clase 9a_los mat cerámicos_colaje

CONFORMADO

Colaje

Dr. Hernán Alvarado

Colaje de barbotina

Materiales de Construcción - UNT 2

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Colaje de barbotina (slip casting) – Drain

casting

Materiales de Construcción - UNT

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Colaje de barbotina (slip casting) – Drain

casting


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Características

En el colaje se consideran las siguientes características:

Una barbotina que se prepara con un polvo suspendido en un líquido adecuado. El tamaño de partícula oscila entre 1-10 m, aunque un pequeño porcentaje esté por debajo de 1 m y puede haber granos mayores de 100 m.

Adición de agentes defloculantes para formar una doble capa alrededor de cada partícula para estabilizar la suspensión y alcanzar la densidad máxima.

Aglomerantes, añadidos para dar consistencia a la pieza en verde y poder manipularla.

Mezclado y vertido sobre un molde poroso, en donde se absorbe buena parte del líquido provocando la consolidación del producto colado.

La pieza en verde se saca del molde, se seca y se somete a cocción.


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Características de la suspensión para colaje

Se requieren suspensiones que posean: - baja viscosidad - elevado potencial zeta (suf. alejado del PIE) - alto contenido de sólidos.

La estabilidad se alcanza cuando las fuerzas de repulsión entre partículas (debida a la doble capa) predomina sobre el efecto de atracción de las fuerzas de Van der Waals.

La estabilidad de una suspensión coloidal apta para el colaje se puede estudiar en función de dos parámetros: la viscosidad y el potencial zeta.


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Propiedades a controlarse para dar un

colaje satisfactorio

Viscosidad

Velocidad de sedimentación

Colaje de piezas huecas

Velocidad de colaje

Contracción

Velocidad de desprendimiento del molde

Consistencia

Ausencia de burbujas

Constancia de propiedades (reproducibilidad)


8 Materiales de Construcción - UNT

Composiciones de Colaje de Barbotina


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Mecánica del colaje de barbotina

La presión en la interfase yeso-colado es aproximadamente igual a la succión

de capilaridad del molde de yeso () y es aproximado por la expresión:

Donde: Sg es el área de superficie específica del yeso

es la tensión superficial del líquido interparticular

es el ángulo de contacto.

La presión de succión de capilaridad para el agua en yeso varia entre 0,03 MPa

y 1 MPa, dependiendo del tamaño de poro promedio en el molde de yeso.

El colaje en barbotina está limitado generalmente a la producción de artículos

de paredes delgadas (espesor máximo 1,5 cm) debido a las limitaciones de

velocidad de colado impuestas por las resistencias hidráulicas del colado y del

molde.


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Espesor de capa del colado ( ):

Donde: es la altura de la interfase aire-slip

es la altura de la interfase aire-slip al comienzo del colaje

es la profundidad de la interfase aire-filtrado en el molde

es la fracción en volumen de huecos (porosidad) en el molde

es el factor de balance de masa igual a:

(la cantidad de líquido transferido del slip

tiene que llenar los poros en el molde)

En esta última expresión:

c es la fracción en volumen de sólidos en el slip.

es la fracción en volumen de huecos en la capa de colado.


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Velocidad de crecimiento de la capa de

colado: Donde: es la viscosidad del filtrado

m es la resistencia hidráulica específica del molde

c es la resistencia hidráulica específica del colado.

Esta ecuación predice que la velocidad de colado puede ser incrementado por:

(i) la disminución de m y c (y del n)

(ii) el incremento de P, c, m y c.

La resistencia hidráulica específica (o permeabilidad recíproca) de un queque

es afectado fuertemente por el tamaño de partícula y la densidad de

empaquetamiento, como es mostrado por el modelo de Carman-Kozeny:

Donde: S es el área de superficie específica del polvo. En el caso de

partículas esféricas, S puede ser aproximado como 3c/r, donde r = radio de la

partícula.

(m-2) describe cuan rápido el líquido puede vaciarse a través de un medio

poroso con fracción de volumen de huecos


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La disminución de puede ser logrado a

través de: Un incremento del tamaño de partícula de la capa consolidada

de cerámica en verde (disminuyendo S).

Un incremento de la porosidad de la capa de cerámica en verde consolidada.

El efecto de del molde depende fuertemente del tamaño de partícula d de la cerámica que está siendo colada: - Para sistemas de arcilla d<0,5m, la resistencia de la capa colada es más grande que la del molde. - Para polvos cerámicos sintéticos tÍpicamente 1m < d < 5m, la resistencia del molde es usualmente más grande que la de la cerámica colada, hasta 5 veces más grande para una operación de colaje en barbotina típico.


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Un factor de balance de masa (n) bajo

puede ser logrado:

Maximisando el contenido de sólidos en la suspensión.

Incrementando las porosidades del molde y el colado.


Mecánica del colaje de barbotina

El proceso de colaje de barbotina involucra el flujo de líquido a

través de un medio poroso, que se describe por la ley de Darcy. En

una dimensión, la ley de Darcy puede ser escrita como:

Donde J es el flujo de líquido, K es la permeabilidad del medio poroso,

dp/dx es el gradiente de presión que causa que el flujo surja de la

presión de succión de capilaridad del molde. A medida que la

consolidación de las partículas avanzan, el filtrado (es decir, el líquido)

pasa a través de dos tipos de medios porosos: (1) la capa consolidada

y (2) el molde.


Ventajas y Desventajas del Colaje de

Barbotina:

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Ventajas:

Completa dispersión del polvo cerámico en un

líquido de, relativamente, baja viscosidad.

Posibilidad de obtener piezas de forma

compleja.

Costes relativamente bajos.

Desventajas:

Capacidad de producción baja.

Baja precisión dimensional.


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Colaje de barbotina: espesor de queque [R

eed, 1995:4

98]


18

Efectos de la presión, temperatura y

contenido de sólidos

[Reed, 1995:4

99]


19

Efecto del defloculante [R

eed, 1995:5

01]


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