Caracterización de Materia Prima para Cerámicos. Desarrollo del Trabajo...

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  • Caracterizacin de Materia Prima para Cermicos
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  • Desarrollo del Trabajo Prctico o Marco terico Definicin de Cermicos, Clasificacin, Caracterizacin de materia prima Trabajo de Laboratorio Determinacin del color, ensayos qumicos, FRX, DRX, contraccin, IP, Rf. Discusin de Resultados Elaboracin y Presentacin de Informe
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  • Cermicos Los cermicos son slidos inorgnicos, no metlicos cuya microestructura en trminos mas amplios consiste de una mezcla de fases cristalinas y vidrios La familia de los materiales cermicos incluye: Productos estructurales de arcillas. Refractarios Abrasivos Cementos Esmaltes Vidrios Cermicos avanzados
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  • Clasificacin de Cermicos Componentes PrincipalesTiposEjemplos xidos ( oxgeno + otro elemento) Silicatos Puros: SiO 2 (slice),cristalina o vtrea. Hay tres formas cristalinas: cuarzo, cristobalita,y tridimita; las dos primeras son las ms comunes. La forma vtrea se llama incorrectamente cuarzo fundido Parcialmente Sustituido: aluminosilicatos (SiO 2 + Al 2 O 3 + otros xidos); son las cermicas tradicionales No silicatos Al 2 O 3, MgO, ZrO 2,TiO 2, BaO, BeO, Cr 2 O 3, UO 2, GeO 2, WO 3,etc. Puros o parcialmente sustituidos, por ej. las ferritas como NiFe 2 O 4, etc, sales como CaSO 4 (yeso), etc. No xidos (no metal + otro elemento) Monoelementales C (grafito); S (azufre cristalino o vtreo). En la prctica se exceptan al Si, al que se lo considera metlico. BinariosCarburos (SiC, B 4 C 3, WC, etc.) Boruros (ZrB 2, etc) Nitruros (BN, Si 3 N 4 ) Fosfuros (AlP) Siliciuros (MoSi 2 ) Calcogenuros (S + otro elemento) Halogenuros (F, Cl, Br o I + otro elemento) Arseniuros (GaAs) Ternario, etc.
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  • Cermicas tradicionales Las cermicas tradicionales estn constituidas por tres componentes bsicos: o Arcilla o Slice o Feldespato
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  • SEM de Arcillas - Microestructura Caolinita Hojuelas de arcilla illitica
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  • Caracterizacin de Propiedades Materiales La Caracterizacin de Materiales es una disciplina de la Ciencia de los Materiales que permite estudiar, clasificar y analizar sus propiedades fsicas, mecnicas, pticas, qumicas, trmicas y magnticas. Es decir la caracterizacin de materiales permite obtener distintos parmetros que nos darn un indicio de las distintas aplicaciones del material considerado.
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  • Color Es una sensacin visual que se origina por la estimulacin de la retina del ojo. Es una respuesta psicolgica a un estmulo fsico. Comit de Colorimetra de la Sociedad ptica de Amrica Mtodos Los mtodos ideados para describir cuantitativamente el color reciben el nombre de sistemas de ordenacin del color. Estos sistemas se pueden clasificar en dos grupos: Sistemas de ordenacin del color que estn basados en la recogida de muestras. El Sistema Munsell se encuentra dentro de este grupo Sistemas de ordenacin del color que describen el color mediante nmeros matemticos
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  • Munsell Podra pensarse el slido de Munsell como un libro totalmente abierto.
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  • Uso de la Carta de Munsell Comparacin de la roca con un color de referencia de la Carta Muestras de arcilla
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  • Ensayos Qumicos Cualitativos Presencia de carbonatos actan como fundentes Presencia de hierro acta como fundente Presencia de almina libre un contenido muy elevado indica la presencia de una arcilla refractaria Presencia de carbonatos Ensayo con HCl
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  • Determinacin de la Composicin Qumica Fluorescencia de rayos X La fluorescencia de rayos X es el mtodo mas usual para determinar la composicin qumica de los materiales cermicos Proceso de excitacin con radiacin X Esquema de un Espectrmetro de FRX
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  • Fluorescencia de Rayos X (FRX) Esta tcnica permite analizar los siguientes elementos: Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na, K, Ti y Mn
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  • Difraccin de Rayos X Composicin Mineralgica Difraccin de Rayos X Teora bsica Ley de Bragg n=2d sen() Intensidad de reflexin
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  • Esquema Bsico de un Difractmetro de Rayos X
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  • Fases
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  • Difractmetro Rigaku
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  • Contraccin de secado a.Contraccin igual al volumen de agua eliminado. b.Contraccin mxima, todas las partculas se hallan en contacto. c.Parte del espacio situado entre las partculas deja de estar ocupado por agua. d.Finalmente, se alcanza el estado de equilibrio Contraccin mxima arcillas grasas Contraccin mnima arcillas magras Contraccin area 2-3% al 10-12% trmica 2-8% total 5-18%
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  • Plasticidad Capacidad de un material para ser deformado sin ruptura por la accin de una fuerza y de retener, posteriormente, la deformacin alcanzada cuando esta fuerza es eliminada
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  • Medida de la plasticidad Mtodos directos Moore, mtodo de extrusin, traccin, flexin, cizalla o torsin. Mtodos indirectos Mtodo de Atterberg Mtodo de Pfefferkorn
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  • Mtodo de Atterberg En este mtodo se determina el intervalo de humedades en el que una masa arcillosa es moldeable Para ello se define un ndice de plasticidad IP. Lmite Lquido Lmite Plstico Aplicacin de Norma IRAM 10.501 y 10.502
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  • Lmites de Atterberg
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  • Diagrama de Casagrande 0,73 (wl-20) Recta IP= 0,73(wl-20), arcillas puras (sobre ella) y las que contienen algn coloide orgnico (debajo) Recta vertical wl= 50 separa - Arcillas de alta plasticidad (derecha) - Arcillas de baja y media plasticidad (izquierda)
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  • Resistencia Mecnica Por Resistencia mecnica se entiende el comportamiento mecnico de un objeto frente a las tensiones creadas por la aplicacin de un esfuerzo o solicitacin mecnica de cualquier tipo. Generalmente en los materiales cermicos la Resistencia mecnica se determina por el ensayo de flexin por tres puntos
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  • Trabajo de Laboratorio Material arcilloso proporcionado: Muestra PB o Color - Utilizacin de la Carta de Munsell Corresponde a Moderate Reddish Orange 10R 6/6
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  • Ensayos Qumicos Cualitativos Presencia de Carbonatos: Utilizacin de HCl fro y diluido No se detecta efervescencia. Hierro: Utilizacin de HCl caliente y un agente oxidante para disolver el hierro y luego precipitarlo con NH 4 OH Muestra con alto contenido de hierro. Almina: Solubilizacin en solucin de sosa castica caliente producindose un precipitado Muestra de bajo contenido en almina Calcmetro Bernard Deteccin de la presencia de carbonatos con HCl
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  • Determinacin de la Composicin Qumica por FRX SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MnOMgOCaONa 2 OK2OK2OP2O5P2O5 PPC Wt%56,820,68919,296,6080,0442,5742,1470,2344,310,1476,611 Muestra PB (Resultados) Muestras para Fluorescencia de Rayos X
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  • Determinacin Mineralgica de la Muestra por DRX MuestraFraccin no arcillosa Fraccin arcillosa Mineral Principal Otros minerales PBQ, C, HSm(M), Mi(I)K Resultados
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  • Determinacin de la Contraccin Lineal MUESTRA SECA Probeta Clculos % C de la muestra= 5% Lo= 4 cm Nota: Se realizarn 3 determinaciones, en tres das sucesivos obtenindose L 0, L 1, L 2
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  • Determinacin Mineralgica de la Muestra por DRX Preparacin de muestras para difraccin Muestras orientadas Probetero para muestras en polvo
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  • Determinacin de la Plasticidad o Aplicacin de Normas IRAM 10.501 y 10.502 Determinacin del lmite lquido con la cuchara de Casagrande
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  • Secuencia de Pasos para la Determinacin del Lmite Lquido
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  • Determinacin de la Plasticidad Determinacin del lmite plstico
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  • Plasticidad - Clculos LL= 72,76 LP= 31,12 IP= 41,64 Nota : Las determinaciones se repiten tres veces por lo menos P1= Peso del pesa filtro + muestra hmeda P2 = Peso del pesa filtro + muestra seca PT = Peso del pesa filtro vaco LL = Lmite lquido LP = Lmite plstico IP = ndice de Plasticidad
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  • Ubicacin de la muestra en el Diagrama de Casagrande Muestra PB= Arcilla mineral de fuerte plasticidad
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  • Resistencia Mecnica Rf = Resistencia a la rotura por flexin en Kg/cm 2 G = Carga de rotura en Kg L = Distancia entre apoyos en cm a = ancho de probeta en cm e = espesor de la probeta en cm Nota: Mdulo de rotura a la flexin (MOR), figura en las Normas IRAM 12.511 del ao 1971. En la revisin del ao 1988 figura como Resistencia a la rotura por flexin (Rf).
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  • Resistencia Mecnica La probeta utilizada en el ensayo de flexin se la conforma por prensado en seco. L e a Rf de la muestra PB = 25,88 Kg/cm2 Nota : El ensayo debe hacerse con una serie de por lo menos cinco especimenes para que el ensayo sea representativo.
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  • Presentacin de Informe Breve introduccin terica Resolucin del trabajo de gabinete Desarrollo del trabajo prctico de laboratorio - Descripcin de los ensayos - Clculo