CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

28
Procesamiento de Materiales cerámicos Luis Fernando Patiño S EAFIT 200

Transcript of CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Page 1: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Procesamiento de Materiales cerámicos

Luis Fernando Patiño S.EAFIT 2004

Page 2: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

IntroducciónC

erám

icos

Cerámico: Son compuestos de elementos metálicos y no metálicos unidos por enlaces iónicos y covalentes.

Importancia tecnológica:

Abundancia de las materias primas en la naturaleza.

Gran posibilidad de combinaciones de elementos y amplia gama de aplicaciones.

Propiedades físicas y mecánicas que dependen de los parámetros del procesado.

Las materias primas cerámicas se transforman generalmente en productos sólidos por la acción del calor.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004

Page 3: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Pasos del proceso de fabricación de las piezas cerámicas

Materias primas Moldeado Secado

Cocción

Sinterizado

Acabado

Quebrado

Trituración o molienda

Aditivos:

Aglomerantes, lubricantes,

desfloculantes, agentes

humectantes, plastificantes.

Fundición,Extrusión, Prensado,Moldeo por inyección.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Remoción de componentes indeseables

Tamizado

Separación magnética

Filtrado

Flotación

Page 4: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Materias primas

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 5: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Preparación de las pastas

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004

Los materiales se muelen y se mezclan agitándolos en agua para conseguir una masa plástica homogénea, que se mete en una prensa filtro para sacar el exceso de agua. Luego los bloques de pasta se tratan en función de cómo se vayan a utilizar.

Page 6: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Preparación de las materias primas

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004

Objetivo: desprender las partículas de los aglomerados

Cer

ámic

os

Page 7: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de triturado

Triturador de quijada:

Una quijada grande se mueve hacia atrás y hacia delante para triturar los terrones contra una superficie dura y rígida.

Quijada basculante

Excéntrico

Mecanismo de articulación doble

Quijada fijada

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 8: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de triturado C

erám

icos

Page 9: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de triturado

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 10: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de triturado

Molino de martillos Usa martillos rotatorios para golpear el material y romper trozos.

Alimentación

Quijadas

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 11: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de molienda

Molino de bolas

Contiene esferas duras (diámetro =1”aprox) de alúmina mezcladas con el material a pulverizar que giran dentro de un recipiente cilíndrico grande.

La molienda se efectúa por una combinación de impacto y rozamiento.

Algunas veces se añade agua a la mezcla para que se forme una pasta . (barbotina)

Contenedor

Material

Bolas

Rodillosdireccionales

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 12: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de molienda

Molino de rodillos

El material se comprime contra la mesa horizontal del molino mediante rodillos que giran sobre la superficie de la mesa.

La presión de los rodillos se regula por medio de hidroneumáticos o resortes mecánicos.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 13: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de molienda

Las partículas se proyectan contra una superficie dura y plana por:

- Corriente de aire a alta velocidad.

-Un chorro de pasta fluida (lechada o suspensión acuosa) a alta velocidad.

- Chorro de gas

Material

Aire

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004

Molienda por impacto

Cer

ámic

os

Superficie estacionaria dura

Page 14: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Preparación de materias primas

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004

Tamizado

Separación magnéticaImanes permanentes

FiltradoFiltro prensa sacar el

exceso del agua

FlotaciónLa masa + agua + agente espumante

(obliga al mineral elevarse a la superficie)

Page 15: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Operaciones de formado

Las operaciones de formado son:

Vaciado o colado: CH = 25 – 40%

Formado plástico: CH = 15 – 25 %

Prensado: CH < 15 %

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 16: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Fundición o vaciado deslizante C

erám

icos

Uso de la Barbotina

Suspensión de partículas coloidales (pequeñas, que no se asientan) de cerámica en un liquido inmiscible (agua).

La suspensión debe ser lo suficientemente liquida para penetrar en la cavidad del molde. (CH = 25 al 40%).

El control dimensional , la rapidez de producción y los costos de los moldes y el equipo son bajos.

Tipos de vaciado:

Vaciado drenado

Vaciado sólido

Vaciado de cinta

Productos: Sanitarios, Refractarios, sustratos para cerámica técnica.

suspensión

Molde deyeso

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004

Page 17: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Vaciado deslizante (CH = 25 – 40 %) C

erám

icos

Paso 3 : Se vacía el exceso de barbotina para fabricar el producto hueco.

Paso 2 : Se vacía la suspensión dentro de un molde poroso de yeso (2CaSO4-H2O). El yeso absorbe el agua formando una capa de arcilla.

Paso 1: Se parte de un molde con la geometría de la pieza a fabricar.

Paso 4 : Se abre el molde y se saca el producto Luis Fernando Patiño Santa.

EAFIT 2004

Page 18: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Colado o suspensión (CH = 25 – 40 %)

Tipo de pasta Tipo de colada Espesor (mm) Tiempo (min)

Cerámica semivítrea Vertido 3,5 15

Rica en alúmina Vertido 3,5 3

Loza sanitaria Sólida y vertido 9,5 120

Aisladores eléctricos Sólida -- 8 horas

La velocidad de moldeo depende en gran medida de la difusión por la capa ya formada. El espesor de la capa varia con la raíz cuadrada del tiempo. La tabla muestra unos parámetros estándar para el colado de diversos tipos de barbotinas.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 19: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico manualModelado a mano (CH = 15 – 25%)

Se manipula la arcilla plástica a fin de dar la forma deseada.

También se hacen los modelos para los moldes de yeso por este proceso.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 20: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico manualVaciado (CH = 15 – 25%)

Se utiliza un molde para determinar las

proporciones geométricas.

a) Se introduce la masa en un molde

b) Se manipula con la mano para darla

la forma del molde

c) Con un cuchillo afilado se igualan los

bordes durante el secado.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 21: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico manual Torneado a mano (CH = 15 – 25%)

Es un método manual. Se realiza en una mesa que gira por una flecha vertical accionada por un pedal . La conformación de la pieza depende de la habilidad del operario.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 22: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico Torneado ligero (CH = 15 – 25%)

Se usa para producir grandes cantidades de artículos idénticos como platos y tazones para uso doméstico.

Molde de yeso

Pedazo de arcilla

Formador dela tajuela V, F

F

plantilla

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 23: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico Extrusión (CH = 15 – 25%)

- Se usa para producir secciones largas de sección

recta uniforme que se cortan a la longitud requerida.

- El equipo utiliza una acción tipo tornillo que ayuda

a mezclar la arcilla y a empujar el material plástico

a través de la abertura del dado.

-Se usa para hacer tubería en general, losetas, ladrillos.

-También se usa el proceso artesanalmente.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 24: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico Extrusión (CH = 15 – 25%)

.

Es fundamental la interacción pasta/máquina. La pasta sale adecuadamente por el molde si:

- Es plástica para poder deslizarse. (Una pasta muy rígida giraría con la hélice sin comprimirse y una muy fluida llenaría las hélices pero no avanzaría).

- El rozamiento interno de la pasta es superior al del la pasta contra las superficies metálicas.

La presión adecuada se debe a:

- La reología de la pasta. La viscosidad de la pasta es una fuerza pasiva y para conseguir el flujo ha de vencerse una resistencia.

- La geometría de salida de la extrusora. A< cantidad de agujeros en el molde y de menor diámetro, > es la pérdida de carga, o más elevada debe ser la presión de extrusión.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 25: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico prensado plástico (CH = 15 – 25%)

.

Un pedazo de barro de consistencia plástica se prensa entre un molde superior y uno inferior contenidos en una estructura metálica.

Los moldes se hacen de yeso y al aplicar vacío se remueve al humedad del barro.

Al aumentar la presión los moldes de yeso fallan. Se reemplazan por resinas plásticas o materiales cerámicos porosos. Estos moldes funcionan en posición vertical.

La sección del molde se abre usando presión de aire positiva.

La tasa de producción es alta.

Molde para el colado de lavabos fabricado con resina microporosa apta para trabajar a media/alta presión: de 8 a 10 bar Luis Fernando Patiño Santa.

EAFIT 2004Cer

ámic

os

Page 26: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico Prensado semiseco (CH = 10 - 15%)

.

Polvosiniciales

rebaba

F

V

V

La porción de pasta (taco o una pastilla recién extruida), se introduce en el molde de la prensa. A continuación la parte móvil baja y a la vez gira hasta conformar la pieza.

Los moldes pueden ser de acero, de yeso o de cerámica porosa. La extracción suele hacerse por aire comprimido.

La baja proporción de agua produce alta plasticidad que impide el uso de métodos de formado plástico.

Se usan altas presiones para superar la baja plasticidad del material y forzarlo dentro de la cavidad de un dado.

Con frecuencia se forman rebabas.

Alto nivel de automatización.

Productos: tejas, ladrillos refractarios. Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 27: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico Prensado seco (CH = <6%)

.

.El sistema tiene una alta productividad.

La pasta, en forma de polvo, se introduce en el molde con CH = 6 %.

El prensado, con P = 250 a 400 Kg/cm2, se realiza en varias fases para compactar y desairear el polvo.

A la salida, la pieza entra directamente a secaderos verticales

Productos:

Azulejos, aisladores eléctricos, ladrillos refractarios, revestimientos.

Molde de acero Proceso

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos

Page 28: CERAMICA-Procesamiento Materiales Ceramicos

Métodos de formado plástico mecánico Prensado seco (CH = <6%)

.

.Moldeo de platos

Si la presión de colado es > 40 bar, El CH es < 5%, = fácil secado.

La tenacidad y resistencia de la pieza recién salida del molde permite su inmediata manipulación y repaso en máquinas automáticas.

El pulido, pintado, serigrafiado es completamente automático.

El secado es rápido y a elevada temperatura.

La cocción se realiza sobre placas en hornos de rodillos.

Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C

erám

icos