Synthesis of Ba_0.75Sr_0.25Al₂Si₂O₈ - ZrO₂ Ceramic Composites by Solid State Reaction of Mechanically Activated Precursor Mixtures

• Main Authors: Ramos-Ramírez, M. V., López-Cuevas, J., Rodríguez-Galicia, J. L., Rendón-Angeles, J. C.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2014-08-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: Mechanical activation; Solid state reaction; Fly ash; Celsian; Mechanical properties; Activación Mecánica; Reacción en el estado sólido; Cenizas Volantes; Celsiana; Propiedades mecánicas
• Online Access: http://ceramicayvidrio.revistas.csic.es/index.php/ceramicayvidrio/article/view/1289/1331

Precursor mixtures composed of fly ash, BaCO₃, SrCO₃, Al₂O₃ and ZrO₂, were subjected to attrition milling for 0-8 h and then uniaxially pressed and sintered at 900-1500 °C/5 h, for the in situ solid state synthesis of composites with nominal Ba_0.75Sr_0.25Al₂Si₂O₈ (SBAS)/ZrO₂ mass ratios of: 1) 90/10, 2) 70/30, and 3) 50/50. Mechanical activation, combined with the likely generation of a considerable amount of transient liquid during sintering of the composites, notably enhanced the reactivity of the precursor mixtures. ZrO₂ decreased the conversion from the hexagonal (Hexacelsian) into the monoclinic (Celsian) phases of SBAS in the composites, which became more pronounced when the content of ZrO₂ was increased in the materials. Nearly full conversions could be achieved at temperatures as low as 1100 °C, by mechanically activating the precursor mixtures for times that increased with increasing content of ZrO₂ in the materials. An increment in the time of mechanical activation of the precursor mixtures, as well as in their ZrO₂ content and in the sintering temperature, increased the mechanical properties of the synthesized materials. Thus, the best mechanical properties were obtained for composition 3 milled for 8 h and sintered at 1500 °C.<br><br>Mezclas precursoras de cenizas volantes, BaCO₃, SrCO₃, Al₂O₃ y ZrO₂, fueron activadas mecánicamente en un molino de atrición por 0-8 h y luego prensadas uniaxialmente y sinterizadas a 900-1500 °C/5 h, para la síntesis in situ por reacción en el estado sólido de compósitos con relaciones nominales Ba_0.75Sr_0.25Al₂Si₂O₈ (SBAS)/ZrO₂ en masa de: 1) 90/10, 2) 70/30, y 3) 50/50. La activación mecánica, combinada con la probable generación de una cantidad considerable de líquido transitorio, incrementó notablemente la reactividad de las mezclas precursoras. La ZrO₂ disminuyó la conversión de la fase hexagonal (Hexacelsiana) a la monoclínica (Celsiana) del SBAS, lo cual fue más pronunciado cuando el contenido de ZrO₂ se incrementó en los compósitos. Fue posible obtener conversiones casi completas a temperaturas tan bajas como 1100 °C, activando mecánicamente las mezclas precursoras por tiempos que se incrementaron con el incremento en el contenido de ZrO₂ en los materiales. El incremento en el tiempo de activación mecánica de las mezclas precursoras, así como en su contenido de ZrO₂ y en la temperatura de sinterización, incrementó las propiedades mecánicas de los materiales sintetizados. Así, las mejores propiedades mecánicas correspondieron a la composición 3 molida por 8 h y sinterizada a 1500 °C.