La alúmina blanca fundida (WFA) es una materia prima fundamental en la producción de muchas cerámicas de espuma de alto rendimiento.
¿Qué es la alúmina blanca fundida (WFA)?
Primero, una definición rápida: La alúmina blanca fundida es un material sintético que se produce fundiendo alúmina calcinada de alta pureza (Al₂O₃) en un horno de arco eléctrico a temperaturas superiores a 2000 °C. Posteriormente, se enfría, se tritura y se clasifica en diversos tamaños de grano. Sus características principales son:
Alta pureza: típicamente >99 % Al₂O₃.
Alta dureza: 9,0 en la escala de Mohs.
Excelente refractariedad: alto punto de fusión (~2050°C).
Buena inercia química: Resistente a ácidos y álcalis.
Tamaño de grano controlado: se puede moler y tamizar con precisión.
¿Por qué se utiliza WFA en cerámica espumosa?
Las cerámicas de espuma son estructuras ligeras y altamente porosas que se utilizan principalmente como filtros (para metales fundidos) y materiales aislantes . Los requisitos para estas aplicaciones se ajustan perfectamente a las propiedades de WFA:
Resistencia a altas temperaturas: La cerámica de espuma utilizada para filtrar aluminio, hierro o acero fundido debe soportar temperaturas extremas (700 °C – 1600 °C) sin ablandarse ni degradarse. La alta refractariedad del WFA lo hace ideal.
Inercia química: El material no debe reaccionar con el metal fundido que se filtra. El WFA es extremadamente estable y no introduce impurezas en la masa fundida.
Resistencia al choque térmico: El gradiente térmico repentino al sumergir el filtro en metal fundido puede agrietar materiales de baja calidad. La formulación específica de la suspensión cerámica (que incluye WFA y aglutinantes) está diseñada para mitigar este problema, y las propiedades intrínsecas del WFA contribuyen a una estructura robusta.
Porosidad y estructura controladas: La estructura de la espuma (tamaño, forma y apertura de los poros) es crucial para su eficiencia de filtrado. Los granos de WFA proporcionan el esqueleto sólido y rígido que mantiene esta estructura en condiciones extremas.
Alta resistencia mecánica: El filtro debe resistir las fuerzas erosivas y mecánicas del flujo de metal fundido. La extrema dureza del WFA garantiza que el filtro conserve su forma y no desprenda partículas.
¿Cómo se utiliza WFA en el proceso de fabricación de cerámica espumosa?
El método más común para fabricar cerámica de espuma es el método de réplica de esponja polimérica . Así es como WFA se integra en el proceso:
Preparación de la suspensión: Se mezclan polvos finos de alúmina blanca fundida (y a menudo otros aditivos como aglutinantes, arcillas y coadyuvantes de sinterización) con agua para formar una suspensión viscosa y cremosa. La distribución del tamaño de partícula de la WFA es crucial: debe ser lo suficientemente fina como para recubrir la espuma de polímero de manera uniforme, pero también contener granos más gruesos para contribuir a la construcción de una estructura resistente.
Impregnación: Se sumerge en la lechada una espuma polimérica de celdas abiertas (p. ej., poliuretano) con la estructura porosa deseada (p. ej., 10, 20, 30 PPI – Poros por Pulgada). Se aprieta y se libera repetidamente para asegurar que la lechada de WFA cubra completamente todos los soportes de la red polimérica.
Eliminación de Excesos: La espuma impregnada se pasa por rodillos o se centrifuga para eliminar el exceso de lodo. Este paso es crucial para garantizar que las celdas (poros) permanezcan abiertas mientras los puntales (paredes cerámicas) quedan completamente recubiertos.
Secado: La espuma recubierta se seca lentamente para eliminar el agua sin agrietar el revestimiento cerámico.
Quemado del polímero: La pieza seca se calienta a una temperatura moderada (~500-800 °C) para quemar lentamente y retirar la plantilla de espuma de polímero. Esto deja una réplica de cerámica frágil y porosa.
- Cocción a alta temperatura (sinterización): La pieza se cuece a una temperatura muy alta (normalmente entre 1450 °C y 1650 °C). En esta etapa, las partículas de WFA se sinterizan (se fusionan en sus límites sin fundirse completamente) formando un esqueleto cerámico resistente, monolítico y altamente refractario.
Especificaciones clave de WFA para cerámica de espuma
Al adquirir WFA para esta aplicación, los fabricantes buscan:
Pureza (% Al₂O₃): ≥ 99,0 % es el estándar. Impurezas como la sosa (Na₂O) pueden reducir la refractariedad y afectar la sinterización.
Tamaño de grano (malla/finura): Normalmente se muele en polvo fino. Las distribuciones comunes son F240, F280, F320 e incluso más finas (valores d50 de 20-50 micras). Se suele utilizar una mezcla de tamaños de grano para optimizar la densidad de empaquetamiento y la reología de la suspensión.
Química: Un bajo contenido de Fe₂O₃, SiO₂ y Na₂O es fundamental para garantizar el rendimiento a alta temperatura y evitar la contaminación de los metales filtrados.