Fabricación de porcelanas eléctricas con materia prima encontrada en minas de arcillas ubicadas en zona rural del municipio de Popayán

Abstract

La utilización de los minerales no-metálicos, específicamente las arcillas, como material para la industria cerámica presenta un alto grado de importancia tecnológica y ha exigido un estudio más detallado de la composición y estructura molecular de las especies minerales integrantes de las rocas arcillosas. Las arcillas son materia prima importante para la fabricación de piezas utilizadas en múltiples usos que abarca desde la cerámica avanzada hasta la cerámica tradicional. La porcelana eléctrica, derivada de esta materia prima, por lo general, presenta una resistencia eléctrica muy elevada lo que hace de este material un excelente candidato para ser usado como aislante. El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo dosificar y fabricar porcelanas eléctricas utilizando mezclas de arcillas y caolines obtenidos en minas ubicadas en zona rural de Popayán, concretamente en la vereda Pueblillo. Se utilizó el método triaxial para obtener la mezcla con la dosificación adecuada, y con esta materia prima se conformaron piezas cerámicas que se sinterizaron para caracterizarlas eléctricamente. Inicialmente se hizo la caracterización física de siete (7) tipos de suelo para determinar: distribución granulométrica, límites de Atterberg, índice de contracción y peso específico, posteriormente se realizó espectroscopia infrarroja a las siete (7) muestras para determinar los grupos funcionales que existen en cada sólido. Los resultados de estas caracterizaciones fueron utilizados para seleccionar la materia prima que luego se caracterizó con las técnicas de difracción de rayos X DRX y fluorescencia de rayos X FRX, estas técnicas se utilizaron para determinar las fases cristalinas presentes (DRX) y la composición química (FRX). Después de haber realizado las caracterizaciones ya mencionadas, y utilizando el diagrama triaxial de fases (arcilla-cuarzo-feldespato) se determinó cuales de las siete (7) muestras serian adecuadas para dosificar dos tipos de mezclas para obtener cerámica con propiedades aislantes. Con las mezclas definidas se procedió a obtener las piezas utilizando dos métodos: el método de colado y el método de prensado uniaxial. Las piezas conformadas fueron sinterizadas utilizando un programa de calentamiento, que fue diseñado para encontrar la temperatura de sinterización donde se obtuviera la mejor densificación y el menor índice de porosidad, requisitos esenciales para fabricación de porcelana eléctrica. Una vez definida la temperatura óptima de sinterizacion (1250ºC) se seleccionaron cuatro (4) piezas de porcelana sinterizadas a esa temperatura, estas piezas fueron caracterizadas eléctricamente utilizando espectroscopia de impedancia compleja para determinar: impedancia compleja, impedancia real y factor de disipación. Para complementar el trabajo se caracterizaron con la técnica microscopia electrónica de barrido (MEB) cuatro (4) piezas de porcelana que fueron sinterizadas a 1250ºC para conocer el tamaño y morfología de sus partículas.