Elaboración de cerámicas

ELABORACION DE CERAMICAS.
POR: ALEJANDRO R C
MATERIALES INORGANICOS
CERÁMICAS
Introducción
Las cerámicas son compuestos inorgánicos y no metálicos de :
carbono, oxigeno, nitrógeno, boro y silicio, unidos de forma
iónica
RECORDANDO :En una unión de dos átomos por enlace
iónico, un electron abandona el átomo menos electronegativo
y pasa a formar parte de la nube electrónica del más
electronegativo.
Clasificación:
a)Cerámicas tradicionales :
Son las que proceden y se elaboran de arcilla o minerales no
arcillosos.
Los productos cerámicos tradicionales son : refractarios,
cementos, cerámicas blancas, esmalte en porcelana y
productos estructurales de arcilla.
b)Cerámicas avanzadas :
También conocidas como cerámicas técnicas o de
ingeniería.
En consecuencia, presentan mejores propiedades
mecánicas, resistencia a la corrosión/oxidación o
propiedades eléctricas, ópticas y magnéticas que
las cerámicas tradicionales.
Son de carburos, nitruros,boruros y silicio de
origen principalmente sintético.
Elaboración de cerámicas
Para crear piezas o formas de cerámica se induce las
partículas a unirse con otras. El proceso se denomina
sinterización o metalurgia de polvos, si están disponibles
como tales. P. Ejemplo: si se desea producir mulita a partir de
alumina y sílice, se deben mezclar aproximadamente 3 pesos
moleculares de alumina con 2 pesos moleculares de sílice.
PROCEDIMIENTO: las materias primas para la manufactura
de ceramicas deben estar en forma de polvo antes de
prepararlas para la mezcla.
Las materiales primas comunes son silice,arcilla y materiales
refractarios.
El silice se obtiene en depositos de cuarcias o de arenas de
cuarzo puro. Los materiales mas comunes son el caolin
(Al2O3, 2SiO2, 2H2O) y talco (3MgO, 4SiO2, H2O)
Las arcillas se utilizan en la composicion de ceramicas
tradicionales por que permiten que la ceramica sea plastica
cuando se mezcla con agua.
Los materiales refractarios son oxidos, carburos, nitruros y
otros materiales que soportan altas temperaturas.
Para las ceramicas avanzadas normalmente las materias
primas son polvos de alta pureza preparados por medios
quimicos.los polvos para ceramicas avanzadas son: oxido de
aluminio y zirconio, nitruro de silicio y aluminio asi como
carburo de silicio.
CONFORMADO DE MATERIALES CERAMICOS.
1. Vaciado de borbotina. Consiste en verter una
suspensión liquida de poca viscosidad al interior de
un molde de yeso que extrae el agua de la suspension
que esta en contacto con la pared del molde.
2. VACIADO DE CINTA:
Se vierten las suspenciones de ceramica que contienen
cantidades considerables de aglutinante y de plastificante
para formar capas delgadas ya sea, sobre una placa de
vidrio o en una pelicula de polimero impermeable, y se
dejan secar. Este proceso produce cintas de ceramica
flexibles y finas. Se utiliza extensamente para la
produccion de sustratos ceramicos en la industria
electronica.
3.En la extrusion la masa de ceramica plastica y firme es
obligada a pasar a traves de una matriz rigida para producir
una columna de seccion uniforme
4. El moldeo por inyeccion :
consiste en calentar una mezcla granular de ceramica
hasta que se torna plastica (blanda) para despues
obligarla a entrar en la cavidad de un molde donde se
enfria y solidifiza de nuevo para producir una pieza de
ceramica con la forma deseada
Secado
Para elaborar ceramicas y refractarios estructurales, la
forma ceramica o polvo compactado “crudo” se
calienta para secar la ceramica, realizar cambios en la
estructura de los minerales y densificar la masa.
Como ejemplo de algunos defectos que el
calentamiento produce, la tabla 14.3 muestra los
cambios que las piezas a base de arcilla experimentan
cuando se calientan.
Formado y acabado de superficies.
A los objetos o piezas de ceramicas cocidas y sinterizadas se
les da un acabado antes de utilizarlas con el proposito de
satisfacer los requisitos de forma, tamaño, acabado o
superficie y calidad.
Por ejemplo: al acabado de los ladrillos consiste en cepillarlos
al sacarlos del horno, en tanto que los alabes de turbina
requieren un maquinado extenso que puede costar tanto o mas
que todas las etapas de elaboracion anterior.
El maquinado es el metodo mas comun de formar la
pieza. Los metodos de maquinado que utilizan abrasivos
se conocen como metodos de maquinado abrasivo y en
caso contrario metodos de maquinado no abrasivo
metodos de maquinado abrasivo : esmerilado,
pulimentado, rectificado, bruñido.
Pulimentado: se realiza abaja presion y escasa velocidad
para conseguir precision geometrica o consegir un ajuste
preciso entre superficies hermanadas.
Rectificado: se reserva para superficies internas de
piezas cilindricas o esfericas.
Bruñido : se emplea para mejorar el acabado de
superficies y emplea abrasivos finos sueltos de dureza
previamente seleccionada
Maquinado no abrasivo
Algunos metodos son los siguientes :
maquinado con rayo laser :consiste en la evaporacion del
material por efecto de un rayo laser intenso
Maquinado con descargas electricas : utiliza descargas
electricas y requiere 3 componentes a saber 2 electrodos y
un medio dielectrico que fluye entre los 2 electrodos.
PROPIEDADES DE LAS CERAMICAS ESTRUCTURALES.
Resulta evidente que los materiales ceramicos contienen cierta
porcion de porosidad o vacios. La cantidad, el tamaño la
distribucion y la continuidad de estos vacios afectan el
comportamiento mecanico de la pieza o componentes
ceramicos.
1) Porosidad o contenido de huecos: se determina pesando
primero la ceramica seca(Pc), despues suspendida en agua(Ps)
y finalmente despues de sacarla del agua cuando sus poros
estan llenos de liquido(Pa). Empleando unidades en gramos y
centimetros cubicos. Tenemos
Porosidad = [(Pa-Pc) / (Pa-Ps)] *100
RESISTENCIA A LA TENSION
Los materiales ceramicos son fragiles debido a que en sus enlaces
predomina el carecter covalente e ionico. Como tales no son muy
ductiles y , en un ensayo de tension, casi siempre se observa una
curva de esfuerzo-deformacion lineal hasta la fractura
RESISTENCIA A LA COMPRESION
Tradiconalmente las ceramicas se han utilizado mas en condiciones de
compresion porque su resistencia a la compresion es al menos varias
veces mayor que su resistencia a la tension.
Esto debido a que : en condiciones de compresion las superficies de
las grietas o las porosidades tienden a fusionarse en vez de abrirse, por
lo tanto la resistencia a la compresion no depende del tamaño de la
grieta
Se afirma que la resistencia a la compresion es aproximadamente 15
veces mayor a la resistencia a la tension.
MODULO DE ELASTICIDAD
El comportamiento de flexion de un material depende del modulo
de elasticidad.
En las ceramicas la porosidad reduce su capacidad para resistir a
la deformacion por efecto de una carga por que el modulo efectivo
del material disminuye con la porosidad.
Algunos valores del modulo de elasticidad de YOUNG se
observan en la tabla siguiente.