cerámicas y pulvimetalurgia. algunas cerámicas tradicionales…
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Cerámicas y pulvimetalurgia
Algunas cerámicas tradicionales…
Y algunas cerámicas avanzadas
Pastilla de UO2
Monocristales para sustratos y láseres
Fibras cerámicas
Ferritas
Piezas de alúmina
Piezas fabricadas por pulvimetalurgia
engranajes
partes de maquinas de coser
cojinetes autolubricados
piezas de un motor diesel
Al en polvo Hidruro de Ti
Bi1.8Pb0.4Sr2Ca2.2Cu3O10.5 Cu en polvo
Comenzamos con el material en polvo
Formas posibles para las partículas de polvo
¿Cómo pegamos las partículas de polvo entre si? Mediante el proceso de
Sinterizado por Reacción de estado
Sólido
Pasos para sinterizar una pieza:• Consolidamos la pieza verde
• Disminuimos la porosidad al pegar las partículas de polvo entre sí
• La pieza se achica (densifica)
• Se forman granos al unirse las partículas de polvo
¿Porqué sinterizan las partículas?
Para minimizar la energía superficial
¿Qué factores promueven el sinterizado?
• tamaño de partícula (mayor área superficial)
•temperatura (mayor difusión)
Etapas del sinterizado:
1- formación de cuellos
2- cambios en la geometría y encogimiento del compacto
3- poros aislados y eliminación de la porosidad
Evolución del sinterizado de esferitas de Cu (T 1000 ºC)
Alúmina (Al2O3) sinterizada
Parámetros de sinterizado
1- tamaño de partícula de partida
3- tiempo de sinterizado
4- temperatura de sinterizado
5- atmósfera del horno
2- velocidad de calentamiento
Métodos físicos de preparaión de polvos: Molienda gruesa
Molino de mandíbulas
Trituradora cónica
Molino de martillos
Molienda fina
Molino de bolas
(Ball mill)
Molienda mecánica
Molino de bolas tradicional
Molino de atrición
(Attritor mill)
Molino planetario
¡a = 95g!
Molino vibratorio:
rotura por vibración de alta frecuencia
Molino Jet
Posibles tamaños de partícula que se pueden lograr con los distinto molinos:
Molino de mandíbulas hasta 5 mm
Trituradora cónica hasta 5 mm
Molino de martillo hasta 0.1 mm
Molino vibratorio 1 a 50 m
Molino jet 0.5 a 50 m
Molino de bolas 0.5 a 10 m
Molino de atrición 0.1 a 5 m
Molino planetario < 0.1 m
Métodos químicos para preparación de polvos
Sol-gel
Spray pirolisis
Preparación de metales en polvo
Trituración de metal sólido
Precipitación
Descomposición térmica
Reducción de estado sólido
Electrólisis
Atomización
Partículas esféricas
Atomización con gas inerte
Atomización con aguaPartículas irregulares
Conformado
Mezclado de los polvos precursores con aditivos
•formadores de poros materiales porosos
•binder o ligante facilita prensado
•plastificantes y surfactantes tensión superficial
•dispersantes y antifloculantes barbotinas
•lubricantes reducen fricción
Conformado del cuerpo verde
PrensadoUniaxial
Proceso por el que se logra el compactado en frio
Prensado en caliente (Hot pressing)
Prensado isostático (wet bag)
P ~ 20 Mpa-1 GPa
Prensado isostático (dry bag)
Hot Isostatic Pressing: hiping
T ~ 2000ºC
P ~ 30-100 MPa
Extrusión
Extrusora
Extrusión de: (A) Varilla (B) Tubo
Extrusión de polvos
Para proteger al material de la oxidación
y del lubricante, por ejemplo Al en polvo
Moldeo por inyección (Injection molding)
Slip casting
Laminado de polvos por PIT (Powder In Tube)
Propiedades mecánicas de materiales porosos
Clasificamos las propiedades en tres categorías:
1) Independientes de la porosidad: T, parámetro de red, Tf
2) Dependientes de la cantidad de poros: , capacidad calorífica
3) Dependientes de la cantidad, morfología y distribución de poros: propiedades mecánicas, conductividad térmica
Falla de mayor tamaño Falla que produce la rotura
Propagación de grietas
Intergranular
Transgranular
NAl
Tomemos como ejemplo de material poroso una tiza. Al escribir en el pizarrón, 3 de cada 10 tizas se rompen si no la cortamos antes de escribir. O sea, la tiza tiene una probabilidad de falla Pf = 0.3.
Si tomamos una muestra con grietas del orden de 1 mm, la resistencia a la fractura en un ensayo de compresión nos da TS = 15 MPa. Esto no representa la tenacidad a la fractura del material en si y por ello hablamos de la probabilidad de que tenga esa tenacidad a la fractura.
Weibull desarrollo en 1939 una manera de tratar estos casos. Se define una probabilidad de supervivencia PS(V0) como la fracción de muestras idénticas de volumen V0 que sobreviven a un ensayo mecánico hasta una carga . En el caso de la tiza, PS(V0) = 1-Pf = 0.7.
Estadística de W eibull
Probabilidad de supervivencia:
Estadística de W eibull
Distribución acumulativa de Weibull: probabilidad de que la variable sea menor o igual a un determinado valor.
Significado del parámetro m
m grande material confiable
(cerámicas tenaces con m = 10-40)
m chico mucha dispersión
(cerámicas frágiles con m = 1-10)
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