A alumina branca fundida (WFA) é uma matéria-prima essencial na produção de muitas cerâmicas de espuma de alto desempenho.
O que é a alumina branca fundida (WFA)?
Em primeiro lugar, uma definição rápida: A alumina branca fundida é um material sintético produzido pela fusão de alumina calcinada de alta pureza (Al₂O₃) num forno elétrico de arco a temperaturas superiores a 2000 °C. Em seguida, é arrefecida, britada e classificada em vários tamanhos de grão. As suas principais características são:
Pura elevada: normalmente >99% Al₂O₃.
Dureza elevada: 9,0 na escala de Mohs.
Excelente refratariedade: elevado ponto de fusão (~2050°C).
Boa inércia química: resistente a ácidos e álcalis.
Tamanho de grão controlado: pode ser moído e peneirado com precisão.
Porque é que o WFA é utilizado em cerâmica de espuma?
As cerâmicas espumosas são estruturas leves e altamente porosas, utilizadas principalmente como filtros (para metais fundidos) e materiais isolantes . Os requisitos para estas aplicações estão perfeitamente alinhados com as propriedades da WFA:
Resistência a altas temperaturas: A espuma cerâmica utilizada para filtrar o alumínio, o ferro ou o aço fundido deve suportar temperaturas extremas (700 °C – 1600 °C) sem amolecer ou degradar-se. A elevada refratariedade do WFA torna-o ideal.
Inércia Química: O material não deve reagir com o metal fundido a filtrar. O WFA é extremamente estável e não introduz impurezas na massa fundida.
Resistência ao Choque Térmico: O gradiente térmico repentino ao imergir o filtro em metal fundido pode provocar fissuras em materiais de qualidade inferior. A formulação específica da pasta cerâmica (incluindo WFA e ligantes) foi concebida para mitigar este problema, e as propriedades intrínsecas do WFA contribuem para uma estrutura robusta.
Porosidade e estrutura controladas: a estrutura da espuma (tamanho, forma e abertura dos poros) é crucial para a sua eficiência de filtração. Os grãos de WFA fornecem o esqueleto sólido e rígido que mantém esta estrutura em condições extremas.
Alta Resistência Mecânica: O filtro deve resistir às forças erosivas e mecânicas do fluxo de metal fundido. A extrema dureza do WFA garante que o filtro mantém a sua forma e não liberta partículas.
Como é utilizado o WFA no processo de fabrico de espuma cerâmica?
O método mais comum para o fabrico de cerâmica espumosa é o método da réplica de esponja de polímero . Veja como o WFA se enquadra no processo:
Preparação da pasta: Os pós finos de Alumina Branca Fundida (e frequentemente outros aditivos como ligantes, argilas e auxiliares de sinterização) são misturados com água para formar uma pasta viscosa e cremosa. A distribuição do tamanho das partículas da AAW é crucial — deve ser suficientemente fina para revestir a espuma polimérica uniformemente, mas também conter grãos mais grossos para ajudar a construir uma estrutura forte.
Impregnação: Uma espuma polimérica de células abertas (por exemplo, poliuretano) com a estrutura de poros desejada (por exemplo, 10, 20, 30 PPI – Poros por Polegada) é mergulhada na pasta fluida. É comprimida e libertada repetidamente para garantir que a pasta WFA cobre completamente todas as estruturas da rede polimérica.
Remoção do Excesso: A espuma impregnada é passada por rolos ou centrifugada para remover o excesso de pasta. Esta é uma etapa crucial para garantir que as células (poros) permanecem abertas enquanto os suportes (as paredes cerâmicas) são totalmente revestidos.
Secagem: A espuma revestida é seca lentamente para remover a água sem fissurar o revestimento cerâmico.
Queima do Polímero: A parte seca é aquecida a uma temperatura moderada (~500-800 °C) para queimar lentamente e remover o molde de espuma de polímero. Isto resulta numa réplica de cerâmica frágil e porosa.
- Queima a Alta Temperatura (Sinterização): A peça é depois queimada a uma temperatura muito elevada (tipicamente 1450 °C – 1650 °C). Nesta fase, as partículas de WFA sinterizam — fundem-se nas suas extremidades sem fundir completamente — formando um esqueleto cerâmico forte, monolítico e altamente refractário.
Especificações principais de WFA para cerâmica de espuma
Ao adquirir WFA para esta aplicação, os fabricantes procuram:
Pureza (% Al₂O₃): ≥ 99,0% é o padrão. Impurezas como a soda (Na₂O) podem reduzir a refratariedade e afetar a sinterização.
Tamanho do Grão (Malha/Finura): Normalmente moído em pós finos. As distribuições comuns são F240, F280, F320 e até mais finas (valores d50 de 20 a 50 microns). Uma mistura de tamanhos de grão é frequentemente utilizada para otimizar a densidade de compactação e a reologia da pasta.
Química: O baixo teor de Fe₂O₃, SiO₂ e Na₂O é essencial para garantir o desempenho a altas temperaturas e evitar a contaminação dos metais filtrados.