FORMACIÓN DE PIEZAS CERÁMICAS

PIEZASCERÁMIC

AS

PROCESOS DE FORMACIÓN

• Platos • Ladrillos y tejas

• Azulejos (paredes y pisos)

• Piezas de loza y porcelana sanitaria

COLADO PRENSA

DO

FORJADOEXTRUSI

ÓN

GRADO DE HUMEDAD SEGÚN EL PROCESO DE CONFORMADO

FORMACIÓN POR PRENSADO

Una dirección

Dos direcciones

Prensado

UniaxialEn Seco

En Húmedo

Prensado

Isostático

PRENSADO UNIAXIAL

Parte que recibe la fuerza “Hembra”

Parte que hace la fuerza “Macho”

PRENSA HIDRÁULICAUN SOLO EJE

UNA O DOS DIRECCIONES

EMPAQUETAMIENTO Los polvos cerámicos deben tener una

distribución granulométrica y porcentaje de tamaños tal que den lugar al menor numero posible de huecos entre ellos después de la compactación mediante el prensado

Mayor compactación implica máxima densidad en verde

EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS DE TAMAÑO UNIFORME

CUBICO CUBICO DEFORMADO

PIRAMIDAL

TETREDRAL

EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS DE TAMAÑO UNIFORME

Cúbico: 48% de huecos Cúbico deformado: 40% de huecos Piramidal: 26% de huecos Tetraedral: 26% de huecos.

Granos de igual tamaño: más baja densidad Granos de diferente tamaño: mayor

densidad

MEZCLAS BINARIAS

VOLUMEN PARA MEZCLA DE DIFERENTES TAMAÑO DE GRANO

Mínimo VolumenMáxima densidad

Mínimo volumen, máxima densidad

DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO DE UNA MEZCLA DE ESFERAS DE DIFERENTES DIMENSIONES

FORMACIÓN DE PARTÍCULAS PARA PRENSADO Spray drying es un

método para producir polvo seco a partir de un líquido o una suspensión que se seca rápidamente con un gas caliente.

Boquillas rotatorias o boquillas de fluido simple. Algunas aplicaciones exigen boquillas ultrasónicas.

Partículas de 10 a 500 micras. Las aplicaciones más comunes están en el rango de 100 – 200 micras

PROCESO DE SPRAY DRYING Preparación de la barbotina Atomización / contacto con el aire

caliente Evaporación / Formación de la forma de

la partícula y secado Separación del producto seco del aire

de secado y la descarga

COMPONENTES DE LA BARBOTINA El ligante proporciona algo de lubricación durante el

prensado y proporciona al producto prensado una resistencia mecánica adecuada para su manejo, inspección y mecanizado en verde.

El plastificante modifica el comportamiento del ligante haciendolo más dócil o manejable, mejorando su flexibilidad, es decir aumenta su deformabilidad, lo que permite la deformación plástica de los gránulos

El lubricante reduce la fricción entre las partículas y de estas con las paredes del molde. Con ello se reduce el desgaste del molde, se mejora la uniformidad de la densidad del producto prensado y se disminuye la presión de eyección del producto

El defloculante se usa para ayudar a dispersar el polvo y reducir las necesidades de liquido para la formación de los gránulos

PREPARACION DE LA BARBOTINA Debe ser “bombeable”, homogénea, y libre de

impurezas Normalmente contiene un aglomerante orgánico

(PVA) que mantiene la pasta unida después de prensar y antes de la quema. Máximo 2%

Lubricante como glicerina, o etilenglicol para suavizar las partículas al prensar. Máximo 1%

Agentes defloculantes, que permiten trabajar con suspensiones con alta concentración de sólidos. Pueden ser orgánicos o electrolíticos.

ALGUNOS LIGANTES

ceras

ADITIVOS USADOS EN LA INDUSTRIA CERÁMICA

LUBRICANTES

• AUMENTO DE LA UNIFORMIDAD DE LA PIEZA PRENSADA• MEJORA DE LA DENSIDAD EN VERDE• AUMENTO DE VIDA DE LOS ÚTILES DE PRENSADO•REDUCCIÓN DE LAS PEGADURAS, LO QUE DISMINUYE EL TIEMPO NECESARIO PARA LA LIMPIEZA DE LOS ÚTILES•DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN NECESARIA PARA LA EXTRACCIÓN DE LA PIEZA DEL MOLDE

USO DE LUBRICANTES COMO AYUDAS EN LA COMPACTACION EN EL PRENSADO DE ALUMINA

ATOMIZACION ROTATORIA Atomización rotatoria partículas de

50-150 micras o donde la atomización excede las 2 toneladas por hora

Régimen de secado de co-corriente, con un dispersor que imparte vectores tanto horizontales como verticales al aire caliente entrante

La atomización ocurre a la periferia de la rueda y normalmente es la velocidad periférica en el rango 100 a 300 m/s que controla el tamaño de la partícula

Abrasión se controla con el diseño de la rueda y con recubrimientos anti abrasivos

ATOMIZACIÓN POR BOQUILLA La energía de presión es

convertida en energía cinética y la barbotina se expulsa del orificio como una película a alta velocidad, que rápidamente se desintegra en pequeñas gotas

El tamaño de las gotas varía inversamente con la presión y directamente con la relación entre la alimentación y la viscosidad de la barbotina

BOQUILLAS DE DOS FLUIDOS La energía para la

atomización es provista por la expansión rápida de gas que se mezcla con la alimentación dentro del cuerpo de la boquilla (interna o externamente)

El tamaño de la partícula se controla por la relación entre la alimentación y el aire

Se usa para tamaños de partículas muy finos 10-30 micras

EVAPORACIÓN

Tiene lugar en la película de vapor saturado que se establece rápidamente en la superficie de las gotas

El vapor de agua generado ejerce una presión en el interior de la esfera de pasta, provocando un aumento de volumen hasta que se abre un orificio que facilita la evacuación del vapor

El tamaño y la forma de las partículas puede variar, debido a que se pueden contraer cuando se expulse la humedad, se pueden aglomerar o perder esfericidad por distorsiones en las primeras fases de secado

SEPARACIÓN Las partículas más

gruesas pueden ser colectadas del cono de la cámara del spray drying con las partículas más finas recuperadas del aire de secado por un dispositivo clasificador como un ciclón o un filtro de bolsa

1. air2. feedstock3. dried product4. drying chamber5. cyclone6. vibrating fluid bed7. fluid bed cyclone8. transport cyclone

PROCESO DE PRENSADO EN UNA DIRECCIÓNEL PRENSADO UNIAXIAL TIENE POR OBJETO LACOMPACTACIÓN DE UN POLVO CERÁMICO DENTRO DE UNMOLDE RÍGIDO APLICANDO LA PRESIÓN EN UNA SOLADIRECCIÓN POR MEDIO DE UN EMBOLO, UN PISTÓN O UN PUNZÓN RÍGIDO

PROCESO DE PRENSADO EN UNA DIRECCIÓN

•ELEVADA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN •FÁCIL DE AUTOMATIZAR

MOLDES

Muy altas presiones Hasta 5000

toneladas Acero especial

cuidadosamente rectificados

Con frecuencia el punzón es calentado

DEFECTOS PRODUCIDOS POR LA DISTRIBUCIÓN DEL POLVO EN EL MOLDE

Se llena de forma no uniforme

Se prensa

Genera densidades no uniformes

PROCESO DE PRENSADO EN UNA DIRECCIÓN

LLENADO

MOLDE

COMPRESIÓN

DESMOLDEOCOMIENZA DE NUEVO

PROCESO DE PRENSADO

DISTRIBUCIÓN DE LA PRESIÓNDensidad en crudo de diferentes zonas de una pieza cerámica, de acuerdo a la distancia y a la forma, expresada esta por la relación entre el diámetro y la altura

DISTRIBUCIÓN DE LA PRESIÓN

Prensado en una dirección de arriba

hacia abajo

Prensado en dos direcciones

PROBLEMAS EN EL PRENSADO

Prensado en dos etapasFormación de puentes

CICLO DE PRENSADO EN DOS ETAPAS

EFECTO DE LA PRESIÓN APLICADA SOBRE LA DENSIDAD EN CRUDO

PRENSADO ISOSTÁTICO

Presión homogénea en todas las direcciones

PRENSADO ISOSTÁTICO El polvo cerámico se introduce

en un molde estanco al agua cuyas paredes son flexibles .

Se sella el molde y se introduce en una cámara de alta presión que contiene un fluido incompresible, y que se sella usando una tapa con rosca o esclusa de cierre.

La presión se va incrementando mediante bombeo hidráulico. Las paredes del molde se deforman y transmiten la presión en todas las direcciones al polvo cerámico, resultando una compactación uniforme.

PRENSADO ISOSTÁTICOVENTAJAS UNIFORMIDAD EN LA DENSIDAD DE

LA PIEZA EN VERDE. VERSATILIDAD BAJO COSTODE LOS UTILES DE

PRENSADO. EN CONJUNCIÓN CON EL

MECANIZADO EN VERDE SE PUEDEN FABRICAR UNA AMPLIA VARIEDAD DE PIEZAS DE DISTINTA FORMA Y TAMAÑO, CON UNA INVERSIÓN MINIMA EN EQUIPAMIENTO

DESVENTAJAS TIEMPO DEL CICLO DE TRABAJO

ELEVADO DIFICULTAD PARA SU

AUTOMATIZACIÓN LOS CICLOS DE TRABAJO SON DE

MINUTOS E, INCLUSO, DE DECENAS DE MINUTOS, POR LO QUE LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN ES BAJA COMPARADA CON LA DEL PRENSADO UNIAXIAL

En húmedo

En seco En frío En

caliente

PRENSADO ISOSTÁTICO DRY BAG Se ha desarrollado con el fin de aumentar la capacidad de

producción y lograr tolerancias dimensionales más ajustadas En vez de sumergir el conjunto en el fluido, se fabrica el

molde con unos canales internos por los que se bombea el fluido a alta presión

Esto minimiza la cantidad de fluido a alta presión necesario El mayor reto es la realización del molde para que la presión

sea transmitida de forma uniforme al polvo cerámico hasta lograr la forma deseada.

Esto se logra mediante un adecuado posicionamiento y forma de los canales, con el uso de diferentes elastómeros en el molde y por optimización de la restricciones externas del molde

PRENSADO ISOSTÁTICO DRY BAG

FORMACIÓN DE BUJÍAS

PRENSADO ISOSTÁTICO EN FRÍO Llenado del molde Sellado Fluido a presión Prensado Desmoldado

UNIFORMIDAD EN LA DENSIDAD EN PIEZAS CONFORMADAS POR PRENSADO ISOSTÁTICO

PIEZAS FORMADAS POR PRENSADO ISOSTÁTICO

Piezas muy exigentes en cuanto a diseño, tamaño, forma y compactación

Propiedades