Os materiais cerâmicos são onipresentes no mundo da construção. Materiais de construção como cimento, tijolos, telhas ou isolantes elétricos como porcelana são todos produtos cerâmicos dos quais confiamos em nossas vidas diárias. Essas cerâmicas são fabricadas por um método chamado sinterização – o processo de transformar sólidos em pó em uma massa endurecida pela aplicação de pressão ou temperatura. A maioria dos processos de sinterização envolve temperaturas acima de 1.000ºC, o que torna esse método muito exigente em energia. Além disso, a alta temperatura também dificulta a sinterização de matérias-primas, como carbonatos e hidróxidos, pois são propensos à decomposição térmica em altas temperaturas.
Carbonato de magnésio e hidróxidos são candidatos emergentes para materiais de construção devido à sua estabilidade termodinâmica e sua capacidade de endurecer, ou sinterizar, como gesso de cal extinta. No entanto, esses materiais não podem ser sinterizados usando o processo de sinterização convencional, pois sofrem decomposição térmica. No entanto, não se sabe muito sobre como esses materiais reagem a uma técnica mais suave chamada sinterização a frio. Para resolver essa lacuna de pesquisa, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nagoya, composta pelo Prof. Shinobu Hashimoto e pelo Sr. Keitaro Yamaguchi, investigou o mecanismo pelo qual os sistemas Mg–C–O–H endurecem pelo processo de sinterização a frio (ou CSP ). Suas descobertas são resumidas em um estudo recente disponibilizado on-line em 21 de abril de 2022 e publicado na Ceramics International em 1º de agosto de 2022.

O CSP ganhou popularidade nos últimos anos devido à sua baixa dependência energética. Esse processo imita o processo de formação de rochas sedimentares que ocorre na crosta terrestre, permitindo que a solidificação ocorra sob várias centenas de megapascais de pressão, mas em temperaturas mais amenas, como 300ºC ou menos. Isso torna o processo menos intensivo em energia e ideal para a fabricação de materiais de construção com baixas temperaturas de decomposição térmica.

"O carbonato de magnésio básico, ou magnesita, foi proposto para uso como material de armazenamento de carbono ao lado de seu uso como material estrutural. Mas a magnesita é difícil de produzir como por métodos industriais convencionais devido à influência da hidratação durante a produção e pirólise de alta temperatura de processo de sinterização", explica o Prof. Hashimoto. "Nosso estudo visa entender se os sistemas Mg-C-O-H podem sofrer solidificação desejável em cerâmica de construção via CSP."

A equipe usou pós de hidróxido de magnésio e hidróxido de magnésio básico como precursores cerâmicos e água como solvente. Aqueceram o primeiro a 250ºC e o segundo a 150ºC com 10% em massa de água, sob pressão de 270 megapascals (MPa) por uma hora cada. Eles descobriram que os valores de resistência à compressão e densidade relativa para hidróxido de magnésio solidificado foram 121 MPa e 84%, respectivamente, enquanto os valores para carbonato de magnésio básico solidificado foram 275 MPa e 88%, respectivamente. A equipe também descobriu que a água desempenhou um papel significativo na promoção da reação de dissolução-precipitação necessária para a densificação de pós durante o CSP. Esse fenômeno garantiu que a sinterização para formar massas sólidas ocorresse em temperaturas mais baixas.

Os resultados deste estudo fornecem uma nova perspectiva sobre a sinterização, que geralmente é considerada um processo de alta temperatura e alta energia. O CSP não só permite a fabricação de cerâmicas de materiais suscetíveis à decomposição térmica, mas também garante excelentes resultados ao controlar a microestrutura dos produtos solidificados.

"A indústria da construção é um dos maiores consumidores de energia, responsável por 38% do CO global relacionado à energia₂ emissões. Por meio de nossa pesquisa, pretendemos dar um passo mais perto da construção de um futuro em que a fabricação de materiais de construção seja mais sustentável e ecológica", conclui o Prof. Hashimoto. + Explore mais

As baterias de estado sólido podem ser feitas de forma mais limpa com a ampliação da sinterização de flash