Cuerpos de cerámica porosa y proceso para su preparación.

Un proceso para preparar un cuerpo de cerámica porosa, que comprende:

a) mezclar por lo menos un porógeno recubierto con por lo menos un precursor de cerámica de silicato u óxido, endonde el porógeno se puede descomponer en productos de descomposición gaseosos y opcionalmente productossólidos luego de calentamiento, y se recubre 5 con un agente de recubrimiento;

b) formar un cuerpo verde a partir de la mezcla obtenida en la etapa (a); y

c) cocer el cuerpo verde obtenido en la etapa (b) para obtener el cuerpo de cerámica, por lo cual el porógeno sedescompone para formar poros dentro del cuerpo de cerámica y el agente de recubrimiento se deposita en lasuperficie interna de los poros; en donde dicho agente de recubrimiento es una cerámica seleccionada del grupo queconsiste de cuarzo, sílice, caolín, chamota, mullita, alúmina, zirconia, óxido de itrio, óxido de titanio, óxido demagnesio, óxido de calcio, óxido de bario y mezclas de los mismos o en donde dicho agente de recubrimiento seselecciona del grupo que consiste de hidróxido de aluminio, hidrato de óxido de aluminio, nitruro de aluminio, nitrurode silicio, haluros de aluminio, haluros de itrio, haluros de zirconio, haluros de silicio, carbonato de zirconio, sales demetales alcalino y metales alcalinotérreos, y mezclas de los mismos y en donde el agente de recubrimiento esdiferente del precursor de cerámica.

Cuerpos de cerámica porosa y proceso para su preparación Campo de la invención La presente invención se relaciona con un proceso para preparar cerámicas porosas de bajo peso al utilizar

porógenos recubiertos con un agente de recubrimiento; los cuerpos de cerámica porosa obtenidos después de descomposición del porógeno luego de cocción muestran una reducción de densidad ventajosa sin un deterioro significativo de la resistencia mecánica, una porosidad total más homogénea y porosidad cerrada mejorada.

Antecedentes de la invención Se proporcionan habitualmente materiales de cerámica con una porosidad natural determinada por la composición y

la estructura del grano de las materias primas, y por la conducción fuera del agua durante secado y cocción. Esta porosidad natural puede ser insuficiente para las situaciones de aplicación donde es importante asegurar un buen aislamiento térmico y eléctrico, además de las propiedades refractarias, y cuando se requiere un peso reducido.

Se han desarrollado diversos productos de cerámica con altos niveles de porosidad en la técnica; la incorporación de poros se obtiene habitualmente por medio de los denominados porógenos, es decir, materiales que forman poros 15 tales como grafito, perlas de polímero o fibras, que se queman, evaporan o gasifican luego de calentamiento sin dejar residuos. Los porógenos se premezclan comúnmente con los precursores de cerámica y se volatizan durante la etapa de cocción, dejando de esta manera poros en el cuerpo de cerámica que corresponden al espacio originalmente ocupado por las partículas de porógeno. Las cerámicas porosas obtenidas, que tienen densidad y peso reducido, se utilizan comúnmente en un amplio rango de aplicaciones, tales como vajillas, materiales sanitarios, baldosas, aislantes, y diversos materiales de edificación y construcción.

Por ejemplo, el documento US 5, 171, 721 describe láminas de cerámica porosas, que se obtienen al mezclar un polvo de cerámica con hojuelas planas o alargadas, tales como grafito, almidón y azúcar, que desaparecen luego de aplicación de calor para proporcionar de manera general poros planos o alargados que corresponden a las hojuelas. Las láminas se utilizan con una capa protectora para los electrodos. El documento US 6, 057, 030 describe cuerpos de cerámica porosa caracterizados por una pluralidad de poros interconectados, obtenidos al mezclar un componente de cerámica en polvo, tal como alúmina, con perlas poliméricas que forman poros, tales como perlas de polimetilmetacrilato, comprimir la mezcla obtenida y finalmente calentarla hasta evaporar las perlas poliméricas.

La resistencia mecánica de la cerámica cocida usualmente se relaciona directamente con la densidad de la cerámica, es decir las cerámicas densas son de manera general más fuertes que las cerámicas porosas. De hecho, 30 mientras que la introducción de vacíos en el material de cerámica tiene efectos muy positivos sobre las propiedades de aislamiento térmicas y eléctricas del material y también permite un peso reducido, la presencia de vacíos también puede llevar a una reducción de resistencia desventajosa. Se puede experimentar reducción dramática del módulo de la ruptura cuando se introducen altos niveles de porosidad en la cerámica, y en particular porosidad abierta. La porosidad abierta no solo reduce la resistencia de fundido, sino también permite que el agua y la humedad penetren en el cuerpo de cerámica, que no se desea para muchas aplicaciones de cerámica tradicionales; de hecho, la porosidad abierta se determina por los poros que se conectan a la superficie de la cerámica y se vinculan entre sí.

Como se conoce en la técnica, la reducción en la resistencia mecánica se puede evitar parcialmente al controlar la homogeneidad de la distribución de poro. El Registro de Invención Estatutario Estadounidense H48 del 1 de abril, 1986 describe un artículo de cerámica poroso obtenido al utilizar perlas térmicamente degradables, tales como perlas de espuma de poliestireno, en la presencia de un aglutinante capaz de fraguar, tal como una resina epoxi; después de formar los artículos de cerámica deseados, se aplica calor para degradar y volatilizar las perlas y el aglutinante.

El documento US2006/0228247 describe el uso de agentes de homogenización, tales como alcoholes, solventes isoparafínicos o polietilenglicol, que mantiene una distribución uniforme de los agentes que forman poros dentro de 45 una masa de metal de cerámica. Los agentes que forman poros son sales de metales que se eliminan mediante extracción con agua después de que se ha formado el artículo deseado, evitando así la vaporización a alta temperatura o de otras medidas severas que pueden alterar el carácter del artículo poroso final. No obstante, las cerámicas porosas obtenidas todavía son insatisfactorias en cuanto a la resistencia mecánica.

Problemas adicionales asociados con el uso de altas cantidades de porógenos son provocados por la 50 descomposición y combustión rápida de los porógenos luego del calentamiento, lo que puede llevar al craqueo en un cuerpo moldeado. Un intento para resolver este problema se describe en el documento US2005/0161849, en donde el material que forma poros se compone de partículas inorgánicas contenidas en partículas de polímero orgánicas huecas, tales como micro-globos de polímero; las partículas inorgánicas se transfieren en las partículas de polímero mediante desgasificación. La presencia de partículas inorgánicas en el material que forma poros reduce la cantidad relativa de material orgánico, evitando así la aparición de choques térmicos locales durante la etapa de calentamiento.

Por lo tanto, subsiste la necesidad de desarrollar materiales porosos cerámicos que tengan peso reducido y excelentes propiedades de aislamiento térmico y eléctrico, mientras que al mismo tiempo se mantiene buena resistencia mecánica.

Resumen de la invención El Solicitante ha encontrado de forma sorprendente que se pueden resolver los problemas al utilizar un porógeno recubierto con un agente de recubrimiento que, luego de cocción, se deposita en la superficie interna de los poros de cerámica; al utilizar porógenos recubiertos específicos, es posible obtener cerámicas porosas que tienen peso reducido y porosidad mejorada mientras que se mantiene al mismo tiempo buena resistencia mecánica. La presente invención se define en y por las reivindicaciones adjuntas. En un primer aspecto, la presente invención proporciona un proceso para producir un cuerpo de cerámica porosa, que comprende:

a) mezclar por lo menos un porógeno recubierto con por lo menos un silicato o precursor de cerámica de óxido, en donde el porógeno se puede descomponer en productos de descomposición gaseosos y opcionalmente productos sólidos luego de calentamiento, y se recubre con un agente de recubrimiento;

b) formar un cuerpo verde a partir de la mezcla obtenida en la etapa (a) ; y

c) cocer el cuerpo verde obtenido en la etapa (b) para obtener el cuerpo de cerámica, por lo cual el porógeno se descompone para formar poros dentro del cuerpo de cerámica y el agente de recubrimiento se deposita en la superficie interna de los poros; en donde dicho agente de recubrimiento es una cerámica seleccionada del grupo que consiste de cuarzo, sílice, caolín, chamota, mullita, alúmina, zirconia, óxido de itrio, óxido de titanio, óxido de magnesio, óxido de calcio, óxido de bario y mezclas de los mismos o en donde dicho agente de recubrimiento se selecciona del grupo que consiste de hidróxido de aluminio, hidrato de óxido de aluminio, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, haluros de aluminio, haluros de itrio, haluros de zirconio, haluros de silicio, carbonato de zirconio, sales de metales alcalino y metales alcalinotérreos, y mezclas de los mismos y en donde el agente de recubrimiento es diferente del precursor de cerámica.

En otro aspecto, la invención proporciona un cuerpo verde que comprende una mezcla de por lo menos un porógeno recubierto intermezclado con por lo menos un silicato o precursor de cerámica de óxido de acuerdo con el primer aspecto de la creación, en donde el porógeno se puede descomponer en productos de descomposición gaseosos y opcionalmente productos sólidos luego de calentamiento, y se recubre con un agente de recubrimiento.

La invención permite que un cuerpo de cerámica porosa tenga porosidad total de por lo menos 10%, porosidad abierta menor de 1.5% y porosidad cerrada de por lo menos 8.5%, en donde la superficie interna de los poros se cubre por el producto de termólisis de un porógeno recubierto con un agente de recubrimiento; el cuerpo de cerámica porosa se puede obtener al calentar una mezcla... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para preparar un cuerpo de cerámica porosa, que comprende:

a) mezclar por lo menos un porógeno recubierto con por lo menos un precursor de cerámica de silicato u óxido, en donde el porógeno se puede descomponer en productos de descomposición gaseosos y opcionalmente productos sólidos luego de calentamiento, y se recubre con un agente de recubrimiento;

b) formar un cuerpo verde a partir de la mezcla obtenida en la etapa (a) ; y

c) cocer el cuerpo verde obtenido en la etapa (b) para obtener el cuerpo de cerámica, por lo cual el porógeno se descompone para formar poros dentro del cuerpo de cerámica y el agente de recubrimiento se deposita en la superficie interna de los poros; en donde dicho agente de recubrimiento es una cerámica seleccionada del grupo que consiste de cuarzo, sílice, caolín, chamota, mullita, alúmina, zirconia, óxido de itrio, óxido de titanio, óxido de magnesio, óxido de calcio, óxido de bario y mezclas de los mismos o en donde dicho agente de recubrimiento se selecciona del grupo que consiste de hidróxido de aluminio, hidrato de óxido de aluminio, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, haluros de aluminio, haluros de itrio, haluros de zirconio, haluros de silicio, carbonato de zirconio, sales de metales alcalino y metales alcalinotérreos, y mezclas de los mismos y en donde el agente de recubrimiento es diferente del precursor de cerámica.

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde dicho porógeno es un carbono o compuesto orgánico.

3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, en donde dicho porógeno es una partícula esférica o una fibra.

4. El proceso de la reivindicación 2 o 3, en donde dicho porógeno se selecciona del grupo que consiste de grafito, celulosa, almidón, polímeros orgánicos y mezclas de los mismos.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho agente de recubrimiento se selecciona del grupo que consiste de hidróxido de aluminio, carbonato de calcio, carbonato de magnesio, hidrógeno fosfato de calcio y mezclas de los mismos.

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la cantidad de agente de recubrimiento que recubre el porógeno varía de 1 a 40% en peso., con base en el peso del porógeno recubierto.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la cantidad de porógeno recubierto en la mezcla de la etapa (a) es por lo menos 5% en peso., con base en el peso de la mezcla.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde en la etapa (b) el cuerpo verde se forma mediante procesamiento de fundición, fundición a presión, torneado externo, extrusión o de prensa.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde en la etapa (c) la cocción se lleva a cabo a una temperatura que varía de 150 a 1800° C, durante un tiempo que varía de 0.5 a 70 horas.

10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el cuerpo de cerámica obtenido en la etapa

(c) tiene porosidad total de por lo menos 10%, porosidad abierta menor de 1.5% y porosidad cerrada de por lo menos 8.5%.

11. Un cuerpo verde que comprende una mezcla de por lo menos un porógeno recubierto intermezclado con por lo menos un precursor de cerámica de silicato u óxido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el porógeno se puede descomponer en productos de descomposición gaseosos y opcionalmente sólidos luego de calentamiento, y se recubre con un agente de recubrimiento.

12. El cuerpo verde de la reivindicación 11, que comprende desde 10 hasta 40% en peso de porógeno recubierto.