Evolución de la distribución de tamaño de grano del circón durante la sinterización isoterma de composites circón-vidrio

Abstract

A partir de una tesis realizada en el ITC sobre el mecanismo y la cinética de la sinterización de compactos de vidrio y composites vidrio-circón, se comprobó que la sinterización de composites de alto contenido en circón se producía por un mecanismo de solución-reprecipitación, que implica un crecimiento del tamaño de grano. Este trabajo se centra en estudiar la evolución que sigue la distribución del tamaño de grano del circón, DTG, en estos composites de circón micronizado (1µm) y frita de borosilicato con una relación ɸ=0,525 vol. circón/vol. circón-vidrio. Se realizaron la cocción de 7 probetas con tiempos de permanencia de 5, 20, 80, 320, 600, 900 y 1500min a 1200ºC, en aquellos casos en los que la sinterización se produce por un mecanismo de solución-reprecipitación. En primer lugar, se estableció un procedimiento para la determinación de la distribución del tamaño de grano del composite a partir de la caracterización de las probetas. Se realizaron 10 fotografías con el microscopio electrónico de barrido (MEB) con la señal de electrones retrodispersados, y según el tamaño medio de las partículas de circón se seleccionaron tres tipos de aumentos: x20000 para t=5 y 20 min; x15000 para t=80, 320, 600 y 900 min y x12000 para t=1500min. Se realizó un tratamiento de las micrografías con un software de análisis de imagen (Olympus Stream Basic (ST)) para el conteo y la medición del tamaño de grano e individualización de granos en el que se obtiene el círculo equivalente (2D) que requiere de la transformación 3D (esfera equivalente) y permite obtener la DTG’s (nº de partículas por pantalla, fracción de área ocupada por granos (Ag), fracción acumulada F(G), d10, d50, d90, nº granos/superficie (N), etc.). Segundo, se ajustan las curvas de DTG’s a con los modelos de frecuencia Weibull (M=variable) y Rayleigh (M=2) y se obtienen el tamaño medio de grano (GM) y la uniformidad (M). Se representan la evolución de la DTG’s y los parámetros en ambos modelos determinando que, con el aumento del tiempo de permanencia, crece el grano, se eliminan los granos más pequeños, aumentan poco los granos más grandes, aumenta el tamaño medio de grano (GM) y disminuye el número de partículas por superficie (C). Se compara la efectividad de estas distribuciones, estableciendo que Weibull presenta un ajuste mejor para determinar la DTG’s a partir de la varianza (S2). Tercero, se establece el mecanismo teórico de crecimiento de grano a partir de la comprobación de que se produce por el mecanismo de Ostwald ripening controlado por la difusión según Streitenberger. Analizando el tamaño medio de grano (GM) en función del tiempo, se determina que a partir de los 20min de tiempo de permanencia se cumple el modelo y analizando la concentración de4 las partículas (C), se determina que, a partir de los 80min, el modelo se ajusta adecuadamente.