Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
TEMA 1. Fundamentos y técnicas de procesado de materiales cerámicos -…
TEMA 1. Fundamentos y técnicas de procesado de materiales cerámicos
1.1 INTRODUCCIÓN
Clasificación en función de su estructura interna
CERÁMICAS
(Tradicionales / Avanzadas o "técnicas"):
ESTRUCTURA CRISTALINA
Átomos dispuestos de manera regular y repetitiva en el espacio - Ordenamiento a largo alcance
VIDRIOS Y VITROCERÁMICAS:
ESTRUCTURA AMORFA
Átomos dispuestos de forma irregular y aleatoria
Ordenación de corto alcance, carece de ordenamiento a largo alcance
Según su método de fabricación,
ESTO AFECTA A SUS PROPIEDADES
Propiedades más relevantes
No existe una temperatura definida a la cual el líquido se transforma en sólido
MATERIALES CRISTALINOS = disminución discontinua de volumen con la temperatura
MATERIALES VÍTREOS = disminución continua de volumen con la temperatura
Diferencias entre materiales metálicos y cerámicos
CERÁMICOS:
Frágiles
Resistencia a la compresión
Baja conductividad térmica y eléctrica
No magnéticos
Pueden ser transparentes (vidrio)
No se oxidan
Alta resistencia al desgaste (dureza)
METÁLICOS:
Dúctiles
Resistencia a la tracción
Alta conductividad térmica y eléctrica
Pueden ser magnéticos
Opacos
Se oxidan
Baja resistencia al desgaste (algunos)
Clasificación en función de su aplicación
CERÁMICAS TRADICIONALES
(arcilla)
CERÁMICAS INDUSTRIALES:
Refractarios
:check: Tipo de producto arcilloso
:check: Óxidos metálicos
:check: Alta resistencia al ataque químico y altas temperaturas
Cemento
:check: + Agua = endurece a temperatura ambiente
:check: Endurecimiento por hidratación, NO por tratamiento térmico
Ladrillos
Azulejos
Yeso
ARTE Y DECORACIÓN:
Alfarería
Porcelana
Loza
Gres
CERÁMICAS AVANZADAS O TÉCNICAS
:
Obtenidos artificialmente
Altas prestaciones según la aplicación
Inertes y biocompatibles = aplicaciones en implantes y articulaciónes
VRIDIOS Y VITROCERÁMICAS
VIDRIOS:
70% Sílice + Sosa + Cal
Se fabrican por fusión - Estado amorfo
Alto coeficiente de dilatación
VITROCERÁMICAS:
Vidrio que, por solidificación controlada, tiene estado policristalino
Coeficiente de dilatación muy bajo
¿Qué es un material cerámico?
Es un compuesto inorgánico formado por elementos metálicos y no metálicos
Clasificación en función de su CONFORMADO
CERÁMICAS
Partículas / Pasta (con agua)
VIDRIOS Y CERÁMICAS
Fusión
1.2 PROCESO DE FABRICACIÓN
2) Cerámica tradicional / avanzada
CONFORMADO EN FRÍO
1. Deformación plástica de pastas
III. TORNEADO
15-25% agua
Objetos con simetría axial
IV. MOLDEADO POR INYECCIÓN
Formas complejas
Tolerancias estrictas
Tubos de pequeño diámetro y paredes delgadas (5mm)
Se agregan plastificantes y aditivos que se eliminan en el sinterizado
II. PRENSADO
Gran variedad de técnicas y equipos según:
Contenido de agua (<5% prensado seco; normalmente 10-15% agua)
Presión aplicada (10-100MPa)
Presión uniaxial o isotática
Temperatura (25 - 1000ºC)
Aplicación o no de vacío
Vibración previa o simultánea
model rígido o flexible
PRENSADO EN CALIENTE
:
Compactación de polvo a Tª elevada
Proceso más caro
PRENSADO ISOSTÁTICO:
Polvo en un envoltorio de goma; se aplica presión mediante un fluido en todas direcciones
Formas complicadas
Proceso más lento y caro
V. IMPRESIÓN 3D
IMPRESIÓN 3D EN POLVO:
Impresión tridimensional
Sinterización selectiva por láser
SLM de fusión selectiva por láser
INYECCIÓN AGLUTINANTE (Binder Jetting):
Fabricación a través de polvos cerámicos gracias a un aglutinante
Sobre un lecho de polvo se solidifica en sección transversal
Modelos a todo color
No muy resistentes para algunos propósitos industriales
Tras la impresión, se libera el encapsulamiento de polvo y se curan las piezas para + resistencia
Materiales que se solidifican: yeso, cerámicas, metales y polímeros en gránulos
Posibilidad de imprimir con arena (único material que no requiere un procesamiento adicional final)
IMPRESIÓN 3D A GRANEL BASADA EN SÓLIDOS:
Fabricación de objetos laminados
Modelado de deposición fundida
DEPOSICIÓN LÍQUIDA DE MATERIAL (Liquid Deposition Modeling)
Técnica que más se ha extendido
Deposición de capas de material cerámico hasta conformal la pieza, con extrusores adaptados al material
Técnica de menor coste, ya que la arcilla y polímeros de relleno son sus principales materiales
IMPRESIÓN 3D BASADA EN PASTA/LECHADA:
Estereolitografía SL
:check:Láser endurece la cerámica líquida capa por capa
Procesamiento de luz digital DLP
:check:Mezcla un polvo cerámico con resina líquida para imprimir piezas resistentes
Polimerización de dos fotones TPP
Impresión de inyección de tinta IJP
Escritura de tinta directa DIW
I. EXTRUSIÓN
2. Colada de barbotina
Piezas de diseño complicado
Piezas huecas de espesor constante
PASOS:
:check: Barbotina con 25-40% agua
:check: Molde poroso de yeso absorve el agua hasta que la pieza se hace sólida
:check:Una vez vertida la suspensión en el molde, ´éste se invierte vertiendo el exceso de suspensión
:check:Extracción de la pieza seca
SECADO
Tradicional: lento y progresivo
Secaderos: paso de aire caliente procedente de hornos; rápido; piezas de bajo espesor; túnel; industrial
SINTERIZADO
Uniones entre los granos cerámicos = densificación y reducción de porosidad
Hornos intermitentes y continuos (horno túnel y Hoffman)
SINTERIZADO CON FASES LÍQUIDAS:
Química (cementos, yesos, refractarios y abrasivos)
Vítrea (Porcelana, loza, cerámica blanca y roja)
SINTERIZADO EN FASE SÓLIDA:
Cerámica (alúmina pura, grafito, cerámicas no oxídicas)
TRATAMIENTOS POSTERIORES
ESMARLTADO:
Pintura hecha de vidro
Vidrios de ´óxidos de bajo punto de fusión vitrificados
Recubrimiento impermeable
Necesario soporte algo poroso
Proceso en caliente (objeto que se esmalta debe ser calentado a la temperatura de fusión del polvo de vidrio)
ENGOBE:
Mezcla de arcilla y ´óxidos colorantes que no llegan a vitrificar
3) Vidrio
CONFORMADO EN CALIENTE
PROCESOS DISCRETOS (artículos individuales):
PRENSADO O MOLDEO POR COMPRESIÓN
Productos relativamente planos (platos,...)
FUNDICIÓN O MOLDEO DE PRECISIÓN
Aplicaciones ópticas, sin necesidad de esmerilado o pulido
PROBLEMA: posibles tensiones internas durante la introducción de vidrio en el molde y durante enfriamiento
SOPLADO
Se deposita la vela en el premolde
Se inyecta aire a presión por encima del premolde empujando el vidrio hacia la cavidad
Con un pistón que surge de la parte baja del premolde, se ocupa el espacio de La Corona a la vez que se forma la preforma
Recipientes de boca ancha y estrecha
PROCESO TRADICIONAL DE SOPLADO
Creación de burbujas en el vidrio fundido
CENTRIFUGADO
Productos con forma de embudo (probetas de laboratorios, etc)
PROCESOS CONTINUOS (láminas de vidrio plano y tubos)
LAMINADO:
FLOTACIÓN:
ESTIRADO:
Proceso Fourcault
Proceso Colburn
PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE FIBRA
ROCÍO CENTRÍFUGO:
Aislamiento, fibra ´óptica, materiales compuestos,...
ESTIRADO DE FILAMENTOS CONTINUOS
TRATAMIENTOS POSTERIORES
TEMPLADO:
Incrementa la tenacidad
Al enfriarse la superficie se contrae y se endurece a compresión
El centro contrae y endurece a tracción
* El vidrio es más resistente a compresión que a tracción
PULIDO
RECOCIDO:
500ºC
Elimina tensiones residuales
Tiempo de enfriamiento = espesor (al cuadrado)
ESMERILADO:
Tratamiento superficial mediante ácidos o la proyección de un chorro de arena = terminación mate
Efecto traslúcido
FUSIÓN
Normalmente 1500-1600ºC, 24-48h
Partimos de arena + otros componentes (óxidos) + vidrio reciclado (que ayuda a fundir antes)
1) Materias primas y mezclado
MATERIAS PRIMAS
Determinan la calidad del producto final
PRODUCTOS QUÍMICOS:
Materias primas de síntesis
Carbonato de sodio, boratos, óxidos,...
Aditivos
MATERIALES RECICLADOS:
De origen propio o externo
Ahorro en materias primas
Ahorro en energía
Disminución de la contaminación
DE ORIGEN MINERAL:
Materias primas minerales
Arcillas, feldespatos, arenas cilíceas, cuarzo,...
Agua
Tamizado:
Clasificación granulométrica
Mezcla y humificación:
Depende de: escala; proporción de los componentes; Diferencia de densidad y granulometría
Al aumentar la cantidad de agua dificulta el mezclado
Necesario para posterior procesado
Triturado y molienda:
Terrones rocosos se trituran y muelen
Parámetros más importantes:
nivel de humedad y granulometría
TRITURADO
Trituradores de quijadas
Trituradores giratorios
Trituradores de rodillos
Molinos de martillos
MOLIENDA
Molino de bolas
Molino de rodillos
Molienda por impacto
Preparación materias primas en CERÁMICOS AVANZADOS:
Purificación y filtración
Control de la cantidad de humedad
La plasticidad no se consigue con agua, sino con otros ingredientes
Preparación de los polvos incluye métodos mecánicos y químicos
Partículas de polvo cerámico con
:star:Mayor homogeneidad
:star:Menor tamaño de partícula
:star:Mayor pureza