Materiales Cerámicos - Instituto Tecnológico de Morelia

1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura : Materiales Cerámicos
Carrera : Ingeniería en Materiales
Clave de la asignatura : MAJ-1015
SATCA1 4-2-6
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la capacidad para explicar
fenómenos involucrados en el procesamiento de materiales cerámicos, estudiando la
estructura y microestructura para explicar las propiedades de los materiales y poder
establecer las condiciones óptimas de procesamiento.
Para integrarla se ha hecho un análisis del campo de los materiales, identificando los temas
de la estructura cristalina, materias primas, procesos de elaboración y propiedades
mecánicas; las cuales forman parte importante en la formación del ingeniero.
Esta asignatura esta directamente vinculada con otras materias tales como materiales
avanzados y materiales compuestos. El contenido de esta asignatura se aplica en el
estudio de la caracterización, procesamiento y propiedades de los materiales cerámicos.
Intención didáctica.
Se organiza el temario, en siete unidades, agrupando los contenidos conceptuales de la
asignatura en las dos primeras unidades; las siguientes tres asignaturas contemplan el
procesamiento de los diferentes materiales cerámicos, incluyendo a los vidrios y
refractarios; la sexta unidad aborda el tema de las propiedades de los productos. Por último
se incluye la séptima unidad donde se estudian los cerámicos avanzados donde se aplican
los conceptos abordados en las seis asignaturas anteriores.
El enfoque sugerido para la asignatura, requiere de relacionar y utilizar los conceptos en
problemas reales, por tal motivo es necesario realizar actividades prácticas que promuevan
el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y
control de variables y datos relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo;
asimismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis
con la intención de generar una actividad intelectual compleja; por esta razón varias de las
actividades prácticas se han descrito como actividades previas al tratamiento teórico de los
temas, de manera que no sean una mera corroboración de lo visto previamente en clase,
sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo observado.
En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque sólo guiar a
sus alumnos para que aprendan a analizar y planificar, que el profesor realice todo por ellos,
sino involucrarlos en el proceso de análisis y planeación para poder llevar a cabo una
experimentación.
1
Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
En el transcurso de las actividades programadas es importante que el estudiante aprenda a
valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su futuro y en
consecuencia actúe de una manera profesional.
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
ƒ Entender y conocer los fundamentos
y las técnicas de procesamiento de
los materiales cerámicos, sus
propiedades y aplicaciones así como
el impacto ambiental.
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales
• Conocimientos
básicos
de
la
carrera.
• Habilidad para buscar y analizar
•
•
•
•
•
•
información proveniente de fuentes
diversas
Capacidad de organizar y planificar.
Capacidad de análisis y síntesis.
Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
Comunicación oral y escrita.
Toma de decisiones.
Solución de problemas.
Competencias interpersonales
• Habilidades interpersonales.
• Capacidad crítica y autocrítica.
• Trabajo en equipo.
Competencias sistémicas
• Capacidad
•
•
•
•
•
de
aplicar
los
conocimientos en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad).
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Búsqueda del logro.
4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
Participantes
elaboración o revisión
Representantes de los Institutos
Tecnológicos de:
Instituto Tecnológico de Superior de Calkiní, Chihuahua,
Estudios Superiores de Superior de Irapuato, Morelia,
Ecatepec del 9 al 13 de Saltillo, Superior de Tlaxco y
Zacatecas.
noviembre de 2009.
Desarrollo de Programas
en
Competencias
Profesionales por los
Institutos Tecnológicos
del 16 de noviembre de
2009 al 26 de mayo de
2010.
Academias de Ingeniería en
Materiales de los Institutos
Tecnológicos de:
Chihuahua,
Saltillo,
Morelia,
Zacatecas, Irapuato, Calkiní y
Tlaxco
Representantes de los Institutos
Tecnológicos de:
Instituto Tecnológico de Superior de Calkiní, Chihuahua,
Zacatecas del 12 al 16 Superior de Irapuato, Morelia,
Saltillo, Superior de Tlaxco y
de abril de 2010.
Zacatecas.
Evento
Reunión
Nacional
de
Diseño
e
Innovación
Curricular
para
el
Desarrollo y Formación de
Competencias
Profesionales
de
la
Carrera de Ingeniería en
Materiales.
Elaboración del programa
de estudio propuesto en la
Reunión
Nacional
de
Diseño Curricular de la
Carrera de Ingeniería en
Materiales.
Reunión
Nacional
Consolidación
de
Programas
Competencias
Profesionales
de
Carrera de Ingeniería
Materiales.
de
los
en
la
en
5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Entender y conocer los fundamentos y las técnicas de procesamiento de los materiales
cerámicos, sus propiedades y aplicaciones así como el impacto ambiental
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Identificar e interpretar las estructuras químicas y cristalinas
Reconocer Propiedades físicas y mecánicas de los materiales
Aplicar principios de reducción de tamaño
Identificar e interpretar diagramas de equilibrio
Interpretar los diagramas de fase
Utilizar e interpretar las herramientas
para la caracterización estructural y
microestructural
Asociar los conceptos adquiridos y relacionar con las propiedades del material en
función de la microestructura y procesamiento.
Identificar, los parámetros de procesamiento para la optimización del proceso.
Reconocer propiedades reológicas
Diseñar estructuras
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
7.- TEMARIO
Unidad
1
Temas
Estructura cristalina de
materiales cerámicos
2
3
4
Materias primas
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
Materias primas
Caracterización de materias primas
Técnicas de análisis
Longitud, característica y factor de área y
volumen.
2.5. Propiedades
3.1.
Proceso de elaboración de
3.2.
cerámicos
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Proceso de elaboración de
Subtemas
Introducción a la Ingeniería cerámica
Generalidades de Cristaloquímica
Características de los cristales Iónicos
Reglas de Pauling.
Tipos de estructuras
Estructura de la Sílice
Los Minerales Arcillosos
Determinación de densidad teórica y factores
de empaquetamiento.
Extrusión
Vaciado de suspensiones
Prensado
Otros tipos de conformado
Sinterización de cerámicos
Productos cerámicos
4.1. Formación de vidrio
4.2. Tratamientos térmicos
vidrios y esmaltes
5
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
Conformado
Tipos de vidrio
Propiedades
Esmaltes y engobes
5.1.
Proceso de elaboración de
5.2.
cerámicos refractarios
5.3.
5.4.
Materias primas
Manufactura
Productos
Usos y aplicaciones
6
Propiedades
de
productos cerámicos
7
Cerámicos avanzados
los
6.1. Propiedades físicas
6.2. Propiedades químicas
6.3. Propiedades mecánicas
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
Materias Primas
Cerámicos Estructurales
Cerámicos Funcionales
Cerámicos con Propiedades Químicas
Cerámicos con Propiedades Ópticas
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
• Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas
fuentes.
• Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la
asignatura.
• Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los
estudiantes.
• Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la
aplicación de conocimientos y la solución de problemas.
• Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para
la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de de
variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo.
• Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos,
modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.
• Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica
• Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la
asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.
• Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así
como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable.
• Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional.
• Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para
desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.
• Aplicar la creatividad y el espíritu emprendedor para el desarrollo de productos y
procesos
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Exámenes escritos.
Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades.
Reportes de investigaciones.
Reportes de prácticas de laboratorio.
Portafolio de evidencias.
Ensayos de asistencia a seminarios o congresos.
10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Estructura Cristalina de Materiales Cerámicos
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje
Usar
los
principios
de
la •
cristaloquímica para identificar
cristales iónicos y estructuras •
cristalinas y calcular la densidad
teórica
y
el
factor
de
•
empaquetamiento.
•
•
Unidad 2: Materias primas
Competencia específica a desarrollar
Elaborar modelos para las diferentes
estructuras cristalinas.
Investigar los diferentes tipos de
estructuras cristalinas que presentan los
materiales cerámicos.
Investigar la relación entre los diferentes
conceptos de estructura, propiedades y
procesamiento.
Investigar los diferentes polimorfos que
presentan algunos materiales cerámicos.
Investigar los diferentes tipos de arcillas y
su aplicación en la industria
Actividades de Aprendizaje
Conocer la importancia de la •
caracterización adecuada de las
materias
primas
para
el
procesamiento
de
materiales •
cerámicos
•
•
Analizar por medio de microscopía óptica
la forma y tamaño de algunas materias
primas
Preparación de materias primas para la
elaboración de pastas cerámicas
Determinar el tamaño de partícula por
medio de tamices
Investigar la relación del tamaño de
partícula con las propiedades de los
materiales cerámicos
Unidad 3: Proceso de elaboración de cerámicos
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje
Conocer los diferentes métodos de •
elaboración
de
materiales •
Preparar suspensiones cerámicas
Investigar el efecto de la temperatura de
cerámicos y la importancia del
sinterizado.
sinterizado sobre la densidad de los
materiales cerámicos
Unidad 4: Proceso de elaboración de vidrio y esmaltes
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje
Conocer los diferentes procesos
para la elaboración de vidrios y
esmaltes e identificar los
diferentes tipos de vidrio.
•
•
Preparar vidrios con diferente composición
química
Analizar el efecto de la composición
química de los vidrios sobre la
propiedades
Unidad 5: Proceso de elaboración de cerámicos refractarios
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje
Entender los fundamentos para la
elaboración de cerámicos
refractarios y conocer las materias
primas utilizadas.
•
•
Elaborar cerámicos refractarios
Analizar las diferentes fases por medio de
difracción de rayos X
Unidad 6: Propiedades de los productos cerámicos
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje
Entender los fundamentos para la
evaluación de propiedades de los
materiales cerámicos.
•
•
Unidad 7: Cerámicos avanzados
Competencia específica a desarrollar
Conocer los diferentes materiales
avanzados, sus propiedades y los
diferentes procesos para su
elaboración.
Realizar ensayos mecánicos para evaluar
las propiedades de los materiales
cerámicos
Identificar las aplicaciones de los
diferentes materiales cerámicos.
Actividades de Aprendizaje
•
•
•
Analizar los diferentes sistemas de
cerámicos avanzados
Identificar las rutas de procesamiento de
los materiales cerámicos avanzados
Analizar el efecto de las diferentes fases
presentes en cerámicos avanzados
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Askeland, R. Donald y Phulé, Pradeep P. Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
Thomson, cuarta edición.
2. James F. Shackelford. Ciencia de Materiales para Ingenieros. Prentice–Hall,tercera
edición.
3. Fuentes, Luis y Reyes, Manuel. Mineralogía Analítica. Dirección de Extensión y
Difusión Cultural Textos Universitarios. Universidad Autónoma de Chihuahua 2002.
4. Groover, M. P. Fundamentos de Manufactura Moderna. Prentice – Hall.
5. Kingery, W. D. Introduction to Ceramics. USA: John Wiley & Sons, Inc.,1983.
6. Amorós, J. L., Barba, A. & Beltrán, B. Estructuras Cristalinas de los Silicatos y Óxidos
de las Materias Primas Cerámicas. España: Instituto de Tecnología Cerámica,
Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas, 1994.
7. Soltai, T & Stout, J. H. Mineralogy, Concepts and Principles. Mineapolis: Burgess
Publishing Company, 1984.
8. Vlack, Van L. Propiedades de los Materiales Cerámicos. Brasil: Blucher Ltda. &
Editora da Universidade de São Paulo, 1973.
9. Reed, J. S. Introduction to the Principles of Ceramic Processing. USA: John Wiley &
Sons, 1988.
10. Singer F. Enciclopedia de la Química Industrial. España: URMO, 1971.
11. Chiang, Y. M, Birnie, D. P. & Kingery, W. D. Physical Ceramics, Principles for
Ceramics Science and Engineering. USA: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
12. Rahaman, M. N. Ceramic Processing. USA: Taylor & Fracis Group, 2007.
13. Mangonon, P. L. Ciencia de Materiales, Selección y Diseño. México: Prentice– Hall,
2001.
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Construir prototipos de las celdas unitarias de modelos de materiales cerámicos
conocidos
Caracterizar estructuras cerámicas (distribución granulométrica, forma de grano, área
superficial, densidad, etc.)
Fabricar prototipos de cuerpos de loza y grees incluyendo caracterización, cocción y
decorado.
Fabricar productos de vidrios de sosa cal, bórax y otros materiales.
Fabricar un refractario a partir de arcillas silico-aluminosas y medir su resistencia
mecánica.
Determinar propiedades mecánicas, físicas o químicas de diversos productos
cerámicos.