PRACTICAS MASTER DISEÑO INDUSTRIAL APLICACIONES Y PROCESOS DE NUEVOS MATERIALES PRACTICA 4 MATERIALES CERAMICOS ALUMNO: Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos enlazados fundamentalmente por enlaces iónicos y / o covalentes. Su composición química varía desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases distintas. Debido a estas diferencias y a las diferencias entre los enlaces sus propiedades son diferentes, aunque de manera general podemos decir que los materiales cerámicos son duros y frágiles con baja ductilidad y tenacidad, los avances en materiales cerámicos consiguen los llamados materiales cerámicos tenaces, con una tenacidad muy superior a la de los materiales cerámicos tradicionales, aunque todavía tienen unos valores de tenacidad inferiores a la de los materiales metálicos. En general los materiales cerámicos se comportan como buenos aislantes térmicos y eléctricos ya que no tienen electrones libres como ocurre en el caso de los materiales metálicos. Tienen temperatura de fusión alta y tienen en general una buena estabilidad en contacto con medios agresivos debido a la estabilidad de sus enlaces. Las propiedades mencionadas los hacen indispensables en muchos diseños de ingeniería. PROCESAMIENTO DE CERAMICAS Los productos cerámicos más tradicionales y técnicos son manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que posteriormente se calientan a elevadas temperaturas para enlazar las partículas entre sí. Las etapas básicas en el procesado de cerámicas son: 1. preparación del material 2. moldeado o fundido 3. tratamiento térmico de secado (usualmente no es necesario) 4. horneado a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas Preparación de materiales La mayoría de productos se fabrican por aglomeración de partículas, las materias primas varían dependiendo de las propiedades que se requieran a la pieza cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como lubricantes y cimentadores se pueden mezclar en seco o en húmedo, en ocasiones se combinan ambos procesos. Técnicas de conformado Se pueden conformar mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o líquidas, predominan los procesos de conformado en frío en la industria cerámica, aunque también se utilizan frecuentemente procesos de modelado en caliente. Los procesos más utilizados son el prensado, el moldeo en barbotina y la extrusión. 1. prensado: la materia prima se puede prensar en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados 2. moldeo en barbotina: las figuras cerámicas se pueden realizar usando un proceso único llamado fundición por revestimiento, es un proceso útil cuando se requieren piezas de paredes delgadas, o piezas con paredes de espesor constante 3. extrusión: se pueden obtener por este procedimiento secciones transversales sencillas y formas huecas por extrusión de estos materiales en estado plástico a través de un troquel de embutir Tratamientos térmicos Es un paso esencial en la fabricación de la mayor parte de productos cerámicos, consideramos tres tipos de tratamientos térmicos: 1. secado y eliminación del aglutinante: se elimina el agua del cuerpo cerámico plástico antes de someterlo a altas temperaturas 2. sinterización: se consigue que pequeñas partículas de un material se mantengan unidas por difusión en estado sólido 3. vitrificación: la fase cristalina que contienen algunos productos cerámicos sirve como medio de reacción para que la difusión pueda tener lugar a menor temperatura que en el resto de los materiales sólidos cerámicos, durante la vitrificación la fase cristalina se licua y rellena los poros del material, al enfriar la fase líquida solidifica para formar una matriz vítrea que une las partículas que no han fundido EXPERIENCIA 1. PRENSADO DE MATERIALES CERÁMICOS OBJETIVO: conformar piezas cerámicas mediante prensado de material cerámico pulverizado EQUIPOS: matrices, prensa MATERIALES: alúmina PROCEDIMIENTO: RESULTADOS: se han obtenido piezas en verde en forma de disco de diámetro, prensadas a diferentes presiones CONCLUSIONES mm de EXPERIENCIA 2. SINTERIZADO OBJETIVO: observación de la microestructura de una porcelana tras un proceso de sinterizado a distintas temperaturas EQUIPOS: microscopio, cámara de video, pantalla TV MATERIALES: temperaturas probetas materialográficas de porcelana cocida a distintas RESULTADOS: CONCLUSIONES EXPERIENCIA 3. MOLDEO EN BARBOTINA OBJETIVO: conformar piezas cerámicas mediante moldeo en barbotina, con diferentes tiempos de permanencia en el molde MATERIALES: barbotina de porcelana, moldes de escayola de distintas formas Composición de la barbotina: PROCEDIMIENTO: colar en moldes de escayola la barbotina y controlar tiempo de permanencia, escurrir el sobrante y dejar secar a temperatura ambiente. Posteriormente cocer en horno a ºC RESULTADOS: CONCLUSIONES CUESTIONES PRÁCTICA 4 1. Ventajas e inconvenientes del moldeo de barbotina 2. Influencia de la temperatura de sinterizado en la porosidad de los materiales cerámicos 3. Ensayos mecánicos a realizar en materiales cerámicos 4. Diferencias entre materiales cerámicos avanzados y tradicionales 5. Diferencias en la densidad y las características mecánicas de una pieza cerámica en verde y tras el sinterizado 6. Enumerar las principales clases de materiales cerámicos.