ES2206035B2 - In situ sol gel precipitation of ceramic products comprises infiltration of a solid with a sol, and deposition, for final baking to increase strength - Google Patents

In situ sol gel precipitation of ceramic products comprises infiltration of a solid with a sol, and deposition, for final baking to increase strength

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ES2206035B2 ES200201932A ES200201932A ES2206035B2 ES 2206035 B2 ES2206035 B2 ES 2206035B2 ES 200201932 A ES200201932 A ES 200201932A ES 200201932 A ES200201932 A ES 200201932A ES 2206035 B2 ES2206035 B2 ES 2206035B2
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Abstract

In situ sol-gel precipitation of ceramic products consists of infiltration of a solid with a sol, for controlled deposition of the selected material in the cavities into which the sol has penetrated. The final treating of the products virtually eliminates pores and increases mechanical strength properties, e.g. in composites where the precipitated substance differs from the matrix material.

Description

Procedimiento para la obtención de piezas cerámicas monofásicas con propiedades mecánicas mejoradas mediante la precipitación sol-gel "in situ" del material dentro de preformas bizcochadas.Procedure for obtaining single-phase ceramic pieces with improved mechanical properties by means of sol-gel precipitation " in situ " of the material within biscuit preforms.

Se basa en infiltrar una preforma bizcochada con un sol que penetra en los poros de dicho material. Mediante cambios en el pH, la temperatura, etc. se consigue precipitar "in situ" este sol, depositando de este modo el material elegido dentro de las cavidades donde el sol había penetrado. El gel así depositado debe ser precursor de la misma sustancia que compone la matriz. El material, para adquirir sus propiedades finales, debe ser sometido a su cocción definitiva después de la infiltración.It is based on infiltrating a biscuit preform with a sun that penetrates the pores of said material. Through changes in pH, temperature, etc. it is possible to precipitate " in situ " this sun, thus depositing the chosen material inside the cavities where the sun had penetrated. The gel thus deposited must be a precursor of the same substance that composes the matrix. The material, to acquire its final properties, must be subjected to its final firing after infiltration.

El método desarrollado permite la fabricación de piezas monofásicas con poca porosidad residual o, dicho de otro modo, piezas con densidad real próxima a los valores teóricos. Como consecuencia, las piezas poseen menos defectos microestructurales y más resistencia mecánica.The developed method allows the manufacture of single-phase parts with little residual porosity or, in other words mode, pieces with real density close to the theoretical values. How Consequently, the parts have less microstructural defects and more mechanical resistance

Durante el procesamiento de piezas obtenidas a partir de materias primas en polvo pueden considerarse varias etapas. La primera consiste en la conformación del polvo hasta otorgarle la forma deseada. Posteriormente esta pieza se somete a una cocción en un horno, que se puede llevar a cabo, a su vez, en dos etapas. En la primera, denominada a menudo "bizcochado", se obtienen piezas densas con suficiente resistencia para su manejabilidad. El objeto normalmente es decorar o rectificar las piezas bizcochadas. Por último se llevaría nuevamente la pieza a un horno, donde se realizaría la sinterización definitiva a una temperatura ligeramente inferior a la temperatura de fusión del material considerado.During the processing of parts obtained from from powdered raw materials can be considered several stages The first consists of the formation of the powder until Give it the desired shape. Subsequently this piece is subjected to a baking in an oven, which can be carried out in turn two stages. In the first, often referred to as "biscuit," they get dense pieces with enough strength for their manageability The object is usually to decorate or rectify the biscuit pieces. Finally the piece would be taken back to a oven, where the definitive sintering to a temperature slightly below the melting temperature of material considered.

Por tanto, y de modo general, se pueden establecer tres etapas básicas para el procesamiento de piezas obtenidas a partir de polvos: conformado, bizcochado y cocción definitiva.Therefore, and in general, you can establish three basic stages for part processing obtained from powders: forming, biscuit and cooking definitive

En la etapa de conformación aparecen burbujas, grietas de secado, etc. y son, en general, muy difíciles de evitar. Todas estas irregularidades constituyen defectos microestructurales que desaparecen en cierta medida durante la cocción. Sin embargo, nunca son eliminados completamente, dejando una porosidad residual que suele ser perjudicial para el comportamiento mecánico de la pieza.Bubbles appear in the conformation stage, drying cracks, etc. and they are, in general, very difficult to avoid. All these irregularities constitute microstructural defects They disappear to some extent during cooking. But nevertheless, they are never completely removed, leaving a residual porosity which is usually detrimental to the mechanical behavior of the piece.

La solución que se propone consiste en rellenar parcial o totalmente los defectos en la pieza bizcochada y someterlas después a su cocción definitiva. Se obtienen así piezas prácticamente sin poros y, como consecuencia, con elevadas propiedades mecánicas, fundamentalmente resistencia a flexión y a tracción.The proposed solution is to fill partially or totally defects in the biscuit piece and then subject them to final cooking. Pieces are thus obtained practically without pores and, as a consequence, with high mechanical properties, mainly resistance to bending and traction.

El material de relleno penetra en los defectos de la preforma, actuando como un sellante hecho con un material de igual composición química que la propia pieza. De este modo se consigue un drástico aumento en las propiedades mecánicas (resistencia a flexión, resistencia al choque térmico, etc.) de la pieza elaborada. La gran superficie específica del precipitado favorece la eliminación de defectos microestructurales y ayuda a la densificación final de la pieza, aproximando la densidad al valor teórico del 100%.The filling material penetrates the defects of the preform, acting as a sealant made with a material of Same chemical composition as the piece itself. In this way achieves a drastic increase in mechanical properties (flexural strength, thermal shock resistance, etc.) of the elaborate piece. The large specific surface of the precipitate favors the elimination of microstructural defects and helps final densification of the piece, approximating the density to the value 100% theoretical.

Este método es de directa aplicación en piezas de alúmina, sin perjuicio de que el mismo principio pueda funcionar en una diversidad de otros materiales. Para ello, sólo es necesario que se den determinadas características en la matriz a infiltrar, tal como se describirá posteriormente.This method is of direct application in pieces of alumina, notwithstanding that the same principle may work in A diversity of other materials. For this, it is only necessary that certain characteristics are given in the matrix to infiltrate, such as will be described later.

Por diversas razones pueden aparecer poros en las cerámicas obtenidas por los procesamientos usuales más convencionales. Estos poros actúan como defectos iniciadores de grietas que son la principal causa de la disminución de propiedades mecánicas. Esto es debido a que las grietas se propagan fácilmente a través del material requiriendo para ello una energía mucho menor a la necesaria para romper un material completamente denso.For various reasons pores may appear in the ceramics obtained by the usual processing more conventional. These pores act as initiating defects of cracks that are the main cause of decreasing properties mechanical This is because the cracks easily spread to through the material requiring much less energy for this the necessary to break a completely dense material.

Por citar unos pocos ejemplos, diremos que durante el procesamiento por extrusión aparecen grietas debidas a tensiones de la pasta durante su extrusión a través de la boquilla, sobre todo en masas poco plásticas. También pueden aparecer grietas debido a la eliminación demasiado rápida del agua de composición o a la eliminación de metil-celulosa u otro agente plastificante, etc. En el caso del moldeo por inyección también se utilizan aditivos, necesarios por su capacidad gelificante, como la agarosa, que al ser eliminada deja poros en las piezas. Las piezas obtenidas por colado, uno de los métodos más ampliamente utilizados, presentan a menudo poros debidos a la pérdida del agua de composición de la barbotina, o a otros problemas diversos.To cite a few examples, we will say that during extrusion processing cracks appear due to pulp tensions during extrusion through the nozzle, especially in little plastic masses. Cracks may also appear due to the too rapid removal of compositional water or to the removal of methyl cellulose or other agent plasticizer, etc. In the case of injection molding also they use additives, necessary for their gelling capacity, such as agarose, which when removed leaves pores in the pieces. The pieces obtained by casting, one of the most widely used methods, they often have pores due to the loss of water from composition of the slip, or other various problems.

En principio, a medida que se sinteriza un material, se produce una contracción generalizada que tiende a disminuir los huecos o poros dejados en el procesamiento previo. Sin embargo, muchos materiales cerámicos son refractarios y presentan procesos de sinterización lentos e incompletos, al menos a las temperaturas usuales de trabajo. De este modo, aún después de la sinterización, siempre quedan poros remanentes y la densidad final de la pieza no alcanza el 100% del valor teórico. Este problema es de particular relevancia en el caso de la alúmina.In principle, as a sinter is sintered material, there is a generalized contraction that tends to decrease the gaps or pores left in the previous processing. Without However, many ceramic materials are refractory and present slow and incomplete sintering processes, at least at usual working temperatures. In this way, even after the sintering, there are always remaining pores and the final density of the piece does not reach 100% of the theoretical value. This problem is Of particular relevance in the case of alumina.

El procedimiento descrito en la presente invención se basa en la disolución del material que va a servir de relleno. Posteriormente esta disolución se infiltra en los poros de la matriz. Cambiando las condiciones de pH, temperatura, etc. se consigue la precipitación dentro de los poros, rellenándose de ese modo los defectos y consiguiendo de modo simultáneo otros efectos beneficiosos.The procedure described herein invention is based on the dissolution of the material that will serve as filling. Subsequently this solution infiltrates the pores of matrix. Changing the conditions of pH, temperature, etc. be get the precipitation inside the pores, filling in that defects mode and simultaneously obtaining other effects beneficial.

Los procesos utilizados para la disolución-precipitación de casi cualquier sustancia están descritos ampliamente en la bibliografia. Sin embargo no debe confundirse el término sol, con el significado de una verdadera disolución, aunque en general se emplee el término sol como abreviatura de ambas. Para ser específicos, un sol se refiere a una suspensión de partículas coloidales con un cierto grado de estabilidad ("Ceramic and Glasses", Engineered Materials Hand book, Vol 4, ASM International, ISBN 0-87170-282-7, Lisa C. Klein, "Sol Gel Process", pags 209-214 y Robert D. Shoup "Sol Gel Processes", pags 445-452).The processes used for the dissolution-precipitation of almost any substance They are widely described in the bibliography. However you shouldn't confuse the term sun, with the meaning of a true dissolution, although in general the term sol is used as abbreviation of both. To be specific, a sun refers to a suspension of colloidal particles with a certain degree of stability ("Ceramic and Glasses", Engineered Materials Hand book, Vol 4, ASM International, ISBN 0-87170-282-7, Lisa C. Klein, "Sol Gel Process", pages 209-214 and Robert D. Shoup "Sol Gel Processes", pags 445-452).

Son de especial interés en este caso los que se encuadran en los métodos Sol-Gel (Por ejemplo: L. C. Klein, "Sol-Gel Processing of Silicates" Ann. Rev. Mater. Sci. 1, 227-248 (1985), John D. Wright and Nico A.J.M. Sommerdijk "Sol Gel Materials, Chemistry and Applications", Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 2001, ISBN 90-5699-326-7, etc.). Los procesos sol-gel posibilitan la preparación de materiales cerámicos de gran pureza y homogeneidad a partir generalmente de alcóxidos metálicos. Se basan en la formación de una suspensión coloidal a partir de la hidrólisis y condensación de dichos alcóxidos metálicos.Of particular interest in this case are those that fit into the Sol-Gel methods (For example: L. C. Klein, "Sol-Gel Processing of Silicates" Ann. Rev. Mater. Sci. 1, 227-248 (1985), John D. Wright and Nico A.J.M. Sommerdijk "Sol Gel Materials, Chemistry and Applications ", Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 2001, ISBN 90-5699-326-7, etc.). The sol-gel processes enable the preparation of ceramic materials of high purity and homogeneity start generally from metal alkoxides. They are based on training of a colloidal suspension from hydrolysis and condensation of said metal alkoxides.

A menudo, han sido descritos procedimientos para la adición de nanopartículas durante el procesamiento de materiales (Hsien.Kuang Liu and Azar Parvizi-Majidi, "The Effect of Solid Particles Addition in Sol-Gel Processing of Ceramic Matrix Composites" Ceramic Engineering & Science Proceedings, Vol 13, No 9-10, [642-649], 1992). En este caso la adición de las nanopartículas se realiza simultáneamente al procesamiento de los polvos cerámicos. En el presente procedimiento se insiste en que el gel se incorpora a una pieza sólida bizcochada que permite la manipulación necesaria, que denominamos preforma.Often, procedures have been described for the addition of nanoparticles during material processing (Hsien.Kuang Liu and Azar Parvizi-Majidi, "The Effect of Solid Particles Addition in Sol-Gel Processing of Ceramic Matrix Composites "Ceramic Engineering & Science Proceedings, Vol 13, No 9-10, [642-649], 1992). In this case the addition of nanoparticles are performed simultaneously to the processing of ceramic powders The present procedure insists that the gel is incorporated into a solid biscuit piece that allows necessary manipulation, which we call preform.

También han sido desarrollados métodos para la infiltración de preformas mediante presión por un gel previamente precipitado (F. F. Lange and K. T. Miller, "Pressure filtration: Consolidation Kinetics and Mechanics", Am. Ceramic. Soc. Bull., 66, [1498-1504], 1987; F.F. Lange, David, C. C. Lam and O. Sudre, "Powder Processing and densification of Ceramic Composites" Materials Research (MRS) Proceeding: Processing Science of Advanced Ceramics, 309-318, 1989). La presión necesaria en este caso para conseguir la infiltración es muy alta, debido a la viscosidad del gel, siendo mucho más sencillo infiltrar con el líquido donde se ha hecho la disolución y precipitar posteriormente, tal como se propone en este procedimiento.Methods have also been developed for preform infiltration by pressure by a gel previously precipitate (F. F. Lange and K. T. Miller, "Pressure filtration: Consolidation Kinetics and Mechanics ", Am. Ceramic. Soc. Bull., 66, [1498-1504], 1987; F.F. Lange, David, C. C. Lam and O. Sudre, "Powder Processing and densification of Ceramic Composites "Materials Research (MRS) Proceeding: Processing Science of Advanced Ceramics, 309-318, 1989). The pressure needed in this case to get infiltration is very high, due to the viscosity of the gel, being much simpler infiltrate with the liquid where the dissolution has been made and precipitate later, as proposed in this process.

Existen en la actualidad, entre otros (Azar Nazeri, Eric Bescher, and John D. Mackenzie, "Ceramic Composites by the Sol Gel Method: A Review" Ceram. Eng, Sci. Proc 14, [11-12], pp 1-19, 1993), los siguientes procedimientos descritos para formar composites cerámicos a partir de geles:They exist today, among others (Azar Nazeri, Eric Bescher, and John D. Mackenzie, "Ceramic Composites by the Sol Gel Method: A Review "Ceram. Eng, Sci. Proc 14, [11-12], pp 1-19, 1993), following procedures described to form ceramic composites from gels:

- mezclar dos o más soles para formar una solución homogénea.- mix two or more suns to form a homogeneous solution.

- dispersión de una fase sólida, como polvos o fibras, en el interior de un sol antes de su gelificación.- dispersion of a solid phase, such as powders or fibers, inside a sun before gelation.

- impregnación de un gel poroso con sustancias orgánicas o inorgánicas, de forma que las partículas del gel queden recubiertas por la sustancia elegida.- impregnation of a porous gel with substances organic or inorganic, so that the gel particles remain coated by the chosen substance.

- infiltración o recubrimiento de fibras, laminados, o tejidos tridimensionales de fibras por un sol de baja viscosidad, que es posteriormente gelificado.- infiltration or coating of fibers, laminates, or three-dimensional fiber fabrics by a low sun viscosity, which is subsequently gelled.

- la combinación de varios de los procesos anteriores.- the combination of several of the processes previous.

Proponemos en la invención la precipitación dentro de los propios huecos de la preforma bizcochada a rellenar, aprovechando además la gran superficie específica del material depositado (con tamaños de partícula normalmente muy inferiores a una micra) para facilitar la posterior sinterización. La preforma bizcochada es una pieza sólida que ha sido procesada de tal forma que tenga consistencia y que la porosidad que posea sea abierta, es decir, con poros interconectados.We propose precipitation in the invention within the gaps of the biscuit preform to be filled, taking advantage of the large specific surface of the material deposited (with particle sizes normally much smaller than one micron) to facilitate subsequent sintering. Preform biscuit is a solid piece that has been processed in such a way that has consistency and that the porosity it possesses is open, is say, with interconnected pores.

Procedimiento Process

Se describirán a continuación los procesos ideados para la infiltración de un material poroso. A lo largo del presente procedimiento utilizaremos la palabra preforma con el siguiente significado: es una pieza densa que resiste la manipulación, pero a la que aún no se le ha dado el tratamiento (generalmente térmico) definitivo, que conducirá a la pieza definitiva.The processes will be described below. designed for the infiltration of a porous material. Along the this procedure we will use the word preform with the following meaning: it is a dense piece that resists manipulation, but the treatment has not yet been given (usually thermal) definitive, which will lead to the piece definitive

Generalmente, estas preformas se obtienen o bien por prensado del polvo seco, o bien a partir de una pasta o barbotina; es decir, polvo al que se le añade un ligante, generalmente agua. Para procesar esta pasta o barbotina, la cantidad de agua utilizada es estrictamente controlada. Al perder una cierta cantidad de ese líquido (bien sea durante el colado, o bien por secado, etc), la preforma se vuelve sólida de nuevo, permitiendo su posterior manipulación.Generally, these preforms are obtained either by pressing the dry powder, or from a paste or slip that is, powder to which a binder is added, generally water To process this paste or slip, the amount of water used is strictly controlled. By losing a certain amount of that liquid (either during casting, or by dried, etc.), the preform becomes solid again, allowing its subsequent manipulation

En cualquier caso, las preformas obtenidas tanto por procesamiento de polvo seco como de pastas y barbotinas presentan huecos entre las partículas.In any case, the preforms obtained both by dry powder processing such as pastes and slippers They have holes between the particles.

Como se ha dicho, la idea es rellenar los poros de un material con un líquido en el cual se ha disuelto previamente la sustancia que nos interesa. Este líquido debe contener un precursor de la misma sustancia que compone la matriz. Para lograr que el líquido penetre en los poros se pueden utilizar los fenómenos de adsorción por capilaridad. De este modo, a menudo es suficiente con sumergir la preforma dentro del líquido, ya que este, por tensión superficial, entra dentro de los poros. También se puede conseguir haciendo vacío, impulsando así la penetración del líquido en la pieza. Se puede utilizar un sistema de presión que facilite la entrada del líquido, usando un principio análogo al de los porosímetros de mercurio, que utilizan presiones crecientes para conseguir que el mercurio vaya penetrando progresivamente en los poros más pequeños.As stated, the idea is to fill the pores of a material with a liquid in which it has previously dissolved the substance that interests us. This liquid must contain a precursor of the same substance that composes the matrix. To achieve that the liquid can penetrate the pores the phenomena can be used of adsorption by capillarity. In this way, it is often enough with submerging the preform into the liquid, since this, by surface tension, enters the pores. It also can get empty, thus driving liquid penetration in the room. A pressure system that facilitates the liquid inlet, using a principle similar to that of mercury porosimeters, which use increasing pressures to get the mercury to gradually penetrate the smaller pores

Tres condiciones tienen que darse para que sea posible infiltrar la preforma con la disolución:Three conditions have to be given to make it possible to infiltrate the preform with the solution:

1- La preforma debe ser compatible con los disolventes empleados. Una gran parte de los procesos Sol-Gel involucran la utilización de ácidos o bases fuertes que pueden atacar la preforma.1- The preform must be compatible with the solvents used. A large part of the processes Sol-Gel involve the use of acids or bases strong that can attack the preform.

2- La preforma debe poseer la consistencia suficiente. Lógicamente, cuando se sumerge una preforma en verde (no bizcochada) en un líquido, ésta pierde su consistencia, volviéndose de nuevo pastosa. Para abordar este problema, se procede al bizcochado de la pieza. El bizcochado consiste en una calcinación a baja temperatura, de modo que la sinterización se inicia, pero no avanza significativamente. La preforma bizcochada puede ser sumergida en el líquido sin deshacerse.2- The preform must have the consistency enough. Logically, when a green preform is submerged (no biscuit) in a liquid, it loses its consistency, becoming again pasty. To address this problem, we proceed to biscuit of the piece. The biscuit consists of a calcination to low temperature, so that sintering starts, but not advances significantly. The biscuit preform can be submerged in the liquid without getting rid.

3- La preforma debe poseer porosidad completamente abierta, pues de otro modo el líquido no podría entrar en las cavidades. Esto se consigue reduciendo lo necesario la temperatura de bizcochado. Temperaturas demasiado bajas de bizcochado producen preformas inmanejables (se deshacen a la menor manipulación). Temperaturas demasiado altas producen porosidad cerrada, no rellenable.3- The preform must have porosity completely open, otherwise the liquid could not enter In the cavities This is achieved by reducing the necessary biscuit temperature. Temperatures too low of biscuit produce unmanageable preforms (they fall apart handling). Temperatures too high produce porosity closed, not refillable.

Una vez conseguida una preforma estable, es decir, que pueda ser sumergida, se procede a la infiltración con el líquido que tiene el material disuelto o en suspensión. A continuación se realizan los procesos conducentes a la precipitación.Once a stable preform is achieved, it is say, that it can be submerged, the infiltration with the liquid that has dissolved or suspended material. TO then the processes leading to the precipitation.

Una de las maneras para producir la precipitación consiste en la inmersión de la probeta infiltrada en otro líquido con un pH diferente. De este modo, al cambiar el producto de solubilidad, el material precipita en el interior de la preforma. Otros métodos para conseguir esto es a través de cambios de temperatura (a mayor temperatura mayor producto de solubilidad), por evaporación (a medida que se pierde líquido, comenzarán a precipitar los cristales),
etc.
One of the ways to produce precipitation is the immersion of the infiltrated specimen in another liquid with a different pH. Thus, when changing the solubility product, the material precipitates inside the preform. Other methods to achieve this is through temperature changes (the higher the temperature, the higher the solubility product), evaporation (as liquid is lost, the crystals will begin to precipitate),
etc.

Ejemplo 1Example 1

Se prepara una barbotina de alúmina en agua con un 83.3% de contenido en sólidos y una viscosidad de entre 1000 y 2000 cps. La alúmina empleada en este caso tiene un tamaño medio de partícula de 0.5 \mu.Prepare an alumina slip in water with 83.3% solids content and a viscosity of between 1000 and 2000 cps The alumina used in this case has an average size of 0.5 µ particle.

Se preparan por colado cilindros de 0.5 cm de diámetro y 6 cm de longitud utilizando para ello un molde de escayola. Este molde de escayola ha sido preparado con la relación en peso yeso/agua = 1.67, con lo que de cada 60 gr de agua, 41.4 se evaporan durante el proceso de secado del molde, lo que deja una porosidad residual adecuada.0.5 cm cylinders are prepared by casting diameter and 6 cm in length using a mold of plaster. This plaster cast has been prepared with the relationship by weight gypsum / water = 1.67, so that for every 60 gr of water, 41.4 se evaporate during the mold drying process, which leaves a adequate residual porosity.

A continuación se secan los cilindros de alúmina a 50ºC durante 24 horas. Posteriormente se introducen en un horno para proceder al bizcochado a 600ºC. La rampa de bizcochado es la siguiente: 2ºC/min hasta 600ºC, 2h de permanencia a 600ºC y 3ºC/min hasta temperatura ambiente.The alumina cylinders are then dried at 50 ° C for 24 hours. Later they are introduced in an oven to proceed to biscuit at 600ºC. The cake ramp is the next: 2ºC / min up to 600ºC, 2h of permanence at 600ºC and 3ºC / min up to room temperature

Por otro lado, se disuelven 30 gr de acetato de aluminio en 150 mL de agua, por agitación continuada a temperatura ambiente, durante 24 h aproximadamente. Para facilitar el proceso de disolución se añade al agua una ligera cantidad de HCl concentrado.On the other hand, 30 g of acetate are dissolved aluminum in 150 mL of water, by continuous stirring at temperature ambient, for approximately 24 h. To facilitate the process of solution a slight amount of HCl is added to the water concentrated.

Las piezas cilíndricas de alúmina bizcochadas son sumergidas en este líquido durante 3-4 h. A continuación se sacan y se sumergen en NH_{3}, donde se dejan durante 1-2 h. En este paso se produce la precipitación de partículas de hidróxido de Al en el interior de las piezas de alúmina.The cylindrical pieces of biscuit alumina are immersed in this liquid for 3-4 h. TO They are then taken out and immersed in NH3, where they are left for 1-2 h. In this step the precipitation of Al hydroxide particles inside the alumina pieces.

Las barritas son de nuevo secadas durante 10 h a 50ºC. Se procede posteriormente a su cocción en un horno siguiendo la rampa siguiente: 5ºC/min hasta 600ºC; 2ºC/min hasta 1600ºC, tiempo de permanencia a 1600ºC 2 h; 2ºC/min hasta temperatura ambiente.The bars are again dried for 10 h at 50 ° C It is then cooked in an oven following the following ramp: 5ºC / min up to 600ºC; 2ºC / min up to 1600ºC, residence time at 1600 ° C 2 h; 2ºC / min up to temperature ambient.

A 1200ºC todos los hidróxidos de aluminio han perdido ya su agua de composición y la alúmina resultante se ha transformado a alfa-alúmina o corindón, la fase termodinámicamente más estable, resultando unas piezas cilíndricas de alúmina sin defectos.At 1200 ° C all aluminum hydroxides have lost its compositional water and the resulting alumina has transformed to alpha-alumina or corundum, the phase thermodynamically more stable, resulting in cylindrical pieces of alumina without defects.

Comparando las barritas ya cocidas obtenidas sin infiltración con las que fueron sometidas a este proceso se observan las siguientes diferencias:Comparing the already cooked bars obtained without infiltration with those who underwent this process are observed The following differences:

- Las barritas no infiltradas presentan restos de las pequeñas burbujas existentes en la barbotina de alúmina (Figura 1), mientras que las infiltradas son completamente homogéneas, sin restos de tales burbujas.- Non-infiltrated bars have traces of the small bubbles in the alumina slip (Figure 1), while the infiltrates are completely homogeneous, without remains of such bubbles.

- El grado de sinterización es mucho mayor en las piezas que fueron bizcochadas e infiltradas, encontrándose a alta resolución en el SEM que los cristales de alúmina están perfectamente unidos entre sí (Figura 2).- The degree of sintering is much higher in pieces that were biscuited and infiltrated, being at high resolution in the SEM that alumina crystals are perfectly linked together (Figure 2).

- La resistencia mecánica de las piezas infiltradas alcanza un valor prácticamente del doble con respecto a las no infiltradas, tal como se ve en la siguiente tabla. La densidad aparente de las piezas infiltradas a 600ºC es próxima a la teórica de 4 gr/cm^{3} (por la eliminación de defectos), y presentan una superficie específica menor (mayor sinterización), ambos datos congruentes con el resultado de la resistencia en flexión.- The mechanical resistance of the pieces infiltrates reaches a value almost double with respect to the non-infiltrated, as seen in the following table. The apparent density of the infiltrated pieces at 600ºC is close to the theoretical 4 gr / cm3 (for the elimination of defects), and they have a smaller specific surface (greater sintering), both data congruent with the result of the resistance in flexion.

\sigma_{f}(resistencia en flexión\ sigma_ {f} (resistance in flexion Densidad aparenteApparent density Superficie específicaSurface specific a tres puntos)to three points) Cilindros de alúmina SINCylinders alumina SIN 128 MPa128 MPa 3.3 gr/cm^{3}3.3 gr / cm3 0.33 m^{2}/gr0.33 m 2 / gr precipitación "in situ" *" in situ " precipitation * Cilindros de alúmina CONCylinders alumina WITH 367 MPa367 MPa 3.8 gr/cm^{3}3.8 gr / cm3 0.03 m^{2} /gr0.03 m 2 / gr precipitación "in situ" **precipitation " in situ " ** *Calcinadas a 1600ºC* Calcined at 1600ºC **Bizcochadas a 600ºC, con precipitación "in situ" y posteriormente calcinadas a 1600ºC.** Biscuits at 600ºC, with precipitation " in situ " and subsequently calcined at 1600ºC.

Ejemplo 2Example 2

Se preparan 450 gr de sílice (SiO_{2}), molido y tamizado, seleccionando de este modo la fracción inferior a 63 \mum. Por prensado uniaxial se elaboran plaquetas de 20 por 10 cm, de modo que utilizando una presión de 100 toneladas, las plaquetas adquieren un espesor aproximado de 1.2 cm.450 g of silica (SiO2), ground, are prepared and sieving, thus selecting the fraction lower than 63 \ mum. By uniaxial pressing platelets of 20 by 10 cm are made, so that using a pressure of 100 tons, the platelets they acquire an approximate thickness of 1.2 cm.

Las plaquetas se bizcochan en un horno a 1000ºC.Platelets are baked in an oven to 1000 ° C

Se preparan 500 cm^{3} de un sol de sílice elaborado por hidrólisis de tetraetilortosilicato (TEOS), al que se añade HCl para mejorar la solubilidad. Para la gelificación de este sol se utilizará en una fase posterior alcohol. Las proporciones adecuadas son:500 cm3 of a silica sol are prepared made by tetraethylorthosilicate hydrolysis (TEOS), to which add HCl to improve solubility. For the gelation of this Sun will be used in a later phase alcohol. The proportions suitable are:

TEOSTEOS H_{2}OH2O AlcoholAlcohol HClHCl 1one 44 0.50.5 0.060.06

Las plaquetas son sumergidas en el sol durante un tiempo no inferior a 1 hora para asegurar la infiltración. Se añade el alcohol, produciéndose la gelificación. Se retiran las plaquetas y se limpia el gel superficial excedente.Platelets are submerged in the sun during a time not less than 1 hour to ensure infiltration. It adds the alcohol, producing gelation. Platelets are removed and the excess surface gel is cleaned.

Se procede a una cocción completa a 1400ºC, observándose una mejora clara en la microestructura de las plaquetas obtenidas. De dichas plaquetas se cortan secciones de 1 cm de espesor, obteniéndose barritas aptas para la determinación de las propiedades mecánicas por flexión. También se observa una clara mejora en la resistencia en flexión de las piezas al compararlas con otras que no hayan sido sometidas al tratamiento de infiltración.Complete cooking at 1400 ° C, a clear improvement in platelet microstructure is observed obtained. From these platelets, 1 cm sections of thickness, obtaining bars suitable for the determination of mechanical properties by bending. There is also a clear improvement in the flexural strength of the pieces when compared with others that have not been subjected to the treatment of infiltration.

En este caso, el control sobre las propiedades finales de las piezas se logra modificando tanto la presión de prensado como la temperatura de bizcochado. Dadas las especiales propiedades del cuarzo, a veces es interesante añadir una pequeña porción de arcilla plástica que facilite la labor de prensado y posibilite el posterior manejo de las plaquetas.In this case, control over the properties end pieces are achieved by modifying both the pressure of Pressed as the cake temperature. Given the specials properties of quartz, sometimes it is interesting to add a small portion of plastic clay that facilitates the work of pressing and enable the subsequent handling of platelets.

Claims (4)

1. Procedimiento para la obtención de piezas cerámicas monofásicas con propiedades mecánicas mejoradas mediante la precipitación sol-gel "in situ" del material dentro de preformas bizcochadas, caracterizado por las siguientes etapas: a) elección de la pieza a infiltrar; b) infiltración con un sol; c) precipitación "in situ" del sol. La pieza a infiltrar, etapa a), puede ser cualquier pieza bizcochada con las características siguientes: 1) porosidad abierta; 2) resistencia química a los disolventes empleados en el proceso de disolución-precipitación; 3) resistencia mecánica para soportar la manipulación necesaria.1. Procedure for obtaining single-phase ceramic pieces with improved mechanical properties by means of sol-gel precipitation " in situ " of the material inside biscuit preforms, characterized by the following stages: a) choice of the piece to infiltrate; b) infiltration with a sun; c) precipitation " in situ " of the sun. The piece to infiltrate, stage a), can be any piece biscuit with the following characteristics: 1) open porosity; 2) chemical resistance to solvents used in the dissolution-precipitation process; 3) mechanical resistance to withstand the necessary handling. 2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el tamaño promedio de los poros a infiltrar se controla modificando la cantidad y el tamaño de los aditivos de procesamiento o a través de la temperatura de bizcochado.2. Method according to claim 1, characterized in that the average size of the pores to be infiltrated is controlled by modifying the amount and size of the processing additives or through the biscuit temperature. 3. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la infiltración, etapa b), se realiza por inmersión de la pieza en el líquido con el sol, o por capilaridad, o mediante el empleo de sistemas de presión o de vacío.3. Method according to claim 1, characterized in that the infiltration, step b), is carried out by immersion of the piece in the liquid with the sun, or by capillarity, or by the use of pressure or vacuum systems. 4. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la precipitación, etapa c) se logra con cambios en el pH del medio, por evaporación del disolvente, o por cambios de temperatura.4. Method according to claim 1, characterized in that the precipitation, step c) is achieved with changes in the pH of the medium, by evaporation of the solvent, or by changes in temperature.
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