Ing. Materiales

Docente.Miguel Angel López Navarrete.

Tratamientos Térmicos

PRESENTA:

BENITO JUAN RAZO RAZOALONSO NAVARRO JIMENEZ

EDUARDO MORALES LUVIANO

Practica: Tratamientos térmicos para Materiales Cerámicos

Irapuato, Gto. 29 de noviembre de 2006.

MATERIALES CERÁMICOS

INTRODUCCIÓN

Los materiales cerámicos son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas, constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes; con gran aplicación en alfarería, construcción, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos. Esta gran versatilidad de aplicaciones se debe a que poseen propiedades muy características que se mencionaran a continuación y no pueden ser obtenidas con ningún otro material

Los materiales cerámicos se utilizan en aplicaciones que requieren como parámetros de importancia crítica alta resistencia mecánica a altas temperaturas, resistencia al desgaste, baja densidad, resistencia a la corrosión, dureza, rigidez y peso ligero. Estas propiedades hacen que los materiales cerámicos sean preferidos en industrias como por ejemplo; la aeroespacial, de la energía, entre otras. En la actualidad se emplean para repuestos resistentes al desgaste (juntas y válvulas), herramientas de corte, cojinetes y películas que sirven de barrera térmica en motores o en intercambiadores de calor.

En el próximo decenio, estos materiales se utilizaran cada vez más en productos como intercambiadores de calor, motores térmicos y materiales bioceramicos. En el año 2000 la demanda en Estados Unidos para las aplicaciones mencionadas fueron de entre 2.000 millones de dólares y 3.000 millones de dólares para que esta tendencia siga habrá que mejorar el comportamiento y la fiabilidad de los materiales cerámicos empleando una técnica de elaboración más eficaz y reduciendo los costos de sus componentes para que puedan competir con los materiales tradicionales

OBJETIVO

Determinar cuales son los tipos de tratamientos térmicos aplicables a los cerámicos

FUNDAMENTOS TEORICOS

PROPIEDADES MECÁNICAS

Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este echo supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS

No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferromagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica.

Algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.

PROPIEDADES TÉRMICAS

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este hecho son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son

usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.

CLASIFICACIÓN

Materiales cerámicos tradicionales:

Arcilla

Sílice

Feldespato

Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería:

Oxido de aluminio

Carburo de silicio

Nitruro de silicio

APLICACIONES

Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y resistencia al calor.

Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad térmica.

Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad térmica y eléctrica.

Aislantes en aparatos electrónicos.

Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado.

Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio.

Vidrio.

DESARROLLO

Qué es un azulejo

Los azulejos o baldosas cerámicas son piezas planas de poco espesor fabricadas con arcillas, sílice, fundentes, colorantes y otras materias primas. Generalmente se utilizan como pavimentos para suelos y revestimientos de paredes y fachadas.

Las arcillas utilizadas en la composición del soporte pueden ser de cocción roja o bien de cocción blanca. Los azulejos, tanto de pavimento como de revestimiento de paredes, son piezas cerámicas impermeables que están constituidas normalmente por un soporte arcilloso y un recubrimiento vítreo: el esmalte cerámico.

En función de su aplicación, existen diferentes tipologías de producto y características. En la actualidad se utilizan en pavimentos y revestimientos.

Pavimentos

Pavimento interior de viviendas.

Pavimento exterior (terrazas).

Pavimentos de locales públicos (hospitales, escuelas, etc.)

Pavimentos diversos (piscinas, suelos industriales...)

Revestimientos

Revestimiento interior de viviendas (cocinas, baños, etc.).

Revestimiento exterior (terrazas)

Revestimientos diversos

Diagrama de los procesos de fabricación considerados

Preparación de materias primas - Molienda en húmedo - Atomización - Prensado -

Secado - (Cocción) - Esmaltado - Cocción (Variante sin esmaltado y con/sin pulido)

(Variante con cogeneración)

Preparación de materias primas - Molienda en seco - Prensado - (Cocción) -

Esmaltado - Cocción.

Preparación de materias primas - Amasado - Extrusión - (Esmaltado) - Cocción.

PROCESO DE FABRICACIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS

El proceso de fabricación de baldosas cerámicas se desarrolla en una serie de etapas sucesivas, que pueden resumirse del modo siguiente:

Preparación de las materias primas.

Conformación y secado en crudo de la pieza

Cocción o cocciones, con o sin esmaltado

Tratamientos adicionales

Clasificación y embalaje

Dependiendo de que el producto a fabricar sea esmaltado o no, de que éste se fabrique por un procedimiento de monococción, bicocción o tercer fuego, en un determinado proceso se realizará o no el esmaltado, o se modificará la secuencia de las etapas de esmaltado y de cocción en la forma adecuada. (Figura 1.)

COCCION DE PIEZAS

En los productos no esmaltados, tras la etapa de secado se realiza la cocción.

Asimismo, en el caso de productos esmaltados fabricados por bicocción, tras el secado de las piezas en crudo se realiza la primera cocción.

TIPOS DE COCCION

La cocción de los productos cerámicos es una de las etapas más importantes del proceso de fabricación, ya que de ella dependen gran parte de las características del producto cerámico: resistencia mecánica, estabilidad dimensional, resistencia a los agentes químicos, facilidad de limpieza, resistencia al fuego, etc.

Las variables fundamentales a considerar en la etapa de cocción son, el ciclo térmico (temperatura-tiempo, Figura 5), y la atmósfera del horno, que deben adaptarse a cada composición y tecnología de fabricación, dependiendo del producto cerámico que se desee obtener.

La operación de cocción consiste en someter a las piezas a un ciclo térmico, durante el cual tienen lugar una serie de reacciones en la pieza que provocan cambios en su micro estructura y les confieren las propiedades finales deseadas.

COCCION RAPIDA

La cocción rápida de las baldosas cerámicas, actualmente predominante, se realiza actualmente en hornos monoestrato de rodillos, que han permitido reducir extraordinariamente la duración de los ciclos de cocción hasta tiempos inferiores a los 40 minutos, debido a la mejora de los coeficientes de transmisión de calor de las piezas, y a la uniformidad y flexibilidad de los mismos.

En los hornos monoestrato, las piezas se mueven por encima de los rodillos y el calor necesario para su cocción es aportado por quemadores gas natural-aire, situados en las paredes del horno. Los mecanismos principales de transmisión de calor presentesdurante este proceso son la convección y la radiación

¿Cuál es la materia prima utilizada en los procesos cerámicos?

La principal materia prima utilizadas por las cerámicas de pisos y revestimientos son materiales arcillosos o arcillas, encontrados con relativa abundancia en la naturaleza. Se utiliza a la palabra "arcilla" para designar a materiales no consolidados (arcillas de vegas o lagos, por ejemplo) cuyos constituyentes mineralógicos se presenten en granulometría (tamaño) muy fina, o para referirse a alguna especie mineral del grupo de los filo silicatos (argilominerales).

¿Cuáles son las etapas del procesado cerámico?Las principales etapas en el procesado de materiales cerámicos, con el objetivo de la producción de pisos y revestimientos por proceso atomizado, pueden ser agrupadas de manera simplificada, de la siguiente manera:I - Preparación de la materia prima: es la etapa en que las materias primas son mezcladas para componer la masa o polvo. Esta etapa incluye el molido y la atomización. II - Conformación (moldeado) y fabricación: etapa en la que se le da al polvo, preparado en la etapa anterior, el formato deseado a través de prensado y, enseguida, se aplican las decoraciones (esmaltado).III - Procesado térmico (quema): en esta etapa, las piezas cerámicas son calentadas a altas temperaturas (de 1000 a hasta 1200 °C, dependiendo del producto), con la finalidad de adquirir las propiedades definitivas y deseadas de un producto cerámico.IV - Acabado final: Dependiendo del proceso y del producto utilizado, las piezas quemadas pueden ser sometidas a otra etapa más de quema (productos biquema). Pero en general, después del procesado térmico, las piezas son clasificadas de acuerdo a medidas y tonalidades, y se descartan las piezas con defectos o fuera de especificación.El conocimiento de los procesos y del comportamiento de las materias primas durante el procesado es de vital importancia para el desarrollo de nuevos procesos y de nuevos materiales cerámicos.

PARTE EXPERIMETAL

COMO HACER UNA FIGURA DE BARRO

Lo primero que tenemos que hacer es amasar el barro. Lo que más cuesta es el amasamiento del barro, el proceso  puede durar aproximadamente 5 minutos, y si dura más es debido a que el barro está duro y hay que mezclarlo con un poco de agua y barro blando.

El barro hay que amasarlo muy bien porque sino se hace así le salen burbujas de aire y cuando se mete en el horno se estropea. De este

modo, conseguimos que el barro vaya uniformemente por todos lados: blando - duro.

El barro que utilizo es muy fino porque se pasa previamente por unos tamices para que no tenga impurezas. Procede de dos canteras: Flojo-fuerte y no puede ser ni flojo ni fuerte, sino la mezcla al 50% porque el fuerte tiene consistencia para que no se venga abajo, pero por si solo se abre, y por eso se le mezcla el flojo para poder amasarlo y darle vigor a la figura.

Una vez amasado bien el barro, se lleva al torno y empiezo a modelar la pieza.Se empieza haciendo un cántaro que es el que va a llevar la figura. En el proceso final del cántaro, cogemos una caña de bambú, que se coge en el campo, tiene un perfil muy fino y es la que hace que la figura quede lisa. Ahora para desligarla del torno, la cortamos con un hilo.

Ahora se empieza ha hacer la figura.

Empezaremos primero haciendo la cabeza. Dividiéndola en dos partes (cabeza-cuerpo) se trabaja más cómodamente. Una vez hecha la cabeza, pasamos al cuerpo de la figura. Para hacérselo, coloco la mano izquierda dentro del barro y la derecha fuera. Yo ahora subo el barro, izquierda dentro, derecha fuera, la de fuera aprieta subiendo, poco a poco, la de dentro sujeta para que yo vaya subiendo el barro para arriba, sino hiciera esto se torcería porque al hacer fuerza se tiene que presionar con las dos manos , la que obedece es la de dentro, ésta solamente sujeta para que salga bien. Así adelgazamos el cuerpo de la figura, si quisiéramos ensancharla entonces haríamos lo contrario, apretamos la de dentro y sujetamos con la de fuera.

Ahora le paso la caña de bambú de arriba abajo para quedar la pieza más fina. En la parte superior del cuerpo se hace un pliegue para poder pegar la cabeza al cuerpo. Una vez hecho el pliegue, ponemos la cabeza encima y se une. Moldeamos un poco esta parte y ya queda completamente unida. El barro según lo vas trabajando al echar agua va echando barro muy fino llamado "barroquina" que esto hace que se deslice mejor, no hace que se peguen las manos. Ahora se vuelvo a pasar otra vez la caña y prácticamente está hecho el cuerpo. A continuación se deja que quede endurecido y empezamos a adornarla.

Respiración-Caja de aire.

Con un alambre, le hacemos un agujero en la figura para que le entre aire y podamos moldearla, de esta manera le quitamos el aire que tenga en su interior y evita que se deforme la pieza. La figura va hueca de abajo arriba lo que permite que al introducirla en el horno no se deforme. Una cosa importante es que cuando se ponga al cántaro le tenemos que hacer otro agujero para que expulse todo el aire. Por ejemplo, los ojos que se le hace deja que salga el aire, de este modo se evita que se rompa en el horno. La figura que he hecho tarda en secarse antes de meterla en el horno aproximadamente un día. Ahora no se mete en el horno, las figuras no se meten frescas porque se romperían, tienen que secarse poco a poco. La dejamos de un día para otro para que se seque bien. Volvemos al día siguiente y

seguimos con la figura. Luego las otras se cuecen primero como es el barro, luego se coge se vaya, se decora y se mete en el horno. Va cocida a 1000 grados. después se pone. Ahora se empieza a decorar la figura.Se utiliza una tortea que se utiliza para decorar y pintar la figura. Ahora no se puede apretar mucho para que no se rompa.

Ahora cogeríamos el cántaro y le haríamos un agujero para que haya una cámara de aire que entre y salga, y así evitamos que se rompa. Si no se puede pegar bien el cántaro al cuerpo de la figura, la humedecemos un poco y logramos unirla. Utilizamos palillos para hacerle el agujero. Ahora vamos ha hacerle los brazos a la muñeca y los pegamos. Cogemos un trocito de barro y lo amasamos hasta convertirlo en un pequeño palo moldeable. . Ahora le vamos ha hacer la capa, que es como la antigua toquilla que llevaban las mujeres. La amasamos bien y le damos la forma. Para hacerlo colocamos la mano encima del trozo de barro y lo aplastamos encima y la textura queda preparada. Y él sigue mientras haciendo la figura......

Ahora se empiza a ponerle el cabello, y hacemos tiritas individuales, a esto se le llama hacer un macarrón italiano, una vez hecho lo vamos pegando uno a uno en la cabeza de la figura y le vamos dando la forma al pelo. Le vamos poniendo cada uno de los cabellos individuales hasta conseguir una melena. Al final le damos la forma moldeada, pelo a pelo hasta que terminemos. Cuando se termine se cortan las mechas por igual para quedar el pelo uniforme. Es lo más entretenido que tiene el realizar la figura, aunque no se tarda mucho. Para darle un toque a la melena, le vamos ha hacer un moño. Para hacerle el moño hacemos como un macarrón que va unido junto al pelo. Cogemos una cuchilla y cortamos todo el pelo por igual con cuidado para no cortar el barro que tenemos debajo.

Una vez hecho esto le vamos a decorar la cara. Le ponemos la nariz, las cejas y una flor en el pelo. Para hacerle la nariz cogemos un trocito de barro y lo moldeamos para pegárselo en la cara. Las cejas cogemos un trocito de barro y se lo colocamos encima de cada uno de los ojos. Para hacerle la flor lo que hacemos es primero hacer una bolita con el barro y después ir haciendo individualmente cada uno de

los pétalos y uniéndolo a la bolita. Esto es muy sencillo de hacer, cogemos un trocito de barro y con el pulgar le damos la forma. Todas las figuras llevan la ralla del pelo al medio, que se la tenemos que hacer, y ahora le ponemos la flor. Hacemos cinco pétalos, coges un trocito de barro, pones el dedo encima y dejas caer el peso, así le damos la forma a los pétalos. Lo vamos pegando y el paso final es ponerle la flor encima de la cabeza, a la izquierda del pelo.

Ahora le hago los ojos, con un pincel le hago dos agujeros, de esta manera le sale el aire y así en el horno evitamos que se rompa. Colocamos los dos ojos a la misma altura. Ahora tenemos que dejarla que se seque para meterla en el horno y poderla pintar, al estar así el tiempo, la metemos en el horno por la tarde y por la mañana ya está lista. Ya está la figura preparada.

La figura está metida en el horno, se cierra y lo ponemos en marcha se pone el horno a mil grados.

El horno está a 74 grados, cuando esté a 150 ya se deja para que cueza. Ahora se templa un poco. No se le puede meter el fuego de golpe, si se le da mucho al esmalte le salen burbujas, esté el barro sin cocer o cocido. Templándolo, no se puede cocer directamente. Esto ya sería el ciclo final por eso hay que cocerlo poco a poco subiendo el horno de temperatura.

Le echo tierra con agua, después se mete al horno y queda vitrificada. Es una especie de pintura blanca que permite después

pintar la figura adecuadamente. La figura antes de darle los colores, tenemos que pintarla con una cubierta especial, es una cubierta de zirconio, un esmalte blanco que después va mezclado con fundente, el fundente es el que le da el brillo. Los fallos que puedan tener la figura se le quita, se coge un pincel seco y le damos suavemente. Si nos traemos la capita blanca con el pincel, hay que darle un poco de blanco. En la cara se le da fundente para que brille más. Es como un barniz, cuando se le da se ve blanco pero luego se queda transparente, se le da en la cara y en las manos.

Esta figura, antes la hemos bañado en una capa de zirconio que es una cubierta y sobre esto se le dan ahora el óxido de cobra que es verde, el de cobalto que es azul y ahora vamos a empezar a decorarla, no sin antes darle la cubierta de blanco. Antes estaba del color del barro. Y ya se empieza a decorar la figura. Lo más laborioso de pintar es el pelo debido a que hay que dar varios colores y es más entretenido.

Cuando se ha cocido la figura, a mil grados, al ir encima de una cubierta blanca, el color del pelo sale gris, para que saliera negro habría que darlo sobre el barro. A cada una se le da de un color, así le damos un efecto envejecido al pelo. En pintar una figura tardo aproximadamente unos 6 ó 7 minutos, es un proceso muy rápido. Ahora vamos a pintar la toca que le vamos a dar amarillo y luego encima le doy un color verde y azul, vamos ha hacerla así. Los óxidos son los azules, el verde y el azul. Este es el esmalte, los esmaltes son todos al fuego, minerales. Por eso son esmaltes minerales, porque el color se britifica a la temperatura, una temperatura de mil grados.

Esta figura se mete ahora en el horno y no sale hasta mañana.

Bueno pues ya está, ya está para meterla en el horno. A esta le vamos a dar para que quede después en jaspeado en verde, con un pulverizador le damos el jaspeado. La ponemos en otro sitio, agitamos el bote y la pulverizamos a una distancia de unos 35 cm. Eso queda jaspeado en verde, si por casualidad pulverizamos el resto de la figura pintada, como está en otro color se lo come. Ahora se pasa al horno y se cuece a mil grados y ya está terminada la figura. En cuanto se enfríe. § Las manchas que se vean en la figura hay quitarlas cuidadosamente con un pincel seco para que después la figura al cocerla esté perfecta. § El fundente es lo que se le da para que brille, la cara y las manos.

Ahora se templa un poco, se enciende el horno y el termostato automáticamente se apaga, para calentar el horno poco a poco. Como el barro está cocido hay que ponerlo a una temperatura que vaya templando, no se puede cocer directamente, esto ya sería el ciclo final y para no correo el riesgo de que le salieran burbujas se

cuece lentamente. Ahora ya está a 74 grados, cuando esté a 150 ya lo puedes coger y dejarlo que se cueza.

Barro cocido

Medidasusuales

EspesorAbsorcióndel agua

Carga de

rotura

AbrasiónGL

Abrasión UGL

Resistencia

a la helada

Resistencia química

Gran dispersión > 10 mm. 6 - 15 % 2300-

3200 N Variable 300 - 800 No Variable

CONCLUSIONES

En este proyecto se mencionaron los procesamiento para la fabricación de un cerámico mas especialmente como se fabrica una baldosa cerámica o azulejos este con el fin de identificar que tipos de tratamientos térmicos intervienen aquí lo cual comienza desde la cocción de las piezas conformadas aquí seria un primer tratamiento térmico y ya una vez hecho esto se le aplica un esmalte al azulejo para darle la forma característica de este este esmaltado se logra por un recubrimiento que se le hace ala baldosa este tiene un menor punto de fusión que la cerámica ya que si no se lograría lo propuesto de realizar azulejos,y ya en la practica experimental que nosotros

propusimos era el de coser cualquier tipo de barro para la obtención de un cerámico compuesta por feldespato y fabricar una pieza de artesanía.

BIBLIOGRAFIA

http://www.mtas.es/insht/EncOIT/pdf/tomo3/84.pdf- Págs.19 - 21

Askeland Págs.425-427.

Jose Maria Lasheras y Esteban

Ediciones Cedel.

http: www.esi2.us.es/IMM2/pract-html/x-19.html