Crystallization and Structural Analysis of Calcium­Based Ceramics in the CaO–Al2O3–SiO2System

Abstract

The present work deals with the study of a ceramic system obtained by combining halloysite and hydrated lime [Ca(OH)₂], with the aim of forming crystalline phases within the ternary system CaO-Al₂O₃-SiO₂. The addition of 20% by mass of Ca(OH)₂ modifies the basic composition of the aluminosilicate and promotes the formation of phases of interest such as anorthite (CaAl₂Si₂O₈) and mullite (Al₆Si₂O₁₃), two highly sought-after phases in advanced ceramic applications. To understand phase and microstructure evolution in this system, various experimental techniques were used, such as thermal analysis (ATG/ATD), X-ray diffraction (DRX), infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) as well as the exploitation of the CaO-Al₂O₃-SiO₂ ternary diagram. Synthesis, sintering behavior and structural properties were studied between 1000°C and 1300°C ==================================================================================================== Le présent travail porte sur l’étude d’un système céramique obtenu par combinaison de halloysite et de chaux hydratée [Ca(OH)₂], dans le but de former des phases cristallines au sein du système ternaire CaO-Al₂O₃-SiO₂. L’ajout de 20 % en masse de Ca(OH)₂ permet de modifier la composition de base de l’aluminosilicate et de favoriser la formation de phases d’intérêt telles que l’anorthite (CaAl₂Si₂O₈) et la mullite (Al₆Si₂O₁₃), deux phases très recherchées dans les applications céramiques avancées. Pour comprendre l’évolution des phases et de la microstructure dans ce système, différentes techniques expérimentales ont été utilisées, telles que l’analyse thermique (ATG/ATD), la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie infrarouge (FTIR), la microscopie électronique à balayage (MEB) ainsi que l’exploitation du diagramme ternaire CaO-Al₂O₃-SiO₂. La synthèse, le comportement au frittage et les propriétés structurales ont été étudiés entre 1000 °C et 1300 °C.