U6 - Cerámicos

7/29/2019 U6 - Cerámicos

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Tecnología I

Cerámicos

1. Introducción

2. Cerámicos tradicionales y avanzados

3. Fases de producción

4. Procesado de Cerámicos

5. Prensado. Colado. Conformado Plástico. Técnicas Avanzadas.

6. Fabricación de vidrios

Cerámicos: definiciones

Primitivas

“El arte de moldear, modelar y cocinar la arcilla; el estudio dela 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 detransporte de masa”

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 y

templos, usando yeso calcinado como ligante. ≈ , , .

≈ S VII : China, dinastía Tang, porcelana.≈ S XVII : Europa, porcelana alta temperatura (mullita).≈ 1800 : primeras prótesis dentales.≈ 1820 : Portland – UK, patente invención cemento.

Cerámicos: evolución

1930 : fibra de vidrio, producción comercial.1940 : cinta magnética de grabación.

1942 : combustibles nucleares (UO2).1945 : capacitores, BaTiO3.1957 : diamantes industriales, BN y B4C estructurales.1960 : Si3N4.

.1982 : MC reforzados con fibras de Si.1985 : hidroxiapatita para implantes quirúrgicos.1990 : nanomateriales.

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 t rmicaResistencia a altas temperaturas

Comportamientos y propiedades

1.- mecánico 2.- termoquímico3.- conductividad térmica 4.- eléctrico5.- magnético 6.- electromagnético

Cerámicos: tradicionales

y avanzados

Tradicionales CERAMICOS Avanzados

Normal ESTRUCTURA CRISTALINA Nueva10%-50% DENSIDAD > 98%

DEFECTOS

micrones15/80 MPa TENSION DE FLUENCIA 200/1500 MPa

CONTROL DE PROPIEDADES

DISEÑO

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 vacíosc) Mezcla de 3 medidas → 23 % de vacíos

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,

• Vidrios

• Esmaltes

• Materiales refractarios

• Cemento, Cal

Cerámica roja: ladrillos

Cerámica roja: tejas

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 el, ,

conforman una capa vítrea.

Aplicación: pintado, chorreado, inmersión, 'spray'.

Aplicaciones en seco: menos usuales, diseño especial; rociadode partículas secas sobre una superficie engomada, luegocalcinado.

Cerámicos esmaltados

Azulejos

Mosaicos

Cemento

Arcillas molidas a polvo fino, con agua toman adhesión.

Secado y fraguado, soporta altas cargas de compresión.

Grandes obras: ductos, murallones

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

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 →re araciones ista de aterriza es uentes de emer encia.

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.

Cemento: consumo mundial

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 kg

cemento blanco Negro Rojo AmarilloGr x 10 kg

cemento blanco Negro Rojo Amarillo

Gris claro 80 Amarillo

200c aro

Grisoscuro

100 Amarillooscuro

Negro 1500 Beige 50 400

Rojo 900 Naranja 250 400

Marrónclaro 400 800 Salmón 80 400

Marrón

oscuro700 200 200 Rosa 50 50

Terracota 700 400 200 Verde 240 700

Gramos de pigmento cada 10 kg cemento blanco

Hormigón coloreado

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

Vidrios: aplicaciones

• Vidrios planosArquitectura: ventanas, puertas, artefactos de luz, paneles.Automotriz: parabrisas y ventanas para autos y camiones.No translúcidos: mamparas para baños, vidrios polarizados.

• ContenedoresBotellas: transparentes y coloreados (verdes y ambar).Contenedores de productos alimenticios: frascos.

so armac u co: u os e ensayos, er enmeyers, mor eros.

Uso doméstico: platos, fuentes, vasos, copas, etc.

• Fibras de vidrioLanas de vidrio: aislantes térmicos, filtros.

Material de refuerzo: segundas fases enresinas/elastómeros.

• Vidrios especiales

Decorativos, uso oftálmico, tubos de rayos catódicos (T.V.),ópticas en industria automotriz.

Vidrios: composiciones químicas

• Soda-lima: 70-75%SiO2,12-16%Na2O,10-15%CaOLos mas antiguos, de bajo costo, fáciles de conformar

• Borosilicatos: 70-80%SiO2,4-8%Na2O,2-7%Al2O3,7-13%B2O3

Muy versátiles, aptos ataque químico, calor, shock térmicoVidrios de laboratorio lám aras incandecentes telesco ía etc.

• Cuarzo: 96-100%SiO2Para altas temperaturas y shock térmico: vainas termocuplas,

objetos de suma precisión.

• Aluminosilicatos: 52-58 %SiO2,15-25%Al2O3, 4-18 %CaOSimilares a los anteriores, pero de costo no tan altos: tubos

de medición de gases, termómetros altas temperaturas, vajillade alta temperatura (Pirex).

Vidrios - Reciclado

Vidrios – Reciclado natural

Playas de cristalCercanas a basurales y/o

envasadoras

Playa del Bigaral

Gozón, Asturias

Cerámicos avanzados

Fases de producción piezas cerámicas

1º.- ExtracciónExplotación a cielo abierto, maduración

2º.- Preparación mecánicaAlimentadores, dosificadores, tritura, molienda yhumectado

3º.- Conformado (pieza en verde)4º.- SecadoEvaporación del H2O (100°C-130°C), sin cambios en

propiedades físicas y tecnológicas

5º.- SinterizadoDesde 500°C hasta 1300°, ↑ PM, ↓↓↓ maquinabilidad, con y

sin contracción

Sinterizado

Sinterizado: Al2O3

Alúmina en verde

Alúmina sinterizada

Sinterizado

Hornos móviles Hornos tipo “túnel”

Sinterizado

Fases de producción: costos en %

Técnicas conformado antiguas

Técnicas de conformado

Prensado uniaxial

Prensado

uniaxial

Prensado uniaxial en caliente - HP

Hot Pressing

Prensado en caliente

Aisladores NB – Nitruro de Boro

Turbos para motores de

combustión interna.

Prensado isoestático - IP

Prensado isoestático en caliente - HIP

Colado de suspensiones – Slip casting

C l d d i Sli i

C l d d i Sli ti

Aspectos a considerar:1. Constancia de las propiedades; 2. Viscosidad; 3. Ausencia deburbujas de aire; 4. Velocidad de llenado y secado; 5. Contracción6. Resistencia

C l d d i Sli ti

Colado de suspensiones Slip casting

Eliminación de rebabas y alimentadores

Molde cerrado⇒

Asistencia con baja presión

Producciones seriadas⇒

“n” moldes

Simple construcción moldes de yesoAmplia posibilidad de diseños

Ejercito de Terracota - Xi’an / China– 210 AC

6.000 Soldados

500 Caballos

140 Carros

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)

Propiedades del hormigón

1. Resistencia2. Durabilidad3. Asentamiento – Colabilidad

Aditivos

1. Reductores de agua

2. Retardadores fraguado temprano3. Acelerante de fraguado tardío4. Expansores de aire (espumados)

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 plantavs.

Hormigón elaborado en obra

Placas de cemento premoldeadas

Encofrado en bloques dehormigón premoldeados

Encofrado tradicional conplacas de madera

Cemento Salamone

1897 Si ili

1897 Sicilia

† 1959 Buenos Aires

MMO Otto Krause

1917 Arq e Ing UNC

1919 medallas

Córdoba y La Plata → obras

privadas y empresa pavimentación.

1936-1940 → 60 Obras !!!!!!!! en Provincia Buenos Aires

durante gobierno súper conservador de Manuel Fresco.

n y arce ona.

Cemento Salamone

Azul – Plaza San Martín

Cemento Salamone

Tornquist- Municipalidad

Cemento Salamone

Azul - Cementerio

Cemento Salamone

Saldungaray

Cementerio

Cemento Salamone

BalcarceCementerio

Hormigón blanco

Problemas de uniformidad en el color, porcemento, agregados y limpieza entre mezclas

Hormigón blanco

Estadio Único de La Plata

Puente de la MujerSantiago Calatrava

Puerto Madero

Conformado plástico: extrusión directa e indirecta

Conformado plástico: extrusión

Costo vs. Número de piezas

Tape forming

Paper forming

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 recocido

Elimina tensiones internas y mejora PM

Enfriamiento progresivo → Shock térmico

Vidrios planos por fusión + laminado

Vidrios planos por fusión + flotado

Fabricación vidrios terminados

Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta

Soplo Soplo → frascos y botellas de boca angosta

a. La vela se deposita en la matriz para formar la coronab. Se sopla el vidrio, con aire a presión, forzándolo a llenar el

molde.c. Se alimenta la parte baja del molde con aire a presión,ara formar un hueco con la corona a terminada. En este

proceso, vela → parisón.

d. Se toma el parisón del cuello y selo coloca en el molde final, formán-dose el cuerpo del envase; en estemomento el vidrio aún muestra uncolor rojo. Se inyecta aire por la co-rona o boca, inflándolo hasta que elenvase toma su forma final.

Soplo-Soplo → frascos y botellas de boca angosta

Soplo Soplo frascos y botellas de boca angosta

Prensa-soplo → envases de boca ancha

e sa sop o 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.

Prensa → piezas de todo tipo: platos, vasos, etc.

p p p , ,

a. Vela en el molde.b. Accionamiento punzón para deformar.

c. Sistema desmoldante y minimizado líneas partición.

Vidrios terminados

Venecitas

Vidrios reciclados

The Strokes

Hard to explain

Shiro Kuramata

(1976)

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