Cerámicas y pulvimetalurgia. Algunas cerámicas tradicionales…
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Cerámicas y pulvimetalurgia
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Algunas cerámicas tradicionales…
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Y algunas cerámicas avanzadas
Pastilla de UO2
Monocristales para sustratos y láseres
Fibras cerámicas
Ferritas
Piezas de alúmina
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Piezas fabricadas por pulvimetalurgia
engranajes
partes de maquinas de coser
cojinetes autolubricados
piezas de un motor diesel
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Al en polvo Hidruro de Ti
Bi1.8Pb0.4Sr2Ca2.2Cu3O10.5 Cu en polvo
Comenzamos con el material en polvo
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Formas posibles para las partículas de polvo
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¿Cómo pegamos las partículas de polvo entre si? Mediante el proceso de
Sinterizado por Reacción de estado
Sólido
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Pasos para sinterizar una pieza:• Consolidamos la pieza verde
• Disminuimos la porosidad al pegar las partículas de polvo entre sí
• La pieza se achica (densifica)
• Se forman granos al unirse las partículas de polvo
¿Porqué sinterizan las partículas?
Para minimizar la energía superficial
¿Qué factores promueven el sinterizado?
• tamaño de partícula (mayor área superficial)
•temperatura (mayor difusión)
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Etapas del sinterizado:
1- formación de cuellos
2- cambios en la geometría y encogimiento del compacto
3- poros aislados y eliminación de la porosidad
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Evolución del sinterizado de esferitas de Cu (T 1000 ºC)
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Alúmina (Al2O3) sinterizada
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Parámetros de sinterizado
1- tamaño de partícula de partida
3- tiempo de sinterizado
4- temperatura de sinterizado
5- atmósfera del horno
2- velocidad de calentamiento
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Métodos físicos de preparaión de polvos: Molienda gruesa
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Molino de mandíbulas
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Trituradora cónica
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Molino de martillos
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Molienda fina
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Molino de bolas
(Ball mill)
Molienda mecánica
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Molino de bolas tradicional
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Molino de atrición
(Attritor mill)
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Molino planetario
¡a = 95g!
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Molino vibratorio:
rotura por vibración de alta frecuencia
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Molino Jet
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Posibles tamaños de partícula que se pueden lograr con los distinto molinos:
Molino de mandíbulas hasta 5 mm
Trituradora cónica hasta 5 mm
Molino de martillo hasta 0.1 mm
Molino vibratorio 1 a 50 m
Molino jet 0.5 a 50 m
Molino de bolas 0.5 a 10 m
Molino de atrición 0.1 a 5 m
Molino planetario < 0.1 m
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Métodos químicos para preparación de polvos
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Sol-gel
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Spray pirolisis
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Preparación de metales en polvo
Trituración de metal sólido
Precipitación
Descomposición térmica
Reducción de estado sólido
Electrólisis
Atomización
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Partículas esféricas
Atomización con gas inerte
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Atomización con aguaPartículas irregulares
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Conformado
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Mezclado de los polvos precursores con aditivos
•formadores de poros materiales porosos
•binder o ligante facilita prensado
•plastificantes y surfactantes tensión superficial
•dispersantes y antifloculantes barbotinas
•lubricantes reducen fricción
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Conformado del cuerpo verde
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PrensadoUniaxial
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Proceso por el que se logra el compactado en frio
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Prensado en caliente (Hot pressing)
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Prensado isostático (wet bag)
P ~ 20 Mpa-1 GPa
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Prensado isostático (dry bag)
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Hot Isostatic Pressing: hiping
T ~ 2000ºC
P ~ 30-100 MPa
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Extrusión
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Extrusora
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Extrusión de: (A) Varilla (B) Tubo
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Extrusión de polvos
Para proteger al material de la oxidación
y del lubricante, por ejemplo Al en polvo
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Moldeo por inyección (Injection molding)
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Slip casting
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Laminado de polvos por PIT (Powder In Tube)
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Propiedades mecánicas de materiales porosos
Clasificamos las propiedades en tres categorías:
1) Independientes de la porosidad: T, parámetro de red, Tf
2) Dependientes de la cantidad de poros: , capacidad calorífica
3) Dependientes de la cantidad, morfología y distribución de poros: propiedades mecánicas, conductividad térmica
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Falla de mayor tamaño Falla que produce la rotura
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Propagación de grietas
Intergranular
Transgranular
NAl
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Tomemos como ejemplo de material poroso una tiza. Al escribir en el pizarrón, 3 de cada 10 tizas se rompen si no la cortamos antes de escribir. O sea, la tiza tiene una probabilidad de falla Pf = 0.3.
Si tomamos una muestra con grietas del orden de 1 mm, la resistencia a la fractura en un ensayo de compresión nos da TS = 15 MPa. Esto no representa la tenacidad a la fractura del material en si y por ello hablamos de la probabilidad de que tenga esa tenacidad a la fractura.
Weibull desarrollo en 1939 una manera de tratar estos casos. Se define una probabilidad de supervivencia PS(V0) como la fracción de muestras idénticas de volumen V0 que sobreviven a un ensayo mecánico hasta una carga . En el caso de la tiza, PS(V0) = 1-Pf = 0.7.
Estadística de W eibull
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Probabilidad de supervivencia:
Estadística de W eibull
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Distribución acumulativa de Weibull: probabilidad de que la variable sea menor o igual a un determinado valor.
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Significado del parámetro m
m grande material confiable
(cerámicas tenaces con m = 10-40)
m chico mucha dispersión
(cerámicas frágiles con m = 1-10)