Cerámicas y pulvimetalurgia. Algunas cerámicas tradicionales…

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Cerámicas y pulvimetalurgia

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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)