5/12/2018 RESUMEN CERAMICOS - slidepdf.com

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FABRICACION DE PRODUCTOS DE CERAMICA INDUSTRIAL.

GENERALIDADES.

Se incluyen en esta categoría los productos de barro (ladrillos, losetas, alfarería y porcelana), vidrio, cemento y el concreto, que es un materialcompuesto, pero sus dos componentes son cerámicos. También se incluyen materiales cerámicos modernos como el carburo de tungsteno y elnitruro cúbico de boro.

Un material cerámico es un compuesto inorgánico que consiste en un metal (o semimetal.) y uno o más de no metales.

Las materias primas cerámicas se transforman en productos sólidos por la acción del calor.

Los productos cerámicos son también frágiles y no poseen ductilidad.

La importancia de los materiales cerámicos como materiales de ingeniería se basa en su abundancia en la naturaleza y en sus

propiedades físicas y mecánicas, que son bastante diferentes a las de los  metales.

PROPIEDADES IMPORTANTES PARA LA INGENIERIA

PROPIEDADES MECANICASLos mate riales cerámicos son rígidos y frágiles, y exhiben un mejor comportamiento esfuerzo-deformación. caracterizado comoperfectamente elástico se puede observar en la tabla 1.1 que la dureza y el módulo de elasticidad para muchos de los nuevosmateriales cerámicos son más grandes que para los metales La rigidez y dureza de los mate riales cerámicos tradicionales yde los vidrios son significativamente menores que las de los nuevos materiales cerámicos.Teóricamente, la resistencia de los materiales cerámicos debe ser más alta que la de los metales debido a sus enlacesatómicos. El tipo de enlaces covalentes y iónicos son más fuertes que los enlaces metálicos. Sin embargo, los enlacesmetál icos tienen la ventaja de que siempre admiten deslizamientos, mecanismo básico por el cual se deformanplásticamente cuando se les sujeta a altos esfuerzos. Los enlaces en los materiales cerámicos son más rígidos y no admitendeslizamiento ante los esfuerzos. Esta inhabilidad no les permite absorber esfuerzos. Además los materiales cerámicostienen las mismas imperfecciones en su estructura cristalina que los metales: vacantes. Intersticialidades.La fragilidad que limita la resistencia a la tensión de los materiales cerámicos. No es tan grave cuando se aplican esfuerzos ala compresión. Los materiales cerámicos son sustancialmente más resistentes a la compresión que a la tensión. Paraaplicaciones estructurales de ingeniería. Los diseñadores han aprendido a usar componentes cerámicos de manera queresi stan cargas a la compresión en lugar de cargas a la tensión o a la 1 flexión.

PROPIEDADES FISICAS

En la tabla 1.2 se presentan varias de las propiedades físicas de los materiales cerámicos. La mayoría de los materiales cerámicos son másligeros que los metales y más pesados que los polímeros .Los puntos de fusión son más altos que la mayoría de los metales. Algunos materialescerámicos se descomponen antes que fundirse.Las conductividades eléctricas y térmicas de la mayoría de los materiales cerámicos son más bajas que las de los metales pero el rango devalores es más amplio, lo cual permite que algunos se usen como aislantes, mientras que otros como conductores eléctricos. Loscoeficientes de  2  expansión térmica son algo menores que para los metales, pero los efectos son más dañinos en los materiales cerámicos debido a su fragilidad. Los materiales cerámicos con expansiones térmicas relativamente altas y conductividades térmicas bajas sonparticularmente susceptibles a las fallas de este tipo, resultado de los gradientes significativos de temperatura asociados con cambios volu-métricos en diferentes regiones de la misma parte. Los términos impacto térmico y agrietamiento térmico se usan en conexión con estasfallas.El mater ial cerámico se disoc ia químicamente o, en el caso del diamante o del grafito, se sublima (vaporiza), en lugar de fundirse. El vidrio, siendo no cristalino, no se funde a un punto de fusión específico. En su lugar exhibe propiedades fluidasgradualmente con el incremento de la temperatura. Se convierte a líquido cerca de los 2500 °F (1400 °C). NO = No disponible o

no aplicable.1

2GLOSARIO

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CLASIFICACION DE LOS CERAMICOS Las propiedades generales de los productos cerámicos que los hacen útiles como productos de ingeniería son alta dureza buenaspropiedades de aislamiento térmico y eléctrico. Estabilidad química y altas temperaturas de fusión. Algunos materiales cerámicosson transparentes. el vidrio para ventanas es el ejemplo más claro. Los productos cerámicos son también frágiles y prácti -camente no poseen ductilidad, lo cual puede ocasionar problemas en su procesamiento y en su desempeño como materialescerámicos.

Clasificamos los mate riales cerámicos en tres tipos bási cos:

1) Cerámicos Tradicionales. 

Silicatos que se usan para la producción de artículos de barro tales como utensilios y ladrillos. Abrasivos comunes y cemento.

2) Nuevos Cerámicos.

Los cerámicos más recientemente desarrollados, basados en compuestos que no son silicatos. Sino óxidos y carburos queposeen generalmente propiedades físicas o mecánicas superiores o únicas comparadas con las de los cerámicos tradicionales

3) Vidrios. 

Basados principalmente en la sílice y que se diferen cian de los otros cerámicos por no presentar una estructura cristalina.

Además de los tres tipos básicos tenemos los vidrios-cerámicos. Cuya gran parte de estructura se ha transformado encristalina por tratamiento térmico.

VA RIABLES O PARAMETROS CALIDAD:Existen tres categorías en la cal idad de los productos cerámicos, en función de los defectos que presenta:1ª Calidad: Especial,2ª Calidad: Estándar,3ª Calidad: De Saldo.La variedad que existe es muy grande aunque, aparte de la cerámica, hay imitaciones de piedra natural, madera,... en cerámica para finesdecorativos.

DEFECTOS:Los más comunes pueden ser:- Defectos Dimensionales.- Defectos de Aspecto.- No satisfacen las características físico-químicas exigidas.

En cuanto a su trascendencia, pueden ser:Defectos Críticos:Pueden dar lugar a condiciones peligrosas o falta de seguridad (aplacados, falta de adherencia, cambios térmicos y humedad, falla másla unión pasta-azulejo).Defectos Principales (o Mayores):No son críticos pero pueden dar lugar a separaciones costosas (levantamiento de un revestimiento y restitución, por ejemplo).Defectos Secundarios (o Menores):Los que no estando en los casos anteriores, no cumplen las normas e imponen una desviación sobre las exigidas (por ejemplo: alicatadode cuarto de bañoque al poco tiempo de ser colocado se está cayendo o está agrietado.

PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS CERÁMICOS TRADICIONALES El procesamiento para los cerámicos tradicionales incluye los pasos siguientes:1. PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMASLas técnicas para reducir el tamaño de partículas en el procesamiento de los cerámicos se denomina pulverización.Se distinguen dos tipos generales de operaciones de pulverización:

• EL TRITURADO: se refiere a la ruptura de grandes trozos en tamaños más pequeños para su reducción posterior .

• LA MOLIENDA: operación de reducir las piezas pequeñas después del triturado a polvos finos.

2.P ROCESOS DE FORMADO

Los procesos de formado pueden dividirse en base la consistencia de la mezcla en:

• FUNDICIÓN O VACIADO DESLIZANTE : En este método se vacía una pasta aguada de polvos cerámicos en agua, llamada suspensión, dentro de un molde poroso de yeso, donde el agua de la mezcla es absorbida por el yeso, formándose una capa dearcilla firme en la superficie del molde.

• FORMADO PLÁSTICO: Todos ellos requieren que la mezcla inicial tenga consistencia plástica.Los métodos artesanales incluyen:1) El modelado a mano

2) El vaciado o moldeado a mano3) El torneado a mano4) El torno de alfarero

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Los métodos más mecanizados incluyen:1. El torneado ligero

2. El  prensado plástico

3. La extrusión

• PRENSADO SEMISECO: usan alta presión para superar la baja plasticidad del material y forzarlo dentro de la cavidad de un dado.

PRENSADO SECO: La diferencia principal entre el prensado semiseco y el prensado seco es el contenido de humedad delmaterial inicial.

SECADO

Al remover agua de la arcilla húmeda, el volumen de la pieza se contrae. El proceso de secado ocurre en dos etapas.

1°, velocidad de secado rápida y constante, el agua de la super ficie de la arcilla se evapora; y el agua interior emigra, hacia la superficie para reemplazarla.

2° etapa, el contenido de humedad se ha reducido hasta que los granos cerámicos han quedado en contacto, yocurre poca o ninguna contracción.

QUEMADO (SINTERIZADO)

Es el proceso de tratamiento térmico que sinteriza al material cerámico y se realiza en un horno cerámico. En el sinterizado

se desa rrollan uniones entre los granos cerámicos y esto va acompañado de densificación y reducción de porosidadPROCES A MIENTO DE PRODUCTOS NUEVOS CERAMICOS 

La secuencia de manufactura para los nuevos cerámicos e s:1.PREPAR ACIÓN D E MATERI ALES IN ICI ALES

La preparación de los polvos incluye métodos mecánicos y químicos. Los métodos mecánicos constan de las mismas operaciones demolienda que se llevan a cabo en el molino de bolas utilizado con los cerámicos tradicionales. Se usan dos métodos químicospara lograr mayor homogeneidad en los polvos de los nuevos cerámicos:

• En secado por con gelación 

• La  precipitación de una solución

2. FORMADO

Los métodos de prensado y sinterizado han sido adaptados para los nuevos materiales cerámicos.• PRENSADO C ALIENTE El prensado caliente es similar al pr ensado seco ex cepto que el proceso se lleva a cabo atemperaturas elevadas.

• PRENSADO ISOSTÁTICO Usa presión hidrostática para compactar los polvos cerámicos en todas direcciones, evitando lafalta de uniformidad del producto final.

• PROCESOS DE BISTURÍ Este proceso se usa para hacer láminas delgadas de material cerámi co.

• MOLDEO POR INYECCIÓN DE POLVOS, MIP (EN INGLÉS PIM) Las partículas cerámicas se mezclan con unpolímero termoplástico que actúa como portador y que proporciona las características apropiadas de flujo a lastemperaturas del moldeo.

3. SINTERIZADO

Las funciones del sinterizado son las mismas que antes:1) unir los granos indi viduales en una masa sólida.

2) incrementar la densidad3) reducir o eliminar la porosidad

4. ACABADO

En ge ne ra l es ta operación tiene uno o más de los siguientes propósitos:1) incrementar la precisión dimensional.2) mejorar el acabado de la superficie3) hacer cambios menores en la geometría de la parte.

PROCESAM IENTO DE VIDR I OS 

La secuencia de procesamiento para los vidrios es como sigue:

1) el primer paso involucra el calentamiento y las operaciones de formado que se usan en el trabajo de vidrio para crear la geometríadeseada del producto. Los métodos para dar forma al vidrio son generalmente más económicos que el prensado y sinterizado para dar forma a los materiales cerámicos tradicionales y nuevos hechos a par tir de polvos.

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2) El producto se enfría.3) El vidrio se recalienta a una temperatura suficiente para provocar una densa red de núcleos cristalinos que se forman a lo largodel material. La alta densidad de los sitios de nucleación es lo que inhibe el crecimiento de los granos de los cristalesindividuales. Conduciendo finalmente a la formación de granos de tamaño fino en el material vidrio-cerámico. La clave para que sepropicie la nucleación es la presencia de pequeñas cantidades de agentes nucleantes en la composición del vidrio. Los agentesnucleantes comunes son Ti02', P 205 y Zr02.

4) Una vez que se inicia la nucleación, el tratamiento térmico con tinúa a una temperatura más alta para provocar el crecimiento de las fases cristalinas.

PREPARACIÓN DE PASTAS CERÁMICAS 

La arcilla: Para la preparación de pastas cerámicas no se usa la arcilla sola, sino mezclada con a ntiplásticos L a ar cilla essilicato de alúmina, o sea roca compuesta por sílice, alúmina y agua.Antiplásticos: Son materiales que se añaden a las arcillas, para formar las pastas. Algunos de los materiales antiplásticos puedenser:Cuarzo eleva la tempera tura d e madure z de una pasta , aumen ta su r esistencia y es bue n antiplástico.Feldespato Es un buen anti plástico, cuya acción fundente se intensifica en el calor. En altas temperaturas es imprescindible, tantoque la cerámica de más de 1190 °C es llamada "la cerámica del feldespato".

Carbonato de Calcio Es el fundente más enérgico de bajas temperaturas, que ayuda a vitrificar a temperaturas bajas. Favorece labuena adaptación de los esmaltes a las pastas y es también un buen antiplástico.Chamote: granos de pasta bizcochada que se usan para incluirlos en otras pastas a fin de texturarlas, reducir su contracción desecado y aumentar.

ANEXOSTABLA No 1

TABLA No. 2

LA SECUENCIA DE PROCESAMIENTO PARALA MAYORÍA DE LOS CERÁMICOSTRADICIONALES

PROCESO DE

FORMADO

FUNDICIÓN O VACIADODESLIZANTE

FORMADO PLASTICO

PROCESOS DE FORMADO

PRENSADO SEMISECOFORMADO