Materiales cerámicos tradicionales y de la ingeniaría

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  • 1. Equipo 3 Materiales Cermicos tradicionales y de la Ingeniara

2. Qu son los materiales cermicos? MaterDerivado de la palabra griega Keramos: Material Quemado Materiales inorgnicos y no metlicos xidos, nitruros, boratos, carburos, silicatos, y sulfuros. Compuestos intermetallics (i.e. aluminatos) Fosfatos, antimoniuros, y arseniuros Propiedades presentes despus de tratamientos trmicos (horneado) a altas temperaturas (> 1000oC) 3. Tipos de materiales cermicos En general, los materiales cermicos usados para aplicaciones en ingeniera pueden clasificarse en dos grupos: materiales cermicos tradicionales y materiales cermicos de uso especifico en ingeniera. 4. Clases de cermicas 5. Cermica tradicional Normalmente los materiales cermicos tradicionales estn constituidos por tres componentes bsicos: arcilla, slice(pedernal) y feldespato. Ejemplos de cermicos tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construccin y las porcelanas elctricas de uso en la industria elctrica. 6. Cermicas avanzadas o de ingeniera Estn constituidas, tpicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro de silicio(Si3N4). Ejemplos de aplicacin de las cermicas ingenieriles en tecnologa punta son el carburo de silicio en las reas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conduccin trmica. 7. PROCESAMIENTO DE CERMICAS Los productos cermicos ms tradicionales y tcnicos son manufacturados compactando polvos o partculas en matrices que son posteriormente calentados a enormes temperaturas para enlazar las partculas entre si. Las etapas bsicas para el proceso de cermica de aglomeracin de partculas son: (1) preparacin de material; (2) moldeado o fundido; (3) tratamiento trmico por secado y horneado por calentamiento de la pieza de cermica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partculas enlazadas. 8. Propiedades mecnicas En general, son frgiles, su resistencia a la traccin va desde 100 psi(0.69 MPa), hasta 106psi(7 x 103MPa). Pero en general pocos cermicos alcanzan los 25ksi. La resistencia a la compresin es en general de 5 a 10 veces mayor que la resistencia a la traccin. Su dureza depende del tipo de cermico, siendo poca para cermicos tradicionales y muy alta para cermicos de ingeniera (herramientas de corte) y su resistencia al impacto es en general muy baja. Superficie dura. Resistentes a esfuerzos de compresin e impacto. 9. Propiedades elctricas Enlace qumico determina las propiedades elctricas. Electrones libres en los materiales (Ej. en los metales), permiten conductividad elctrica a travs del material. Aislamiento elctrico se obtiene cuando no hay electrones libres (Ej. en el diamante y la mayora de las cermicas). Conduccin elctrica en cermicas puede ocurrir a altas temperaturas - iones excitados y desprendimiento de las estructuras primarias, permitiendo conductividad inica. Optimizando y combinando la materia prima se logra mejorar las propiedades elctricas de los aisladores. 10. Propiedades trmicas Punto de Fusin Punto de fusin de cada cermica es influenciada por el tipo de enlace: inico, covalentemente/inico o covalente. Mientras mas fuerte sea el enlaces, mayor es el punto de fusin. Resistencia al impacto trmico Coeficiente de expansin trmica depende de la estructura cristalina y de la Fuerza del enlace Mientras mas fuerte sea el enlace en la estructura, menor ser el coeficiente de expansin trmica Porosidad y micro grietas ayudan a disipar el calor y evitar fallas por impacto trmico. Aislamiento trmico Parcialmente dependiente a la estructura de los cristales, (punto de fusin). 11. Procesos de fabricacin 12. Tcnicas de conformado Los productos cermicos fabricados por aglomeracin de partculas pueden ser conformados mediante varios mtodos en condiciones secas, plsticas o liquidas. Los procesos de conformado en fro son predominantes en la industria cermica, pero los procesos de modelado en caliente tambin se usan con frecuencia. Prensado en seco, por inyeccin y extrusin son los mtodos de modelado de cermica que se utilizan mas comnmente. 13. Prensado en seco Este mtodo se usa frecuentemente para productos refractarios (materiales de alta resistencia trmica) y componentes cermicos electrnicos. El prensado en seco se puede definir como la compactacin uniaxial simultanea y la conformacin de los polvos granulados con pequeas cantidades de agua y/o pegamentos orgnicos en un troquel. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rpidamente con una uniformidad y tolerancia pequeas. 14. Inyeccin Similar a la inyeccin de plstico mezclado y compactado por cilindro atornillado, con 30%-40% de plsticos/aditivos Componente se remueve al enfriarse, y los plsticos por disolucin o evaporacin Usado para componentes pequeos y complejos Ciclo de inyeccin 10 segundos 15. Extruccin Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cermicos en estado plstico a travs de un troquel de embutir. Este proceso es de aplicacin comn en la produccin. Dos mtodos de extrusin:Ram o Pistn e Indirecta. Posible cortar a longitudes requeridas. 16. Gracias por su atencin