ES2252064T3

ES2252064T3 - Metodo para la fabricacion de una porcelana , porcelana y aislante ceramico a base de una porcelana.

Info

Publication number: ES2252064T3
Application number: ES00963946T
Authority: ES
Inventors: Dr.-Ing. Johannes Liebermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: PL354234A1; NO20021054L; NO20021054D0; DE19942137C2; US6475941B1; WO2001017925A1; CN1371342A; EP1218309A1; CA2383723A1; CZ2002633A3; HUP0202590A2; US20020155943A1; SK2652002A3; DE19942137A1; ATE309971T1; EP1218309B1; DE50011651D1; JP2003508340A

Abstract

Método para la fabricación de una porcelana, donde se mezclan bauxita calcinada (CB), arcilla (T) con un porcentaje mayor al 5% en peso de inclusiones de óxidos metálicos extraños, caolín (K) con un porcentaje mayor al 5% de inclusiones de óxidos metálicos extraños, feldespato (F), silicato de magnesio (M), se trituran y se prepara una suspensión o pasta. Dicha pasta se trata de nuevo para obtener una composición o masa de partida moldeable y dicha masa se seca y a continuación se sinteriza hasta tener la porcelana. En total se mezclan un 48 hasta un 58% en peso de bauxita calcinada (CB), un 10 hasta un 20% en peso de una arcilla (T) que es rica en minerales de arcilla de yacimiento de capas alternas, un 4 hasta un 12% en peso de arcilla ilítica (T), un 7 hasta un 15% en feldespato (F), un 0, 5 hasta un 3% de silicato de magnesio (M), un 8 hasta un 16% en peso de un caolín (K), que es rico en minerales de arcilla de yacimientos de capas alternas y un 8 hasta un 16% en peso de caolín rico enilita (K).

Description

Método para la fabricación de una porcelana, porcelana y aislante cerámico a base de una porcelana.

La invención se refiere a un método para la fabricación de una porcelana, en particular para las aplicaciones en la técnica aislante eléctrica, en la que la bauxita se emplea como material de partida. A continuación, dicha porcelana se denominará porcelana de bauxita. La invención se refiere además a una porcelana de bauxita así como a un aislante cerámico de la porcelana.

Como cerámica técnica para su empleo en la técnica para aislantes eléctricos actualmente se emplea la porcelana de arcilla de aluminio o alúmina. Por una porcelana de alúmina se entiende una mezcla sinterizada de arcilla de alúmina, arcilla, caolín, feldespato, así como si fuera preciso medios auxiliares para el sinterizado y fundentes. La alúmina equivale a un óxido de aluminio muy puro y se obtiene según el método de Bayer de una forma costosa a partir de la bauxita. La alúmina no puede confundirse con la arcilla, bajo lo cual se entiende el producto eflorescente almacenado en yacimientos secundarios de rocas que contienen feldespato.

En particular se emplean porcelanas de alúmina para aislantes de alta tensión que exigen resistencia, que presentan una elevada resistencia a la tracción, resistencia a la flexión y resistencia a la presión interna. Las porcelanas de alúmina altamente resistentes presentan por ello unas resistencia a la flexión, que se miden en una barra de flexión esmaltada, normalizada, de porcelana de alúmina de más de 170 N/mm^{2}. Según la resistencia a la flexión deseada, la cantidad de alúmina que se introduce oscila entre un 27 y un 55% en peso, por lo que la resistencia aumenta con el porcentaje creciente de alúmina.

En la EP 0 189 260 A3, GB 2056431 A, US 4 183 760 y EP 0 522 343 B1 se informa, por ejemplo, acerca de porcelanas de alúmina muy rígidas.

La alúmina es, sin embargo, una materia prima comparativamente mas cara, que tal como se ha indicado solamente se puede obtener de forma costosa a partir de yacimientos naturales de oxido de aluminio, como por ejemplo, la bauxita. Por este motivo, una porcelana de alúmina muy rígida es comparativamente cara, lo que ya se ha considerado como un inconveniente en la fabricación para aplicaciones en la técnica aislante eléctrica. Debido al precio de la alúmina los costes de fabricación y del producto aumentan considerablemente.

El cometido de la invención consiste en pretender un método adecuado para la fabricación de una porcelana, que pueda emplearse especialmente para los componentes de elevada exigencia mecánica de la técnica aislante eléctrica. Además el cometido de la invención reside en pretender una porcelana que sea adecuada con unas propiedades mecánicas similares. Además la invención pretende conseguir un aislante cerámico, que sea favorable con unas propiedades mecánicas similares frente a los aislantes habituales de la tecnología actual.

El primer cometido mencionado se resuelve mediante un procedimiento para fabricar una porcelana, donde la bauxita calcinada, arcilla con un porcentaje superior al 5% en peso de inclusiones de óxidos metálicos extraños, caolín con un porcentaje superior al 5% en óxidos metálicos extraños, feldespato, silicato de magnesio se mezclan, trituran y se manipulan para dar lugar a una suspensión o pasta, dicha suspensión se trata de nuevo para dar lugar a una composición de partida deformable que luego se seca y seguidamente se sinteriza hasta tener la porcelana.

Como materiales de partida para el método de fabricación se emplean, un 48 hasta un 58% en peso de bauxita calcinada, un 10 hasta un 20% de una arcilla, que es rica en minerales de arcilla de capas alternantes, un 4 hasta un 12% de arcilla ilítica, un 7 hasta un 15% de feldespato, un 0,5 hasta un 3% de silicato de magnesio, un 8 hasta 12% de un caolín, que es rico en minerales de arcilla de capas alternantes, y un 8 hasta un 16% de caolín rico en ilita respecto al peso total. Con esta composición de los materiales de partida (en el caso de porcelanas se habla también de un "relleno") se puede fabricar una porcelana de bauxita, que en lo que se refiere a sus propiedades mecánicas duraderas sin envejecimiento y a la dilatación térmica satisface unas exigencias muy elevadas y es especialmente adecuada para aislantes que sufren cambios de temperatura y fuertes cargas mecánicas. La resistencia mecánica puede controlarse mediante el porcentaje en bauxita calcinada. En particular se puede fabricar una porcelana de bauxita muy rígida mediante el relleno indicado.

De una manera opcional se pueden añadir también las sustancias auxiliares habituales.

Con otras palabras se renuncia por completo al empleo de alúmina en el método indicado. En lugar de alúmina se recurre a una bauxita calcinada, que básicamente se obtiene de forma más económica que la alúmina. La bauxita calcinada es una materia prima natural hasta el proceso de calcinación. Mediante su calcinado una parte del hidrato de aluminio contenida en la bauxita se transforma en óxido de aluminio. Mediante el empleo de bauxita calcinada frente a la alúmina se reducen drásticamente los costes de fabricación.

La invención parte ahora del conocimiento de que el corindón o bien óxido de alúmina cristalizado (\alpha-Al_{2}O_{3}), el cual se forma al quemar la porcelana de la alúmina o de la bauxita, es un garante esencial para la resistencia mecánica de la porcelana. Puesto que la alúmina proporciona mas corindón que la bauxita calcinada (la bauxita contiene impurezas) para conseguir una resistencia mecánica similar debe incorporarse mas bauxita en el sustitutivo de la alúmina a través de la bauxita calcinada. La elevada proporción requerida de bauxita calcinada conduce, sin embargo, a que frente a una porcelana de alúmina el porcentaje de componentes plásticos caolín y arcilla así como del feldespato formado de fase vítrea tenga que reducirse. Esto esta relacionado, sin embargo, con unas modificaciones o cambios radicales de las propiedades mecánicas de la porcelana.

Detalladas investigaciones han permitido averiguar que existe una influencia negativa en la disminución del feldespato y de los componentes plásticos en la resistencia mecánica de la porcelana que se puede compensar si se emplean como componentes plásticos una arcilla y un caolín con un porcentaje respectivo superior al 5% en peso de óxidos metálicos ajenos almacenados y si además se añade silicato de magnesio a los materiales de partida.

En el caso de arcillas y caolines las inclusiones de los óxidos metálicos extraños se producen en los denominados minerales de arcilla. Los minerales de arcilla son, por ejemplo, los silicatos de capas como la caolinita, ilita o montmorollonita.

Se ha demostrado que las inclusiones de óxidos metálicos extraños en la arcilla o el caolín (impurezas) favorecen la formación de fases de fusión eutécticas en el sinterizado de la porcelana. Este efecto se conoce, por ejemplo, de W.E.Worall, "Clay and Ceramic Raw Materials", London (Applied Science Publishers Ltd.),1979, pag. 152. La fase de fusión de la mezcla aparece a temperaturas inferiores que la fase de fusión de cada uno de los componentes. La temperatura de sinterizado de la porcelana puede reducirse, lo que de nuevo reduce los costes de fabricación. Lo especial es que los óxidos metálicos extraños incorporados a la red de minerales de arcilla tienen un efecto especialmente favorable en la formación de la fase de fusión favorable o agresiva.

Mediante la fase de fusión agresiva formada a temperaturas inferiores se puede conseguir una disolución casi completa y el paso del cuarzo al feldespato y al caolín en la fase cristalizada. Por el contrario, las porcelanas de arcilla habituales siempre contienen un cierto porcentaje en cuarzo residual. Puesto que las inclusiones de cuarzo equivalen a puntos perturbadores en una estructura de la porcelana, frecuentemente aparece una rotura de la porcelana en los lugares donde existen partículas de cuarzo almacenadas. Las partículas de cuarzo son por tanto nada deseadas en la estructura de la porcelana. Una transformación total del cuarzo perjudicial en la fase cristalizada conduce por ello a un aumento considerable de la resistencia mecánica de la porcelana. Mediante mejores propiedades de la estructura la dispersión de los valores de resistencia será mínima. Esta tolerancia superior de los trastornos hace que la estructura se vuelva también más estable en un comportamiento a largo plazo, lo que es especialmente importante para los aislantes de alta tensión.

Mediante el empleo de arcillas y caolines con una proporción superior al 5% en inclusiones de óxidos metálicos extraños se forma también una fase agresiva de fusión que conduce a que ya casi no existan partículas de cuarzo en la porcelana acabada. El dióxido de silicio contenido se presenta casi exclusivamente en forma de una fase cristalizada. De este modo puede aumentar considerablemente el porcentaje de bauxita en las sustancias de partida, que es el proveedor principal de corindón y con ello de la resistencia mecánica, sin que la disminución del porcentaje de componentes plásticos y de feldespato, que es el componente principal del cuarzo, tenga una influencia negativa en la resistencia mecánica de la porcelana. Como efecto secundario importante se observa una disminución de la temperatura de sinterizado, que además, tal como se ha indicado antes, reduce los costes de fabricación y conserva bien las caras instalaciones de hornos y medios de combustión.

Contrariamente a la sentencia actual del mundo técnico la invención muestra un camino de cómo se puede sustituir la arcilla de alúmina por una bauxita calcinada especialmente adecuada para la fabricación de una porcelana con una elevada resistencia mecánica. La invención demuestra como la parte de bauxita que es el proveedor importante de corindón, se puede incrementar sin que la disminución del porcentaje en componentes plásticos y en feldespato requerida para ello tenga una influencia negativa en la estructura de la porcelana.

Se ha comprobado que son especialmente favorables para la formación de la fase de fusión agresiva los óxidos de metales extraños, óxido de hierro Fe_{2}O_{3}, óxido de magnesio MgO, óxido de potasio, óxido de sodio y óxido de calcio CaO. Resulta preferible que la suma de los porcentajes de estos óxidos en la arcilla o en el caolín sea superior al 5% en peso.

En otra configuración preferida de la invención se emplea una bauxita calcinada con un porcentaje entre un 80% y un 90% en peso de óxido de aluminio. De este modo se puede incorporar gran cantidad del soporte de resistencia principal corindón a la porcelana para una proporción comparativamente baja de bauxita. Dicha bauxita es comercializada por Fa. Frank y Schilte, Essen.

Para la formación de la fase de fusión agresiva y para una disminución de la temperatura de sinterizado se prefiere en particular el empleo de una arcilla ilítica y/o una arcilla, que sea rica en minerales de arcilla de capas alternas. Por una arcilla ilítica se entiende una arcilla que presente un elevado porcentaje de mineral de arcilla, ilita. Por un mineral de arcilla de capas alternas (mixed layer) se entiende un mineral de arcilla tal, que frente a la caolinita no forme ninguna estructura de red, sino que se caracterice por unas disposiciones erróneas y en su estructura de red se incorporen cantidades elevadas de iones alcalinos y alcalinotérreos, que ejercen una acción de tipo fundente. Como nombre comercial de la arcilla ilítica el mas usual es ilita. Una arcilla, que es rica en minerales de arcilla de capas alternas, es por ejemplo la arcilla que se obtiene bajo la denominación Ball Clay Hymod
KC.

Del mismo modo que en la arcilla se ha comprobado que resulta especialmente preferible para la formación de una fase de fusión agresiva, el que se emplee un caolín rico en ilita y/o un caolín, que sea rico en minerales de arcilla de capas alternas, para la fabricación. Un caolín rico en ilita es el caolín explotado en el yacimiento Oberwinter, Alemania. Un caolín, que es rico en minerales de arcilla de capas alternas, se obtiene por ejemplo en el yacimiento de Seilitz, Alemania. La suma de porcentajes de óxido de hierro, óxido de magnesio, óxido de potasio y óxido de sodio es para la ilita del 11,7% en peso, del 6,1% en peso en Ball Clay Hymod KC, del 6,4% en peso en caolín Oberwinter y del 5,7% en peso en caolín Seilitz. La composición se extrae individualmente de la tabla 1, que muestra los porcentajes de las inclusiones de óxidos metálicos extraños para los correspondientes caolines y arcillas.

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TABLA 1 Distintas materias primas plásticas y su contenido en oxidos metálicos con acción fundente (% en peso)

Óxido	Caolín Meka	Caolín BZ	Caolín Zettliz	Caolín Osmose	Caolín Seilitz
Fe_{2}O_{3}	0,5	0,3	0,9	1,1	1,5
MgO	0,2	0,2	0,4	0,5	1,3
K_{2}O	0,4	0,2	1,2	1,1	2,8
Na_{2}O	0,4	-	0,2	0,7	0,1
Suma	1,5	0,7	2,7	3,4	5,7

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Óxido	Caolín Oberw.	Caolín Podersam	Ilita	Arcilla KC	Arcilla 307S
Fe_{2}O_{3}	1,0	1,0	0,9	1,3	1,5
MgO	0,6	0,7	1,5	0,6	0,5
K_{2}O	4,1	0,9	9,2	2,9	1,8
Na_{2}O	0,7	0,4	0,1	1,3	0,7
Suma	6,4	3,0	11,7	6,1	4,5

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Preferiblemente se emplea como feldespato el Nephelin-Syenit. El Nephelin-Syenit es un mineral feldespatoide de formula global KNa_{3} (AlSiO_{4})_{4} con porcentajes oscilantes de potasio y sodio. El Nephelin-Syenit actúa de un modo especialmente favorable en la reducción de la temperatura requerida para el sinterizado hermético.

También resulta una ventaja que en el método de fabricación se emplee esteatita para el silicato de magnesio. La esteatita presenta frente a otros silicatos de magnesio conocidos (por ejemplo, talco) las propiedades mas favorables para la fabricación de la porcelana de bauxita.

Puesto que la bauxita calcinada se adquiere en general en una granulación basta, es preferible triturar previamente la bauxita calcinada por separado antes de mezclarla con los demás componentes. Se ha demostrado que resulta preferible que se triture previamente la bauxita calcinada junto con una proporción de arcilla. Para el molido se emplean habitualmente molinos de bolas, por lo que el molido de la bauxita calcinada se realiza hasta que se obtiene el granulado de la arcilla de alúmina habitualmente empleada.

El contenido en corindón y por tanto la resistencia mecánica de la porcelana preparada depende en mayor parte de la temperatura de sinterizado. Se ha demostrado que es preferible en lo que se refiere a las propiedades mecánicas de la porcelana que el sinterizado se realice a una temperatura entre 1150 y 1300ºC, en particular entre 1190 y 1220ºC. Esta es una temperatura de sinterizado inferior a la habitual en las porcelanas de arcilla de alúmina corrientes.

Se ha demostrado que resulta preferible para la invención que el proceso de enfriamiento después del sinterizado se acelere mediante el empleo de aire frío. De este modo se consigue un enfriado rápido de la porcelana. Mediante el enfriado rápido se produce una transformación de corindón en mullita y los cristales de mullita se mantienen pequeños. Dichas estructuras son preferibles para las propiedades mecánicas de la porcelana.

El cometido en lo que se refiere a la porcelana se resuelve según la invención mediante una porcelana, la cual se obtiene con el procedimiento de fabricación anteriormente mencionado. Dicha porcelana de bauxita se diferencia de una porcelana de arcilla de alúmina por su tamaño de poro y por la distribución de los poros. Así la porcelana de bauxita presenta frente a una porcelana de arcilla de alúmina mas poros, donde sin embargo el tamaño de los poros varia menos y los poros se distribuyen de un modo más homogéneo. Esto resulta favorable para el comportamiento de rotura y para la resistencia de la porcelana de bauxita. Además los cristales de corindón presentan en la porcelana de bauxita otra forma que en la porcelana de arcilla de alúmina. Los cristales de corindón en una porcelana de arcilla de alúmina tienen una configuración longitudinal, en forma de placas, mientras que por el contrario en una porcelana de bauxita casi son el doble de grandes que en la porcelana de arcilla de aluminio y se imponen parcialmente con inclusiones, como por ejemplo, de óxido de titanio. Estas diferencias pueden constatarse fácilmente mediante una comparación de la estructura por medio de absorciones microscópicas de electrones. Además, la porcelana de bauxita esta casi libre de partes de cuarzo residual y por tanto supera en comportamiento a largo plazo a la porcelana de
arcilla.

El cometido en lo que se refiere a la porcelana se resuelve mediante una porcelana, que engloba un 12 hasta un 21% en peso de mullita, un 30 hasta un 46% en peso de corindón, un 40 hasta un 50% en peso de fase vítrea y un 0 hasta un 2% en peso de cuarzo. Una porcelana de este tipo se puede fabricar mediante el procedimiento anteriormente mencionado utilizando bauxita calcinada y es una alternativa económica frente a una porcelana de arcilla corriente. Mediante un porcentaje de cuarzo mínimo dicha porcelana obtiene unas propiedades mecánicas muy buenas y un comportamiento a largo plazo estable. En las porcelanas de arcilla corrientes el porcentaje en cuarzo es superior al 6% en peso.

Una porcelana muy rígida con una resistencia a la flexión, medida en una barra curvada conforme a DIN IEC 60672 de más de 170 N/mm^{2} hasta más de 200 N/mm^{2} equivale a una porcelana que preferiblemente engloba un 12 hasta un 15% en peso de mullita, un 38 hasta un 46% en peso de corindón, un 44 hasta un 47% en peso de fase vítrea y un 0 hasta un 1% en peso de cuarzo.

En otra configuración preferida de la invención, el tamaño del grano de las partículas de cuarzo incluidas es de 20 hasta 40 \mum de manera que en una sección transversal de la porcelana existen menos de 10 partículas de cuarzo por mm^{2}. Una porcelana de este tipo se puede obtener asimismo fácilmente siguiendo el método de fabricación anteriormente mencionado. De manera que esta porcelana casi esta libre de inclusiones de cuarzo, y expone o manifiesta su elevada resistencia y estabilidad en un comportamiento a largo plazo. Una porcelana de este tipo satisface en particular unas elevadas exigencias para aislantes extremadamente cargados y de gran tamaño.

El cometido en lo que se refiere al aislante cerámico se resuelve mediante un aislante según la invención, cuya masa aislante consta de la porcelana indicada.

Los ejemplos de ejecución de la invención se explican a continuación con ayuda de unas figuras que son las siguientes:

Fig 1 esquemáticamente el método de fabricación para una porcelana de bauxita,

Fig 2 una absorción microscópica de electrones de una porcelana de arcilla de aluminio endurecida químicamente

Fig 3 una absorción microscópica de electrones de una porcelana de bauxita endurecida químicamente

Fig 4 una representación gráfica de la distribución Weibull respecto a la probabilidad de rotura de una porcelana de bauxita muy rígida

Fig 5 un espectro Roentgen para comparar una porcelana de arcilla de aluminio y una de bauxita,

Fig 6 otro espectro Roentgen para comparar una porcelana de arcilla de una de bauxita y

Fig 7 un aislante de alta tensión de cerámica con un numero de pantallas característico.

En la figura 1 se representa esquemáticamente un método de fabricación para una porcelana de bauxita, en particular para un aislante cerámico de alta tensión de una porcelana de bauxita. Como materiales de partida se emplean para ello la bauxita calcinada CB, arcilla T, caolín K, feldespato F y silicato de magnesio M. Se emplea aquí una bauxita calcinada con un contenido en óxido de aluminio de aproximadamente el 85% en peso. La bauxita se calcinaba a una temperatura de unos 1500ºC. Como arcilla se emplea la Ball Clay Hymod KC así como la ilita húngara. Además se emplean el feldespato así como el Nephelin-Syenit. Como caolín se emplea el caolín osmose, caolín seilitzer y caolín Oberwinterer. Como silicato de magnesio se emplea la esteatita.

El porcentaje en peso de los materiales empleados se puede deducir de la tabla 2. Los porcentajes en peso se deducen del pesado correspondiente de los recipientes de existencias.

TABLA 2

Fórmula para el relleno de ensayo:
Porcentaje en peso	Denominación	Porcentaje en peso	Denominación
52	Bauxita	2	Esteatita
14	Ball Clay Hymod KC	4	Caolín osmose
10	Ilita húngara	4	Caolín Seilitzer
5	Nephelin-Syenit	4	Caolín Oberwinterer
5	Feldespato

El método de fabricación engloba en conjunto el tratamiento 2 de los materiales de partida 1 para dar lugar a una masa de partida deformable, el moldeado 3 de la composición de partida para dar lugar a una pieza formada o perfilada en la configuración de un cilindro hueco provisto de pantallas, el sinterizado 4 de la pieza formada y el tratamiento final 5 de la pieza formada sinterizada para tener el aislante de alta tensión acabado de porcelana de bauxita. El tratamiento 2 de los materiales de partida 1 para dar lugar a una composición de partida deformable se lleva a cabo a través de cada una de las etapas de mezclado 7 de los materiales de partida, molido 11A y 11B de los materiales en un molino de tambor provisto de bolas de molienda mediante la adición de agua a una barbotina o pasta fluida o bien a una pasta o suspensión y prensado 13 de la barbotina y eliminado por presión del agua añadida. La bauxita CB calcinada se tritura previamente por separado mediante la adición de un porcentaje del 4% en peso de Ball Clay Hymod KC durante 15 horas con agua. Seguidamente se mezclan todas las materias primas juntas y se trituran otras 2,5 horas.

Tras el prensado 13 mediante filtros se crea una masa de partida deformable de las materias primas 1, que es tratada en el proceso siguiente de moldeado 3 y se obtiene un material moldeado.

El moldeado 3 incluye una extrusión y prensado por impacto 15 para el prensado de material bruto cilíndrico hueco de la materia prima, un secado posterior 17 del material bruto y un torneado de perfiles 19, en el que mediante el torneado el material bruto cilíndrico hueco se reviste de unas pantallas en forma de plato, de manera que se obtiene un aislante de alta tensión de porcelana de bauxita.

El sinterizado 4 del material moldeado que se obtiene al tornear 19 engloba el secado de nuevo 22 del material moldeado, el esmaltado 24 del material moldeado secado y la posterior combustión 25 de la pieza esmaltada en un horno de combustión y sinterizado adecuados. Se sinteriza a una temperatura entre 1150ºC y 1300ºC.

El material moldeado sinterizado de porcelana de bauxita se trata finalmente 5. Mediante el cortado 26 se consigue el material moldeado a la longitud deseada y mediante el armado 28 se dota al material moldeado con las piezas de conexión o empalme adecuadas. Por tanto se dispone del aislante de alta tensión con un cuerpo aislante de porcelana de bauxita.

La figura 2 muestra una absorción microscópica de electrones de una porcelana de arcilla de alúmina tratada químicamente en una escala de ampliación de 1000:1. Para una orientación se establece como conforme a la escala la dimensión de 20 \mum. La porcelana de alúmina se sinterizaba a una temperatura de 1230 hasta 1250ºC, por lo que el porcentaje de alúmina en el relleno era del 27% en peso. Los porcentajes restantes en el relleno eran del 42% en peso de arcilla y caolín así como del 27% de feldespato y un residuo en sustancias auxiliares para el sinterizado. Se reconoce claramente la matriz de la estructura A, que consta de mullita (agujas de cristal) y fase vítrea. Incluso se pueden ver ligeramente los poros C(oscuro) de la figura. Además se reconoce una partícula B de corindón así como una partícula D de cuarzo.

En comparación a lo observado en la figura 3 se representa una absorción microscópica de electrones de una porcelana de bauxita atacada químicamente, asimismo en una escala de amplificación de 1000:1. El relleno presenta en este caso un porcentaje de bauxita calcinada (85% en peso de óxido de aluminio) del 52% en peso. Los otros componentes se añadían conforme a los establecido en la tabla 2. La temperatura de sinterizado era de 1230ºC. También en la figura 3 se reconoce claramente una partícula B de corindón así como un poro C.

En comparación con ambas figuras 2 y 3 se observa claramente que la porcelana de bauxita conforme a la figura 3 no contiene ninguna partícula de cuarzo. La porcelana de alúmina convencional presenta contrariamente a la estructura conforme a la figura 2 además de corindón, mullita y fase vítrea un cuarzo residual D perjudicial para la resistencia mecánica. Sin embargo, en la porcelana de bauxita el cuarzo residual D se disuelve por completo y es irreconocible.

Además se observa claramente que las partículas E de corindón en una porcelana de bauxita son mayores que las de la porcelana de alúmina. Las partículas B de corindón de la porcelana de bauxita presentan además una configuración esencialmente circular, mientras que las partículas B de corindón en la porcelana de alúmina tienen una forma más alargada.

En la figura 4 se representa ahora la distribución Weibull respecto a la probabilidad de rotura de una porcelana de bauxita muy rígida, que se ha fabricado como para la figura 3. En las abscisas se coloca la tensión de rotura 30 en Mpa. La probabilidad de rotura 31 en % se coloca en el eje de ordenadas. Se han descrito distintas calidades de estructuras de materiales cerámicos a través de la estadística Weibull. El módulo Weibull m es por tanto una constante del material importante, porque caracteriza la amplitud de dispersión de los valores individuales averiguados. La dispersión se obtiene como resultado de las propiedades del material y por tanto como una función de la frecuencia y distribución de los puntos erróneos macroscópicos. Cuanto mayor es el módulo m de Weibull, tanto menor es la amplitud de dispersión. La figura 4 muestra ahora la distribución de Weibull de la porcelana de bauxita más rígida, en la que se puede calcular un módulo Weibull m de 45,1. Puesto que la estadística de Weibull puede ser considerada como un método adecuado para la evaluación cualitativa de la estructura de las cerámicas, el módulo m de Weibull comparativamente elevado confirma una muy buena homogeneidad o uniformidad de la estructura en una porcelana de bauxita muy rígida.

En la figura 5 se muestran uno frente a otro los espectros de Roentgen de una porcelana de alúmina y una porcelana de bauxita. La porcelana de alúmina se fabricaba a base de un relleno de composición del 42% en peso de arcilla y caolín, del 14% en peso de feldespato, del 40% en peso de alúmina y un resto de medios auxiliares de sinterizado y se sinterizaba a una temperatura de 1230 hasta 1250ºC. La porcelana de alúmina presenta pues una resistencia a la flexión en una varilla curvada esmaltada de 209 N/mm^{2}. La porcelana de bauxita se fabricaba a base de un relleno de composición del 35% en peso de arcilla y caolín, del 8% en peso de feldespato, del 52% en peso de bauxita calcinada y un resto de medios auxiliares de sinterizado y se sinterizaba a una temperatura de 1190 hasta 1220ºC. La porcelana de bauxita presenta una resistencia a la flexión de 199,6 N/mm^{2} medida en una varilla curvada esmalta-
da.

El espectro de Roentgen de la porcelana de alúmina se marca con una X, y el espectro de Roentgen de la porcelana de bauxita con una Y. Se marcan asimismo los picos de Roentgen correspondientes al corindón B, mullita A_{1} y cuarzo D.

Resulta claramente visible que la porcelana de bauxita para una misma resistencia mecánica frente a una porcelana de alúmina, presenta un porcentaje de cuarzo reducido y un porcentaje de mullita elevado.

En la figura 6 se representan ahora los espectros de Roentgen X e Y conforme a la figura 5 de nuevo a partir de otra serie de medición. Además se representa un espectro Roentgen Z, que se ha obtenido de una porcelana de bauxita, que se ha fabricado a base de un relleno con un 56% en peso de bauxita calcinada. La composición restante era la siguiente: 33,5% en peso de arcilla y caolín, 10,5% en peso de feldespato y esteatita. La temperatura de sinterizado era de 1190 hasta 1220ºC.

De nuevo se marcan los picos o máximos de Roentgen para el corindón B, mullita A_{1} y cuarzo D. De la figura 6 se deduce claramente que con un porcentaje del 56% en peso en bauxita calcinada en un relleno se consigue superar el contenido en corindón de una porcelana de alúmina muy rígida, por lo que estas composiciones presentan propiedades comparables en lo que se refiere a resistencia mecánica. Esto no se había constatado hasta el momen-
to.

En la figura 7 se muestra un aislante cerámico 40 configurado como un aislante de alta tensión. El aislante 40 presenta un cuerpo o base aislante 42 a base de una porcelana de bauxita 41 así como unos remates o tapones de conexión 44 para conectar y/o para guiar los tubos de corriente. La base aislante 42 es como un troncho básicamente cilíndrico 45 con un número de nervios en forma de bridas 46. La porcelana de bauxita 41 está revestida superficialmente de un barniz o esmalte que aquí no se representa. El aislante 40 que se muestra es especialmente adecuado como aislante de pista o vía conforme a DIN 48006.

Ejemplo 1

Se investiga el intercambio equivalente de alúmina por bauxita calcinada. Para ello se representan una frente a otra las composiciones I, II, III, IV y V.

Las composiciones I y V son de porcelanas de alúmina, donde el relleno consta de un 27% en peso o un 40% en peso de alúmina. El relleno constaba además de un 43,5% en peso de arcilla y caolín, un 27,5% de feldespato así como un residuo de medios fluyentes y auxiliares para el sinterizado para la composición I. El relleno de la composición V contenía un 43,3% en peso de arcilla y caolín, 12,1% en peso de feldespato y un residuo de medios fluyentes y auxiliares para el sinterizado. La temperatura de sinterizado para las composiciones I y V era de 1230 hasta 1250ºC.

Las composiciones II y IV son porcelanas de bauxita, donde en la masa II frente al relleno de la masa I el 27% de alúmina se sustituía por un 27% en peso de bauxita calcinada. En el relleno de la composición IV se intercambiaba el 40% en peso de alúmina de la masa V por un 40% en peso de bauxita calcinada. La temperatura de sinterizado para las composiciones II y IV era de 1230 hasta 1250ºC.

La composición III equivale a una porcelana de alúmina/bauxita, donde el relleno contiene un 13,5% en peso de alúmina y un 13.5% en peso de bauxita. El resto de la composición del relleno de la masa II equivale a las de las composiciones I o II.

La composición de la bauxita calcinada empleada se deduce de la tabla 4. Esta bauxita calcinada se comercializa libremente.

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TABLA 4

Análisis químico de la bauxita calcinada
SiO_{2}	8,85
Al_{2}O_{3}	84,32
Fe_{2}O_{3}	0,94
TiO_{2}	4,11
CaO	0,02
MgO	0,22
K_{2}O	1,0
Na_{2}O	0,47
GV	0,24

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En la bauxita calcinada empleada el contenido en Na_{2}O soluble es de un 0,03% en peso o sea muy bajo. La
\gamma-Al_{2}O_{3} no se podía detectar, por lo que el óxido de aluminio se presentaba como corindón. El material como tal tiene un residuo del tamizado del 9,1% > 45 \mum y por tanto es claramente superior que la alúmina con un 1% máximo> 45 \mum. El valor Cilas-D_{50} o la finura del grano se sitúa con 14,8 \mum casi el doble que la de la alúmina con 6 hasta 8 \mum. La bauxita se trituraba durante 8 horas antes de la pesada del relleno, para conseguir la pureza de la alúmina.

En la tabla 3 se recogen los análisis químicos y valores de medición de las composiciones I hasta V. Los valores de medición se averiguaban según DIN VDE 0335.

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TABLA 3 Análisis químicos y valores de medición de las composiciones de prueba

	I	II	III	IV	V
SiO_{2}	43,18	45,26	44,25	36,90	32,58
Al_{2}O_{3}	45,62	41,97	43,79	50,31	57,18
Fe_{2}O_{3}	0,74	0,91	0,82	0,98	0,75
TiO_{2}	0,35	1,44	0,90	1,92	0,31
CaO	0,28	0,35	0,33	0,78	0,68
MgO	0,69	0,78	0,73	0,99	0,91
K_{2}O	3,78	4,23	4,03	3,11	2,67
Na_{2}O	0,44	0,45	0,50	0,64	0,69
GV	4,91	4,61	4,64	4,37	4,22

Resistencia \delta_{B} (N/mm^{2}) Esmaltada	1751	155	164	172	232
Flexión(mm)	16	29	19	24,5	18,5
Resistencia a la rotura (N/mm^{2})	5,6	4,8	4,4	4,9	6,5
WAK_{20-600X} 10,6	5,7	5,5	5,7	5,5	6,0
Punto de inflexión del dilatómetro (ºC)	1340	1310	1325	1295	1350
Contracción por la cochura (%)	9,1	8,6	9,0	8,4	8,85

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De la tabla 3 se deduce claramente que la resistencia de la porcelana disminuye claramente en una sustitución de la alúmina por bauxita calcinada en una proporción 1:1. Por lo que la pérdida en resistencia al emplear bauxita calcinada en las composiciones con un contenido elevado de alúmina es claramente mayor que en las composiciones con un contenido bajo en alúmina. Así la composición IV con un porcentaje del 40% en peso de alúmina en un intercambio por bauxita calcinada tiene una resistencia un 21,5% menor. La composición II con una proporción del 27% en peso de alúmina alcanza en el intercambio con bauxita calcinada una resistencia un 11,5% menor.

De la tabla 3 también se deduce que en el intercambio de alúmina por bauxita calcinada los valores de flexión aumentan. Además la bauxita tiene un efecto reductor al comienzo del sinterizado, en la contracción por cochura y en el coeficiente de dilatación térmico (WAK).

Ejemplo 2

Se fabrica una composición VI conforme a la fórmula según la tabla 2. La tabla 5 muestra la composición de bauxita calcinada empleada conforme a un análisis químico y una determinación de los tamaños de grano.

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TABLA 5

Valores químicos y físicos de la bauxita empleada
Análisis químico	Tamaño de grano
SiO_{2}	Al_{2}O_{3}	Fe_{2}O_{3}	TiO_{2}	CaO	MgO	K_{2}O	Na_{2}O	GV	SR 63	D_{50}-Cilas
8,74%	84,84%	1,35%	4,02%	0,185	0,265	0,475	0,055	0,115	16,3	24,3 \mum

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Puesto que la bauxita calcinada es básicamente más basta que la alúmina se trituraba previamente en el molino de bolas durante 15 horas con agua y un 4% de Ball Clay Hymod KC. Se obtenía así un valor de Cilas-D_{50} de 9,7 \mum. A continuación se añadían el resto de materiales y se trituraba otras 2,5 horas. Con ello se ajustaba un residuo de criba SR > 63 \mum del 0,26% y un valor Cilas-D_{50} de 7,4 \mum. La temperatura de sinterizado era de 1220ºC.

La tabla 6 muestra ahora la composición química de la porcelana de bauxita de la composición VI.

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TABLA 6

Análisis químico de la porcelana de bauxita Composición VI
SiO_{2}	31,34
Al_{2}O_{3}	57,73
Fe_{2}O_{3}	1,13
TiO_{2}	2,27
CaO	0,21

TABLA 6 (continuación)

Análisis químico de la porcelana de bauxita Composición VI
MgO	1,09
K_{2}O	2,74
Na_{2}O	0,75
GV %	2,73%

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En las piezas de rotura de las varillas de flexión de la composición VI se realizaba la prueba de porosidad de la fucsina conforme a DIN VDE 0,335 T.2. En ninguna de las piezas penetraba el colorante durante la prueba. La porcelana de bauxita es por tanto permeable a la fucsina.

La densidad bruta o el peso específico de la composición VI, averiguada según DIN 51065 con el método de empuje es de 2,74 g/cm^{3}. En comparación la densidad bruta de la composición I es de 2,69 g/cm^{3} y la densidad bruta de la composición V es de 2,77 g/cm^{3}.

En la tabla 7 se representan otras propiedades de la porcelana de bauxita de la composición VI en comparación con las de las porcelanas de alúmina de composiciones V y I.

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TABLA 7

Contracción/resistencias:
	Composición VI	Composición V	Composición I
Punto de inflexión–dil. ºC	1315	1340	1325
SR > 63 \mum (%)	0,26	1,8	0,7
Humedad de estirado (%)	19,8	19,4	19,0
Contracción por secado (%)	7,74	7,0	6,8
Contracc.por combustión (%)	9,52	8,9	8,7
Combustión total (%)	18,0	16,6	16,1
Rotura en bruto (N/mm^{2})	4,6	6,2	6,2
Flexión (mm)	20,5	16,0	18,5
Resistencia a la flexión no esmaltado N/mm^{2}	163,2	174	138
Resistencia a la flexión esmaltado N/mm^{2}	199,6	209	173
Color interior/exterior	Pardo/gris	Puntos pardos/blanco	Blanco/blanco

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Queda claro que la composición VI de porcelana de bauxita alcanza una resistencia mecánica de porcelanas de alúmina comparables.

En la tabla 8 se confrontan las partes cristalinas en estructuras de las composiciones VI, I y V.

TABLA 8

Comparación de partes cristalinas en la estructura en %:
	Cuarzo	Mullita	Corindón
Composición I	3	10	24
Composición V	2	9	34
Composición VI	-	15	30

La porcelana de bauxita de composición VI muestra un contenido elevado en mullita y corindón cristalinos, aunque no se ha empleado ninguna alúmina. El cuarzo se disuelve completamente en la fase agresiva de fusión. Mediante la espectroscopia de Roentgen no se detectaba ningún cuarzo.

Ejemplo 3

Se analiza ahora la influencia de la temperatura de sinterizado en la composición de la estructura de la porcelana de bauxita de composición VI. Los resultados se resumen en la tabla 9.

TABLA 9

Contenido cuantitativo de porcelana de bauxita con un 56,8% de bauxita (composición VI)
a una temperatura de combustión distinta
Muestra	Contenido, % en peso
	Fase vítrea	Cuarzo	Corindón	Mullita
Bauxita 1190ºC	44 \pm 2	0,8 \pm 0,5	43 \pm 1	12 \pm 1
Bauxita 1225ºC	46 \pm 2	0,5 \pm 0,5	39 \pm 1	14,5 \pm 1
Bauxita 1340ºC	46,5 \pm 2	< 0,4	32 \pm 1	21,5 \pm 1

Claims

1. Método para la fabricación de una porcelana, donde se mezclan bauxita calcinada (CB), arcilla (T) con un porcentaje mayor al 5% en peso de inclusiones de óxidos metálicos extraños, caolín (K) con un porcentaje mayor al 5% de inclusiones de óxidos metálicos extraños, feldespato (F), silicato de magnesio (M), se trituran y se prepara una suspensión o pasta. Dicha pasta se trata de nuevo para obtener una composición o masa de partida moldeable y dicha masa se seca y a continuación se sinteriza hasta tener la porcelana. En total se mezclan un 48 hasta un 58% en peso de bauxita calcinada (CB), un 10 hasta un 20% en peso de una arcilla (T) que es rica en minerales de arcilla de yacimiento de capas alternas, un 4 hasta un 12% en peso de arcilla ilítica (T), un 7 hasta un 15% en feldespato (F), un 0,5 hasta un 3% de silicato de magnesio (M), un 8 hasta un 16% en peso de un caolín (K), que es rico en minerales de arcilla de yacimientos de capas alternas y un 8 hasta un 16% en peso de caolín rico en ilita (K).

2. Método conforme a la reivindicación 1, donde los óxidos metálicos extraños se eligen del grupo formado por Fe_{2}O_{3}, MgO, K_{2}O, Na_{2}O y CaO.

3. Método conforme a la reivindicación 1 ó 2, por el que una bauxita calcinada (CB) se emplea con un porcentaje entre el 80 y el 90% en peso de Al_{2}O_{3}.

4. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde como silicato de magnesio (M) se emplea la esteatita.

5. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde como silicato de magnesio(M) se emplea esteatita.

6. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde se tritura previamente la bauxita calcinada (CB) por separado o junto con un porcentaje de arcilla (T).

7. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde la composición de partida se sinteriza a una temperatura entre 1150 y 1300ºC.

8. Método conforme a la reivindicación 7, donde la composición de partida se sinteriza a una temperatura entre 1190 y 1220ºC.

9. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde el proceso de enfriado se acelera tras el sinterizado mediante el empleo de aire frío.

10. Porcelana, que se obtiene mediante un procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 9.

11. Porcelana conforme a la reivindicación 10, que incluye un 12 hasta un 21% en peso de mullita(A1), un 30 hasta un 46% en peso de corindón (B), un 40 hasta un 50% en peso de fase vítrea (A2) y un 0 hasta un 2% en peso de cuarzo (D).

12. Porcelana conforme a la reivindicación 11, que incluye un 12 hasta un 15% en peso de mullita(A1), un 38 hasta un 46% en peso de corindón (B), un 44 hasta un 47% en peso de fase vítrea (A2) y un 0 hasta un 1% en peso de cuarzo (D).

13. Porcelana conforme a la reivindicación 11 ó 12, donde el tamaño del grano de inclusiones de partículas de cuarzo D es de 20 hasta 40 \mum, y donde en una sección transversal existen menos de 10 partículas de cuarzo (D) por mm^{2}.

14. Aislante de cerámica (40), en particular para aislar la tensión elevada, con una masa aislante de una porcelana (41) conforme a una de las reivindicaciones 10 hasta 13.