Propriedades físico-mecânicas, elétricas e dielétricas de compósitos mulita - fase vítrea

Mullite-glass composites were obtained by solid-state reactive sintering of kaolinite clay and kaolin waste mixtures with waste additions up to 100 wt.%. Rectangular bars were shaped by uniaxial pressing at 40 MPa and fired at 1300 and 1400°C. Mineralogical characterization of raw materials and fired samples was performed by X-ray diffractometry (XRD). Physico mechanical properties were inspected using Archimedes’ principle and three-point bending test, respectively. Electrical, dielectric and microestrutural properties of waste free sample and composites (30, 50, 70 and 100 wt.% waste) were assessed by impedance spectroscopy (IS) and field-emission scanning electron microscopy (FESEM), respectively. A dense mullite-glass composite was obtained from 30 wt. % waste addition and sintered at 1400°C. A viscous flux resulting from the glassy fills up the open porosity and increase the mechanical strength. Electrical conductivity, dielectric constant and dielectric loss are strongly dependent on the microstructural features, namely glassy phase and porosity. The activation energy (0.89 - 0.99 eV) for electrical conduction is lower than typical literature values of mullite-based materials. The results give evidences that the herein synthesized mullite-glass composites with up to 53.6 wt.% mullite are promising low-cost materials for electronics-related applications.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESCompósitos mulita-fase vítrea foram obtidos por sinterização reativa de misturas de argila caulinítica e resíduo de caulim com incorporações de até 100 % em massa de resíduo. Corpos de prova retangular foram obtidos por prensagem uniaxial a 40 MPa e em seguida sinterizados a 1300 e 1400°C. A caracterização mineralógica das matérias-primas e das amostras sinterizadas foi realizada por difratometria de raios-X (DRX). Propriedades físico-mecânicas foram determinadas pelo princípio de Arquimedes e ensaio de flexão de três pontos. Propriedades elétricas, dielétricas e microestruturais das amostras livre resíduo e dos compósitos (com 30, 50, 70 e 100% em massa de resíduo) foram avaliadas por espectroscopia de impedância (IS) em ar e microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM). Um compósito denso à base de mulita acicular imersa em uma matriz de fase vítrea foi obtido a partir de 30% de adição de resíduo de caulim. A adição do resíduo melhorou as propriedades físicas-mecânicas dos compósitos devido ao mecanismo de sinterização assistida por fase líquida. A condutividade elétrica, constante dielétrica e a perda dielétrica dependem fortemente das características microestruturais, como fase vítrea e porosidade. A energia de ativação (0,89 - 0,99 eV) para condução elétrica foi menor do que os valores típicos encontrados na literatura para materiais à base de mulita. Os resultados dão evidências de que os compósitos mulita - fase vítrea obtidos com até 53,6% de mulita são promissores materiais de baixo custo para aplicações em eletrônica