Diapositivas - U6 - Cerámicos

5/10/2018 Diapositivas - U6 - Cerámicos - slidepdf.com

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Tecnología I

Cerámicos

Introducción

Cerámicos tradicionales y avanzados

3. Fases de producción4.

Procesado de Cerámicos

Prensado. Colado. Conformado Plástico. Técnicas Avanzadas.

Fabricación de vidrios

Cerámicos: definiciones

Primitivas

“El arte de moldear, modelar y cocinar la arcilla; el estudio de

la alfarería como un arte”

Modernas

“Todo material inorgánico no metálico”

Avanzadas

“Materiales Policristalinos consolidados, basados encombinaciones de elementos de los grupos III-VI entre si y/ocon cualquier metal, y conformados con tecnologías de

transporte de masa”

Cerámicos: evolución

10000 AC: comunidades sedentarias neolíticas (Mesopotamia,

Japón, Europa oriental). Barro y arcilla sin calcinar.≈

6500 AC : arcilla quemada.

4000 AC : productos comerciales; alfarería decorada.

≈ 2500 AC : Egipto, vidrios, gemas artificiales. Pirámides ytemplos, usando yeso calcinado como ligante.

≈206 AC : China, dinastía Qin, ejército de terracota.≈ S VII : China, dinastía Tang, porcelana.≈

S XVII : Europa, porcelana alta temperatura (mullita).

1800 : primeras prótesis dentales.

1820 : Portland – UK, patente invención cemento.

Cerámicos: evolución

1930 : fibra de vidrio, producción comercial.1940 : cinta magnética de grabación.1942 : combustibles nucleares (UO

1945 : capacitores, BaTiO3

1957 : diamantes industriales, BN y B4

C estructurales.

1960 : Si3

1970 : fibras ópticas.1982 : MC reforzados con fibras de Si.1985 : hidroxiapatita para implantes quirúrgicos.1990 : nanomateriales.

Cerámicos: ventajas y desventajas

Ventajas Desventajas

Dureza Fragilidad

Resistencia a la oxidación IrreproducibilidadResistencia a la corrosión Dificultad procesamiento

Baja densidad (2 –

4 gr/cm3) Muy baja maquinabilidad

Baja conductividad térmicaResistencia a altas temperaturas

Comportamientos y propiedades

mecánico

termoquímico

conductividad térmica

eléctrico

5.- magnético 6.- electromagnético

Cerámicos: tradicionales

y avanzados

Tradicionales CERAMICOS Avanzados

Normal ESTRUCTURA CRISTALINA Nueva10%-50% DENSIDAD > 98%

mm DEFECTOS micrones15/80 MPa TENSION DE FLUENCIA 200/1500 MPa

CONTROL DE PROPIEDADES

DISEÑO

Cerámicos: densidades

Densidad pieza cerámica en función del tamaño de partícula

y mezcla de distintas granulometríasa) Todas del mismo tamaño →

30 % de vacíos

b) Mezcla de 2 medidas →

26 % de vacíos

c) Mezcla de 3 medidas →

23 % de vacíos

Cerámicos tradicionales

Cerámicas rojas: ladrillos, tejas, revestimientos, etc.

Productos de bajo valor agregado, solo para mercadosinternos. Artesanías.

Cerámicas blancas: Partículas grandes: sanitarios, lozas,

revestimientos, etc. Partículas chicas: porcelanas, vajillas,cerámica técnica, etc.

Vidrios

Esmaltes

Materiales refractarios

Cemento, Cal

Cerámica roja: ladrillos

Cerámica roja: tejas

Cerámicos esmaltados

Capa vitrificada, continua y adherente.

Alta dureza, impermeabilidad total y facilidad para el limpiado.Acabado brillante o mate.

Suspensión de las partículas cerámicas en agua; se seca elagua, la pieza es calcinada, se funden las partículas yconforman una capa vítrea.

Aplicación: pintado, chorreado, inmersión, 'spray'.

Aplicaciones en seco: menos usuales, diseño especial; rociadode partículas secas sobre una superficie engomada, luegocalcinado.

Cerámicos esmaltados

Azulejos

Mosaicos

Cemento

Arcillas molidas a polvo fino, con agua toman adhesión.

Secado y fraguado, soporta altas cargas de compresión.

Grandes obras: ductos, murallones

Pequeñas obras: arquitectura, mobiliario.

Obtención del cemento

1º. Extracción y molienda gruesa, con molinos giratorios.

2º. Molienda fina, con molinos de bola o cilindros < a 25 mm3º. TT, en hornos rotatorios, 1-3 RPM, con T= 1400°C4º. Molienda fina final de 'Clinker', yeso 4-6 %, Ø

~ 40 μm

Cemento: tipos (8)

I. Uso general, pavimentos, componente principal hormigón.

II. Fragua a bajas temperaturas y alta humedad: muelles,

escolleras y/o pilares para puentes.

III. Alta resistencia inicial: rápida entrada en servicio →reparaciones pista de aterrizajes, puentes de emergencia.

IV. Similar al tipo II, para grandes estructuras: diques,represas, centrales.

V. Resistentes frente a sulfatos: medios de alto S.

IA, IIA, IIIA. Similares a anteriores, con aireadores,disminuyendo, por burbujas, la densidad del material.

Cemento: consumo mundial

Cemento: colorantes

Pigmentos sólidos →

rendimiento (f) granulometría y mezclado.

% de mezcla por peso y no por volumen.Ensayos previos para ajustar colores.

Cementos: gris ↓↓ y blanco ↑↑.Oxidos de hierro: rojo, amarillo y negro ⇒ ↑ 25 colores.

Gr x 10 kgcemento blanco Negro Rojo Amarillo Gr x 10 kg

cemento blanco Negro Rojo Amarillo

Gris claro 80Amarilloclaro

Grisoscuro

100Amarillooscuro

Negro 1500 Beige 50 400Rojo 900 Naranja 250 400

Marrónclaro

400 800 Salmón 80 400

Marrónoscuro 700 200 200 Rosa 50 50

Terracota 700 400 200 Verde 240 700

Cemento Salamone

Balcarce

Cemento Salamone

Vidrios

Transparentes, resistentes oxidación/corrosión, alta rigidez,dureza a Tamb., deformables a altas temperaturas.

Densidad: 2,5 gr/cm3 – Vidrios multilaminados.Totalmente impermeables.

Reciclabilidad del 100%Desventajas

Alto costo: producción, distribución y recuperación.Seguridad: riesgos de rotura

Rayado superficial; luego, nula degradabilidad

Vidrios: aplicaciones•

Vidrios planos

Arquitectura: ventanas, puertas, artefactos de luz, paneles.Automotriz: parabrisas y ventanas para autos y camiones.No translúcidos: mamparas para baños, vidrios polarizados.

Contenedores

Botellas: transparentes y coloreados (verdes y ambar).Contenedores de productos alimenticios: frascos.Uso farmacéutico: tubos de ensayos, erlenmeyers, morteros.Uso doméstico: platos, fuentes, vasos, copas, etc.

Fibras de vidrio

Lanas de vidrio: aislantes térmicos, filtros.Material de refuerzo: segundas fases en

resinas/elastómeros.

• Vidrios especialesDecorativos, uso oftálmico, tubos de rayos catódicos (T.V.),ópticas en industria automotriz.

Vidrios: composiciones químicas

Soda-lima: 70-75%SiO2

,12-16%Na2

O,10-15%CaO

Los mas antiguos, de bajo costo, fáciles de conformar

• Borosilicatos: 70-80%SiO2

,4-8%Na2

O,2-7%Al2

,7-13%B2

Muy versátiles, aptos ataque químico, calor, shock térmicoVidrios de laboratorio, lámparas incandecentes, telescopía, etc.

Cuarzo: 96-100%SiO2

Para altas temperaturas y shock térmico: vainas termocuplas,objetos de suma precisión.

Aluminosilicatos: 52-58 %SiO2

,15-25%Al2

, 4-18 %CaO

Similares a los anteriores, pero de costo no tan altos: tubosde medición de gases, termómetros altas temperaturas, vajilla

de alta temperatura (Pirex).

Vidrios -

Reciclado

Cerámicos avanzados

Fases de producción piezas cerámicas

Extracción

Explotación a cielo abierto, maduración

2º.- Preparación mecánicaAlimentadores, dosificadores, tritura, molienda yhumectado

3º.- Conformado (pieza en verde)

Secado

Evaporación del H2O (100°C-130°C), sin cambios en

propiedades físicas y tecnológicas

Sinterizado

Desde 500°C hasta 1300°, ↑

PM, ↓↓↓

maquinabilidad, con y

sin contracción

Sinterizado

Hornos eléctricos Estibado estratégico

Sinterizado

Hornos móviles Hornos tipo “túnel”

Sinterizado

Sinterizado: Al2

Alúmina en verde

Alúmina sinterizada

Fases de producción: costos en %

Técnicas conformado antiguas

Técnicas de conformado

Prensado uniaxial

Prensado

uniaxial

Prensado isoestático

Colado de suspensiones –

Slip casting

Aspectos a considerar:1. Constancia de las propiedades; 2. Viscosidad; 3. Ausencia deburbujas de aire; 4. Velocidad de llenado y secado; 5. Contracción6. Resistencia

Slip casting

Ejercito de TerracotaXi’an / China–

210 AC

6.000 Soldados500 Caballos140 Carros

Hormigón colado por encofrado

Composición del hormigón

Cemento (10%-20%)

+Agregados: finos (arenas) y/o gruesos (piedras)

Agua (la menor cantidad posible)+Aditivos (hidrata y aglutina)

Agua: limpia, potable de pozo (no de red)

Propiedades del hormigón

1. Resistencia2. Durabilidad3. Asentamiento –

Colabilidad

4. Tiempo de fraguado

Aditivos

1. Reductores de agua2. Retardadores fraguado temprano3. Acelerante de fraguado tardío4. Expansores de aire (espumados)

Mezcla

Vmezcla:

12 –

18 RPM

70 a 100 revoluciones

Vagitado:2 –

Trompo siempre en movimiento

Tiempo de encofrado: 7 días mínimo,con agua superficial y T > 5ºC.

Hormigón elaborado en planta

vs.Hormigón elaborado en obra

Placas de cemento premoldeadas

Encofrado en bloques dehormigón premoldeados

Encofrado tradicional conplacas de madera

Hormigón blanco

Problemas de uniformidad en elcolor, por cemento, agregados ylimpieza entre mezclas

Estadio Único de La Plata

Puente de la MujerSantiago Calatrava

Puerto Madero

Hormigón coloreado

Negro Rojo Amarillo

Gris claro 80

Gris oscuro 100

Negro 1500

Rojo 900

Marrón claro 400 800

Marrón oscuro 700 200 200

Terracota 700 400 200

Amarillo claro 200

Amarillo oscuro 1000Beige 50 400

Naranja 250 400

Salmón 80 400

Rosa 50 50Verde 240 700

Gramos de pigmentoc/ 10 kg cemento blanco

Conformado plástico: extrusión

Costo vs. Número de piezas

Tape forming

Paper forming

Fabricación vidrios

Vidrios: arenas + fundentes (piedra caliza)+ aditivos

Mezcla funde a 1.500ºC y aún en estado fluido y a ≈

900ºC,

es distribuido a los moldes.A este material es al que se lo denomina “vela”.

Posteriormente → horno de recocidoElimina tensiones internas y mejora PM

Enfriamiento progresivo → Shock térmico

Vidrios planos por fusión + laminado

Vidrios planos por fusión + flotado

Fabricación vidrios terminados

Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta

a. La vela se deposita en la matriz para formar la corona

b. Se sopla el vidrio, con aire a presión, forzándolo a llenar elmolde.c. Se alimenta la parte baja del molde con aire a presión,para formar un hueco con la corona ya terminada.

En este

proceso, la vela pasa a llamarse parisón.d. Se toma el parisón del cuello y se lo coloca en el moldefinal, formándose el cuerpo del envase; en este momento elvidrio aún muestra un color rojo. Se inyecta aire por la

corona o boca, inflándolo hasta que el envase toma su formafinal.

Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta

Prensa-soplo → envases de boca ancha

a. Vela en matriz para obtener una primera forma.b. Premoldeo con punzón: parisón.c. Parisón en molde, manteniéndose aún a temperatura.d. Soplado final.

Prensa →

piezas de todo tipo: platos, vasos, etc.

a. Vela en el molde.b. Accionamiento punzón para deformar.c. Sistema desmoldante y minimizado líneas partición.

b ó d d

id i i d

Vidrios terminados

Venecitas

Vid i i l d

Vidrios reciclados

F b i ió id i t i d

The StrokesHard to explain

Shiro Kuramata

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