Clase 6 Materiales Ceramicos

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FACULTAD DE INGENIERI Escuela de Ingeniería Industrial MSc. Hebert Vizconde Poé Materiale s Cerámicos
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Materiales Ceramicos

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Ceramics

FACULTAD DE INGENIERIAEscuela de Ingeniera IndustrialMSc. Hebert Vizconde PomapeMateriales CermicosMateriales CeramicosUn amplio grupo de materiales no metlicos, compuestos por metales y no metales, unidos por enlaces inicos y/o covalentes.Principalmente compuestos de arcilla, fedelspato y sliceMateriales CermicosSon de utilizacin muy amplia y antigua en todos los mbitos.Ello se debe a que sus constituyentes principales (Si, O, Al) son los elementos ms abundantesAdems se utilizan en su forma oxidada, por lo que no sufren alteraciones del medio ambienteDistribucin de los elementos

Distribucin de los elementos

ArcillasContienen algunos de los siguientes:Slice (SO2) y Aluminio como silicatosCompuestos de potasioCompuestos de magnesioCompuestos de calcioLa arena contiene slica y fedelspato o Silicatos de aluminio y potasio.Materiales Cermicos

Fedelspato (Al2O3.6SiO2 .xxx)

Cuarzo (SiO2)Slice y SilicatosEl silicio tiene una valencia igual a la del carbono, y, como ste, forma compuestos de forma tetradrica

Slice y SilicatosEstos tetraedros se combinan de diferentes maneras segn compartan 2, 3 o 4 vrtices

Slice y Silicatos

Slice y SilicatosEn el caso de que compartan 2 vrtices, tenemos una cadena o anillo, y el material es fibroso

Slice y SilicatosSi se comparten 3 vrtices, se forma una estructura laminar:

MuscovitaSlice y SilicatosCuando se comparten los 4 vrtices, tenemos una estructura tridimensional

FeldespatoTipos de Materiales CermicosDecorativosRefractariosVidriosAbrasivosCementosComparacin entre metales v materiales cermicos

Propiedades mecnicas y qumicas

Propiedades mecnicas y qumicas

Materiales Cermicos tradicionalesHechos de arcillas naturales y mezclas con cermicos cristalinos. Incluyen:CermicasProductos estructuralesRefractariosCermicasVajillaPiso y paredSanitariosPorcelana elctricaCermicas decorativasCermicas: Baos

Moldeo por drenado

Sinter and Serve

En la fabricacin de objetos cermicos se emplean diversas tcnicas1. Tcnica de la pella o bola: Con toda seguridad es la tcnica ms antigua. Se parte de una pella de barro, dndole la forma de bola e introduciendo el dedo pulgar en el centro de la misma se va presionando con los dedos o un torno , moldeando el contorno deseado.

2. Tcnica de los rollos, macarrones o churros: Se utilizan unos rollos o churros de arcilla, de un grosor variable. Estos cilindros se hacen presionando una porcin de pasta contra la mesa usando los dedos extendidos y la palma de la mano, hasta lograr estirar la pella con la longitud y el grosor deseados. Partiendo de una base, se van aadiendo rollos superponindolos a la base.

3. El torno: Aunque no es imprescindible para ser ceramista, si lo es para el alfarero y es el reto ms difcil al que debe de enfrentarse, para dominar esta herramienta, se necesita considerables dosis de paciencia, una cierta habilidad y mucha, muchsima prctica.

3. Tcnica de planchas, placas o tortas: Las planchas o placas de arcilla se obtienen partiendo de una porcin de pasta a la que se le aplica una presin mediante un rodillo o bien, usando dos reglas de igual grosor. Despus se cortan las distintas piezas, utilizando un estique que tenga un borde afilado. Tambin se pueden utilizar estiques hechos de caa de bamb, son fciles de hacer y dan excelentes resultados.

4. Moldes de escayola o yeso de Pars: Los moldes de escayola se emplean cuando queremos producir piezas exactas o cuando la produccin tiene que ser alta.

COCCIN: El propsito de la coccin es transformar los minerales de arcilla en un material nuevo, la cermica. En algunas arcillas los cambios se producen al alcanzar los 550-600C. La cermica que no alcanza esta temperatura durante la coccin suele desintegrarse cuando se le sumerge en agua.

Refractarios Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto contenido de slice o aluminio.Son utilizados en la fabricacin de hierro y acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos, conversin de energa, petrleo, e industrias qumicas.RefractariosUsados para proveer proteccin trmica a otros materiales a temperaturas muy altas, como en la produccin de acero (Tm=1500C), fundiciones de metal, etc.

Compuestos princimpalmente de almina (Al2O3) (Tm=2050C) y slice junto a otros xidos: MgO (Tm=2850C), Fe2O3, TiO2, etc., y tienen una porosidad mayor al 10% en volumen.

Tambin se utilizan BeO, ZrO2, SiC, y grafito con baja porosidadLadrillo refractario

Cermicos Amorfos (vidrios)Principal componente: Silice (SiO2) Si se enfra despacio se obtiene un compuesto cristalino.Si se enfra ms rpido se obtiene una estructura amorfa que consiste de cadenas desordenadas de tomos de Silice y Oxgeno. A esto se debe su transparencia, ya que los bordes cristalinos desvan la luz, causando reflexin. El vidrio puede ser templado para aumentar su tenacidad y resistencia.Tipos de vidrioHay tres tipos comunes:Vidrio de soda y cal - 95% de ellos, vidrios, contenedores, etcVidrios con plomo - contiene xido de plomo para mejorar el ndice de refraccin.Borosilicatado - contiene xido de boro, conocido como Pyrex. Vidrios Plano (ventanas)Vidrio de contencin (botellas)Vidrio soplado (vajilla)Fibra de vidrio (aislante)Vidrios avanzados/especiales (fibra ptica) Contenedores y botellas

Procesado por presin

Moldeo por soplado

Vidrio en edificios

Proceso de plato

Vidrio templadoLa resistencia del vidrio puede ser mejorada induciendo tensiones residuales de compresin en la superficie.

La superficie permanece comprimida, cerrando pequeas fracturas.Proceso de endurecimientoTemplado:Se calienta por encima de Tg pero debajo del punto de fusinSe enfra en agua o aceiteLa superficie se enfra a Tg antes que el interiorCuando el interior se enfra y contrae comprime la superficie.

Endurecimiento qumico:Cationes con gran radio inico se difunden en la superficieEsto tensa las celdas introduciendo fuerzas compresivas y tensiones.Vidrio de seguridad

Muchos intentan romperlo con piedras o palos pero el vidrio permanece intacto ! Cada tanto se muestra el video de alguien queriendo sacar el dineroVidrio con plomo

Cermicos cristalinosBuenos aislantes elctricos y refractarios.El xido de magnesio se utiliza como aislante en elementos calientes y cables.Oxido de aluminioOxidos de BerilioCarburo de BoroCarburo de Tungsteno Usado como abrasivos en mquinas cortantes.AbrasivosNaturales (granate, diamante, etc.)Abrasivos Sintticos (carburo de slice, diamante, almina, etc.) se utilizan para perforar, cortar, pulir.CementosUsados para producir caminos, puentes, edificios, represas.

Inicios> Egipto aparece primer aglomerante mezclado con agua. Construccin de pirmides con yeso calcinado.> Las primeras cales que se emplearon se remontan a los periodos griego y romano.> Posteriormente los romanos utilizaron Pozzuoli de donde proviene el trmino "Puzonala" mezcladas con cal.

Jhon Smeaton SXVIII (1756), mezcl cal, un poco de yeso y puzolana; el primer cemento.Joseph Aspdin en 1824, obtuvo la primera patente para un producto que llam cementoportland.

En 1845, Issac Charles Jhonson, redescubri las proporciones de la mezcla y la temperatura de coccin, se le declaro el verdadero inventor del cemento Portland.Definiciones:Cemento:Material pulverizado que por adicin de una cantidad conveniente de agua forma una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire.Cemento Portland:Obtenido por molienda conjunta de clinker y yeso.Cementos con adiciones:Son productos que se obtienen por molienda conjunta de clinker, adiciones hidrulicas o potencialmente hidrulicas y yeso.Clinker:Constituido por silicatos clcicos; se obtiene por calentamiento de una mezcla homognea de CaO, SiO2,Al2O3 y Fe2O3 entre 1400 y 1500 C.Cemento Empleados en la construccin. Se presentan en estado de polvo Mezcla de piedra caliza y arcilla (>22% arcilla) coccin a 1550 C hasta un principio de fusin o vitrificacin luego son Trituradas y molidasTipos cemento y usosCementos PortlandCalentamiento caliza + arcilla, u otros materiales de composicin global similar

temperatura que provoca una fusin parcial Clinkermuele y se mezcla con un pequeo % de yeso4 fases principales del Clinker- silicato triclcico C3S- beta-silicato diclcico -C2S- aluminato triclcico C3A- solucin rpida de ferritoCementos Portland Variables ms importantes

- Velocidad de endurecimiento- Velocidad de desprendimiento de calor- Cantidad de calor desprendida durante la hidratacin- Resistencia del cemento endurecido al ataque por soluciones de sulfatosSe fabrican a partir de materias primas con escasa proporcin de componentes fijos distintos de cal, almina, slice y xidos de hierro. Componentes indeseables -> magnesio, MgO; el fsforo, P2O5; los fluoruros y los xidos alcalinos.Propiedades de las fases del clinkerPropiedad/componenteS2CS3CAF4CA3CF2Cresistencia mecnicaaltaaltabajabajabajadesarrollo resistencialentorpidotiempo fraguadolargocortocortoMuycortocortocalor de fraguadobajoaltobajoaltobajoresistencia qumica (sulfuros y cloruros)altamedioaltaMuybajaalta54Proceso de fabricacin del cemento> Obtencin y preparacin de materias primas (molienda)> Coccin del crudo de cemento> Molienda de cemento y obtencin del producto final

Esquema de una planta de cemento

Coccin del crudo de cementoCoccin en hornos rotatoriosCLINKERIZACION: DESCOMPOSICION DE CALIZA Y ARCILLA FORMACION DE AF4C Al2O3 Fe2O3 (hasta agotar alguno de los xidos metlicos) FORMACIONA3C Al2O3 3CaO F2C Fe2O 2CaO FORMACION DE S2C4CaO FORMACION DE S3C MEDIANTE S2C+CS3CMolienda de cemento y obtencin delproducto finalSomete la mezcla de materiales a impactos de cuerpos metlicos o fuerzas de compresin elevadas, junto con la molienda conjunta del clinker, yeso y otros materiales denominados adicionesC omponentes PrincipalesNotacinQumicaOrigenProporcin