Por que escolher o seu pó de alumina de alta pureza
O Mills Clean funciona bem no laboratório, mas causa pontos fracos nos fornos de produção

Passei doze anos observando como o pó de alumina de alta pureza se comporta de uma maneira na bancada do laboratório e de outra quando chega a um moinho e a um forno de produção reais. A surpresa mais comum não é o tamanho das partículas indicado no certificado — é como o sódio residual e a forma como o pó foi calcinado se manifestam como pontos fracos ou retração irregular após a queima.

A maior parte do pó de alumina de alta pureza utilizado em cerâmicas com alto teor de alumina e meios de moagem apresenta teores de Na₂O entre 0,1% e 0,4%. Esse valor parece pequeno até se observar o que acontece acima de 1.550 °C. Um teor mais elevado de sódio promove a sinterização em fase líquida a temperaturas mais baixas, o que parece vantajoso até que a fase líquida comece a dissolver a alumina e, em seguida, se reprecipite na forma de grãos exageradamente grandes. Esses grãos grandes deixam para trás uma porosidade que não se fecha, e você acaba com áreas localmente mais macias que se manifestam como baixa dureza ou desgaste precoce.

Valores laboratoriais que realmente medimos

No ano passado, realizamos uma comparação lado a lado entre dois pós comerciais de alumina calcinada, ambos com teor nominal de 99,5% de Al₂O₃ e com um d50 em torno de 1,2–1,5 µm. O pó A continha 0,08% de Na₂O; o pó B, 0,28% de Na₂O. Prensamos discos de 50 mm de diâmetro a 100 MPa e os queimamos a 1.580 °C por 2 horas ao ar.

O pó A atingiu 3,82 g/cm³ (cerca de 96% do valor teórico), com um tamanho de grão bastante uniforme, inferior a 5 µm. O pó B atingiu 3,75 g/cm³ e apresentou grãos dispersos com tamanho superior a 20 µm, além de aglomerados de porosidade fechada. A dureza Vickers nas seções polidas foi, em média, de 1.680 HV para o A e 1.490 HV para o B, com os valores mais baixos no B sempre localizados próximos aos grãos maiores. A absorção de água nos discos do B ainda era de 0,4%, enquanto no A ficava abaixo de 0,1%. Essas diferenças não são dramáticas em uma única amostra de teste, mas se tornam evidentes rapidamente quando se fabrica meios de moagem ou peças de desgaste que precisam manter o tamanho sob carga.

Como era a situação na fábrica

Um cliente que fabricava esferas de moagem com alto teor de alumina estava obtendo esferas com dureza inferior à esperada de forma intermitente — valores de dureza que ficavam 150–200 HV abaixo do restante do lote, sempre nas mesmas posições do vagão do forno. Eles estavam utilizando um pó de alumina reativa com teor especificado de ≤0,2% de Na₂O. Quando verificamos os lotes que estavam chegando, três em cada cinco apresentavam teores entre 0,24% e 0,31%. O moinho em si era um moinho de bolas de lote de 1,5 m, carregado com 92% de meios de alumina, moendo o pó de alumina com uma pequena quantidade de aglutinante orgânico por 6 horas. A temperatura da pasta no local permanecia em torno de 35–40 °C, e eles estavam atingindo um d50 final de cerca de 0,8 µm. Nada parecia estar errado no moinho.

O problema surgiu após a queima. Os lotes com maior teor de sódio sinterizaram mais rapidamente na parte externa da esfera, enquanto o núcleo ficou para trás, resultando em um gradiente de densidade. Cortamos algumas esferas “moles” e encontramos o mesmo padrão de grãos grandes e porosidade residual que havíamos observado nos discos de laboratório. Depois que eles reduziram o limite de Na₂O na matéria-prima para ≤0,12% e adicionaram uma pausa de 30 minutos a 1.200 °C durante a subida da temperatura para permitir que o pó de alumina se equalizasse, as reclamações sobre bolas moles diminuíram drasticamente. O tempo de moagem e a taxa de desgaste dos meios de moagem não mudaram; a única diferença real foi a composição química do pó e um pequeno ajuste no programa de aquecimento.

O que realmente importa na pista

A distribuição granulométrica ainda é importante, mas raramente é o primeiro problema que surge com a alumina calcinada moderna. A maioria dos fornecedores consegue atingir um d50 consistente. As variáveis que apresentam maior variação são o nível de sódio, o grau de aglomeração remanescente após a calcinação e a proporção entre o pó verdadeiramente reativo e a alfa dura. O pó de alumina calcinada que parece estar em boas condições em um analisador de tamanho de partículas a laser ainda pode conter aglomerados duros que não se desintegram totalmente em um ciclo de moagem de 6 horas, especialmente se o moinho estiver operando um pouco frio ou se os meios de moagem estiverem desgastados.

Se você estiver moldando por prensagem ou por moldagem por vazamento peças que exigem dureza uniforme após a sinterização, eu verifico três coisas antes de me preocupar com o tempo de moagem: o teor real de Na₂O no certificado (não o valor típico), a área superficial BET (um valor mais alto geralmente indica maior reatividade, mas também maior chance de aglomerados) e um teste rápido de densidade após a queima em sua própria massa, em vez de confiar apenas nos dados do fornecedor. A diferença entre o laboratório e a fábrica quase sempre se manifesta na peça queimada, e não na pasta fresada.

O pó de alumina calcinada é simples de lidar até que as pequenas diferenças químicas se deparem com um programa real de forno. Quando você observar o mesmo padrão de ponto fraco tanto nos discos de laboratório quanto nas esferas de produção, deixará de tratar o valor de Na₂O como informação secundária.