partícula. O presente trabalho teve como objetivo a redução da segregação das partículas em peças de porcelana conformadas por enchimento sob pressão e, consequentemente, os defeitos associados a este fenómeno aumentando, assim, a qualidade do produto final. Para tal combinou-se o enchimento sob pressão com o enchimento por coagulação direta (ECD), através da adição de uma lactona, mais precisamente o D-Glucurono-6,3-lactona – DGL, à barbotina de enchimento das peças de porcelana A decomposição da DGL por ação da temperatura conduz a uma variação do pH e ao aumento da viscosidade da suspensão. Esta variação de pH pode ser descrita por um modelo cinético proposto neste trabalho. O aumento da viscosidade resultante da decomposição da DGL promove a agregação das partículas em suspensão, conduzindo à formação de uma rede tridimensional que reduz a segregação das partículas por tamanhos ou densidades. A análise das peças obtidas em ensaios laboratoriais, realizados em condições que pretendiam simular as utilizadas industrialmente, não permitiram extrair qualquer conclusão sobre a influência do DGL e da temperatura na segregação das partículas. A microestrutura das peças obtidas nos ensaios industriais apresenta heterogeneidades, independentemente da temperatura e da concentração de DGL utilizada. Estas heterogeneidades resultam da migração do material argiloso para a periferia da peça. O aumento da temperatura de processamento para 40ºC sem adição de DGL intensificou este fenómeno, devido à diminuição da viscosidade da suspensão. Contudo, foi observada um aumento do grau de homogeneidade das peças processadas a 40 ºC na presença de 1,5% de DLG. No presente trabalho estudou-se ainda a utilização do ECD no processamento de peças de porcelana, exclusivamente através da coagulação da suspensão. Nestes ensaios, não foi possível obter corpos com resistência mecânica suficiente para a sua desmoldagem e manipulação ao fim de 7 horas.

In the production of ceramics, the casting of pieces with homogeneous microstructures is important for improving the quality of the final products. In pressure casting this goal is difficult to achieve due to the particle segregation phenomenon during the piece consolidation that leads to heterogeneous microstructures. This phenomenon is caused by the flow of water inside the mold and occurs when the size of the particles in suspension differs significantly from their average particle size. The main objective of this work was to reduce the segregation of particles during the pressure casting process of porcelain bodies and, consequently, the defects associated to this phenomenon. To achieve this goal, pressure and direct coagulation (DCC) castings were combined, adding D-glucuronic-6,3- lactone – (DGL) to the slurry used in the industrial porcelain pressure casting process. The thermal activated decomposition of the DGL promotes a pH change and an increase of the slurry viscosity. This pH shift can be described by a kinetic theoretical model proposed in this work. The viscosity increase of the slurry promotes the aggregation of the particles that leads to the formation of a three-dimensional network that prevents, or at least reduces, the segregation by sizes or densities. From the results of laboratorial tests performed in conditions that attempted to reproduce the industrial conditions it was not possible to extract any conclusion about the influence of DGL thermal decomposition on the particle segregation phenomenon. The microstructures of all samples from industrial tests revealed heterogeneities regardless the processing temperature and concentration of DGL used. Such heterogeneities can be attributed to the migration of clay material to the periphery of the pieces. An increase to 40 ºC of the processing temperature without DGL addition promoted an increase of this phenomenon, due to a slurry viscosity decrease. However, when 1,5% of DGL was added to the slurry at same temperature, an increase of the homogeneity degree was observed in the obtained pieces. In the present work, it was also studied the casting of ceramic pieces using complete coagulation of the suspension through DCC process by thermal decomposition of DGL. In these tests, it was not possible to produce porcelain bodies with mechanical strength for demolding, after 7 hours.