diapositivas - u6 - cerámicos
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Tecnología I
Cerámicos
1.
Introducción
2.
Cerámicos tradicionales y avanzados
3. Fases de producción4.
Procesado de Cerámicos
5.
Prensado. Colado. Conformado Plástico. Técnicas Avanzadas.
6.
Fabricación de vidrios
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Cerámicos: definiciones
Primitivas
“El arte de moldear, modelar y cocinar la arcilla; el estudio de
la alfarería como un arte”
Modernas
“Todo material inorgánico no metálico”
Avanzadas
“Materiales Policristalinos consolidados, basados encombinaciones de elementos de los grupos III-VI entre si y/ocon cualquier metal, y conformados con tecnologías de
transporte de masa”
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Cerámicos: evolución
≈
10000 AC: comunidades sedentarias neolíticas (Mesopotamia,
Japón, Europa oriental). Barro y arcilla sin calcinar.≈
6500 AC : arcilla quemada.
≈
4000 AC : productos comerciales; alfarería decorada.
≈ 2500 AC : Egipto, vidrios, gemas artificiales. Pirámides ytemplos, usando yeso calcinado como ligante.
≈206 AC : China, dinastía Qin, ejército de terracota.≈ S VII : China, dinastía Tang, porcelana.≈
S XVII : Europa, porcelana alta temperatura (mullita).
≈
1800 : primeras prótesis dentales.
≈
1820 : Portland – UK, patente invención cemento.
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Cerámicos: evolución
1930 : fibra de vidrio, producción comercial.1940 : cinta magnética de grabación.1942 : combustibles nucleares (UO
2
).
1945 : capacitores, BaTiO3
.
1957 : diamantes industriales, BN y B4
C estructurales.
1960 : Si3
N4.
1970 : fibras ópticas.1982 : MC reforzados con fibras de Si.1985 : hidroxiapatita para implantes quirúrgicos.1990 : nanomateriales.
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Cerámicos: ventajas y desventajas
Ventajas Desventajas
Dureza Fragilidad
Resistencia a la oxidación IrreproducibilidadResistencia a la corrosión Dificultad procesamiento
Baja densidad (2 –
4 gr/cm3) Muy baja maquinabilidad
Baja conductividad térmicaResistencia a altas temperaturas
Comportamientos y propiedades
1.-
mecánico
2.-
termoquímico
3.-
conductividad térmica
4.-
eléctrico
5.- magnético 6.- electromagnético
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Cerámicos: tradicionales
y avanzados
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Cerámicos: tradicionales
y avanzados
Tradicionales CERAMICOS Avanzados
Normal ESTRUCTURA CRISTALINA Nueva10%-50% DENSIDAD > 98%
mm DEFECTOS micrones15/80 MPa TENSION DE FLUENCIA 200/1500 MPa
CONTROL DE PROPIEDADES
DISEÑO
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Cerámicos: densidades
Densidad pieza cerámica en función del tamaño de partícula
y mezcla de distintas granulometríasa) Todas del mismo tamaño →
30 % de vacíos
b) Mezcla de 2 medidas →
26 % de vacíos
c) Mezcla de 3 medidas →
23 % de vacíos
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Cerámicos tradicionales
•
Cerámicas rojas: ladrillos, tejas, revestimientos, etc.
Productos de bajo valor agregado, solo para mercadosinternos. Artesanías.
•
Cerámicas blancas: Partículas grandes: sanitarios, lozas,
revestimientos, etc. Partículas chicas: porcelanas, vajillas,cerámica técnica, etc.
•
Vidrios
•
Esmaltes
•
Materiales refractarios
•
Cemento, Cal
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Cerámicos: tradicionales
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Cerámica roja: ladrillos
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Cerámica roja: tejas
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Cerámicos esmaltados
Capa vitrificada, continua y adherente.
Alta dureza, impermeabilidad total y facilidad para el limpiado.Acabado brillante o mate.
Suspensión de las partículas cerámicas en agua; se seca elagua, la pieza es calcinada, se funden las partículas yconforman una capa vítrea.
Aplicación: pintado, chorreado, inmersión, 'spray'.
Aplicaciones en seco: menos usuales, diseño especial; rociadode partículas secas sobre una superficie engomada, luegocalcinado.
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Cerámicos esmaltados
Azulejos
Mosaicos
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Cemento
Arcillas molidas a polvo fino, con agua toman adhesión.
Secado y fraguado, soporta altas cargas de compresión.
Grandes obras: ductos, murallones
Pequeñas obras: arquitectura, mobiliario.
Obtención del cemento
1º. Extracción y molienda gruesa, con molinos giratorios.
2º. Molienda fina, con molinos de bola o cilindros < a 25 mm3º. TT, en hornos rotatorios, 1-3 RPM, con T= 1400°C4º. Molienda fina final de 'Clinker', yeso 4-6 %, Ø
~ 40 μm
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Cemento: tipos (8)
I. Uso general, pavimentos, componente principal hormigón.
II. Fragua a bajas temperaturas y alta humedad: muelles,
escolleras y/o pilares para puentes.
III. Alta resistencia inicial: rápida entrada en servicio →reparaciones pista de aterrizajes, puentes de emergencia.
IV. Similar al tipo II, para grandes estructuras: diques,represas, centrales.
V. Resistentes frente a sulfatos: medios de alto S.
IA, IIA, IIIA. Similares a anteriores, con aireadores,disminuyendo, por burbujas, la densidad del material.
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Cemento: consumo mundial
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Cemento: colorantes
Pigmentos sólidos →
rendimiento (f) granulometría y mezclado.
% de mezcla por peso y no por volumen.Ensayos previos para ajustar colores.
Cementos: gris ↓↓ y blanco ↑↑.Oxidos de hierro: rojo, amarillo y negro ⇒ ↑ 25 colores.
Gr x 10 kgcemento blanco Negro Rojo Amarillo Gr x 10 kg
cemento blanco Negro Rojo Amarillo
Gris claro 80Amarilloclaro
200
Grisoscuro
100Amarillooscuro
1000
Negro 1500 Beige 50 400Rojo 900 Naranja 250 400
Marrónclaro
400 800 Salmón 80 400
Marrónoscuro 700 200 200 Rosa 50 50
Terracota 700 400 200 Verde 240 700
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Cemento Salamone
Balcarce
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Cemento Salamone
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Cemento Salamone
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Cemento Salamone
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Vidrios
Transparentes, resistentes oxidación/corrosión, alta rigidez,dureza a Tamb., deformables a altas temperaturas.
Densidad: 2,5 gr/cm3 – Vidrios multilaminados.Totalmente impermeables.
Reciclabilidad del 100%Desventajas
Alto costo: producción, distribución y recuperación.Seguridad: riesgos de rotura
Rayado superficial; luego, nula degradabilidad
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Vidrios: aplicaciones•
Vidrios planos
Arquitectura: ventanas, puertas, artefactos de luz, paneles.Automotriz: parabrisas y ventanas para autos y camiones.No translúcidos: mamparas para baños, vidrios polarizados.
•
Contenedores
Botellas: transparentes y coloreados (verdes y ambar).Contenedores de productos alimenticios: frascos.Uso farmacéutico: tubos de ensayos, erlenmeyers, morteros.Uso doméstico: platos, fuentes, vasos, copas, etc.
•
Fibras de vidrio
Lanas de vidrio: aislantes térmicos, filtros.Material de refuerzo: segundas fases en
resinas/elastómeros.
• Vidrios especialesDecorativos, uso oftálmico, tubos de rayos catódicos (T.V.),ópticas en industria automotriz.
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Vidrios: composiciones químicas
•
Soda-lima: 70-75%SiO2
,12-16%Na2
O,10-15%CaO
Los mas antiguos, de bajo costo, fáciles de conformar
• Borosilicatos: 70-80%SiO2
,4-8%Na2
O,2-7%Al2
O3
,7-13%B2
O3
Muy versátiles, aptos ataque químico, calor, shock térmicoVidrios de laboratorio, lámparas incandecentes, telescopía, etc.
•
Cuarzo: 96-100%SiO2
Para altas temperaturas y shock térmico: vainas termocuplas,objetos de suma precisión.
•
Aluminosilicatos: 52-58 %SiO2
,15-25%Al2
O3
, 4-18 %CaO
Similares a los anteriores, pero de costo no tan altos: tubosde medición de gases, termómetros altas temperaturas, vajilla
de alta temperatura (Pirex).
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Vidrios -
Reciclado
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Cerámicos avanzados
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Cerámicos avanzados
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Cerámicos avanzados
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Fases de producción piezas cerámicas
1º.-
Extracción
Explotación a cielo abierto, maduración
2º.- Preparación mecánicaAlimentadores, dosificadores, tritura, molienda yhumectado
3º.- Conformado (pieza en verde)
4º.-
Secado
Evaporación del H2O (100°C-130°C), sin cambios en
propiedades físicas y tecnológicas
5º.-
Sinterizado
Desde 500°C hasta 1300°, ↑
PM, ↓↓↓
maquinabilidad, con y
sin contracción
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Sinterizado
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Sinterizado
Hornos eléctricos Estibado estratégico
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Sinterizado
Hornos móviles Hornos tipo “túnel”
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Sinterizado
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Sinterizado: Al2
O3
Alúmina en verde
Alúmina sinterizada
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Fases de producción: costos en %
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Técnicas conformado antiguas
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Técnicas de conformado
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Prensado uniaxial
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Prensado uniaxial
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Prensado
uniaxial
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Prensado isoestático
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Prensado isoestático
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Colado de suspensiones –
Slip casting
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Colado de suspensiones –
Slip casting
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Colado de suspensiones –
Slip casting
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Colado de suspensiones –
Slip casting
Aspectos a considerar:1. Constancia de las propiedades; 2. Viscosidad; 3. Ausencia deburbujas de aire; 4. Velocidad de llenado y secado; 5. Contracción6. Resistencia
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Colado de suspensiones –
Slip casting
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Colado de suspensiones –
Slip casting
Ejercito de TerracotaXi’an / China–
210 AC
6.000 Soldados500 Caballos140 Carros
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Hormigón colado por encofrado
Composición del hormigón
Cemento (10%-20%)
+Agregados: finos (arenas) y/o gruesos (piedras)
+
Agua (la menor cantidad posible)+Aditivos (hidrata y aglutina)
Agua: limpia, potable de pozo (no de red)
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Hormigón colado por encofrado
Propiedades del hormigón
1. Resistencia2. Durabilidad3. Asentamiento –
Colabilidad
4. Tiempo de fraguado
Aditivos
1. Reductores de agua2. Retardadores fraguado temprano3. Acelerante de fraguado tardío4. Expansores de aire (espumados)
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Hormigón colado por encofrado
Mezcla
Vmezcla:
12 –
18 RPM
70 a 100 revoluciones
Vagitado:2 –
4 RPM
Trompo siempre en movimiento
Tiempo de encofrado: 7 días mínimo,con agua superficial y T > 5ºC.
Hormigón elaborado en planta
vs.Hormigón elaborado en obra
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Hormigón colado por encofrado
Placas de cemento premoldeadas
Encofrado en bloques dehormigón premoldeados
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Encofrado tradicional conplacas de madera
Hormigón colado por encofrado
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Hormigón colado por encofrado
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Hormigón blanco
Problemas de uniformidad en elcolor, por cemento, agregados ylimpieza entre mezclas
Estadio Único de La Plata
Puente de la MujerSantiago Calatrava
Puerto Madero
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Hormigón coloreado
Negro Rojo Amarillo
Gris claro 80
Gris oscuro 100
Negro 1500
Rojo 900
Marrón claro 400 800
Marrón oscuro 700 200 200
Terracota 700 400 200
Amarillo claro 200
Amarillo oscuro 1000Beige 50 400
Naranja 250 400
Salmón 80 400
Rosa 50 50Verde 240 700
Gramos de pigmentoc/ 10 kg cemento blanco
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Conformado plástico: extrusión
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Costo vs. Número de piezas
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Tape forming
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Paper forming
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Fabricación vidrios
Vidrios: arenas + fundentes (piedra caliza)+ aditivos
Mezcla funde a 1.500ºC y aún en estado fluido y a ≈
900ºC,
es distribuido a los moldes.A este material es al que se lo denomina “vela”.
Posteriormente → horno de recocidoElimina tensiones internas y mejora PM
Enfriamiento progresivo → Shock térmico
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Vidrios planos por fusión + laminado
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Vidrios planos por fusión + flotado
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Fabricación vidrios terminados
Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta
a. La vela se deposita en la matriz para formar la corona
b. Se sopla el vidrio, con aire a presión, forzándolo a llenar elmolde.c. Se alimenta la parte baja del molde con aire a presión,para formar un hueco con la corona ya terminada.
En este
proceso, la vela pasa a llamarse parisón.d. Se toma el parisón del cuello y se lo coloca en el moldefinal, formándose el cuerpo del envase; en este momento elvidrio aún muestra un color rojo. Se inyecta aire por la
corona o boca, inflándolo hasta que el envase toma su formafinal.
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Fabricación vidrios terminados
Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta
ó
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Fabricación vidrios terminados
Prensa-soplo → envases de boca ancha
a. Vela en matriz para obtener una primera forma.b. Premoldeo con punzón: parisón.c. Parisón en molde, manteniéndose aún a temperatura.d. Soplado final.
ó
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Fabricación vidrios terminados
Prensa →
piezas de todo tipo: platos, vasos, etc.
a. Vela en el molde.b. Accionamiento punzón para deformar.c. Sistema desmoldante y minimizado líneas partición.
b ó d d
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Fabricación vidrios terminados
id i i d
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Vidrios terminados
V it
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Venecitas
Vid i i l d
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