Los Abrasivos

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Los abrasivosRecopilacin y compaginacin: Gerardo Hesse

1. Introduccin - Qu tipo de materiales son los abrasivos?Cuando hablamos pensamos en el trmino cermicos, inmediatamente, lo asociamos a las artesanas, a la vajilla y a la porcelana. Sin embargo, dentro de los materiales de ingeniera las cermicas o fases cermicas abarcan una amplia variedad de sustancias. Para mencionar algunas: vidrio, ladrillos, piedra, concreto, porcelana esmaltada, materiales magnticos no metlicos, refractarios y entre muchos otros los abrasivos. Todos estos materiales tienen un rasgo caracterstico comn. Son compuestos de metales y no metales.

Fuente: http://www.kcabrasive.com/ Vale decir, entonces, que la clasificacin como material cermico es amplia, a punto tal que se incluyen no solamente los xidos y silicatos, sino tambin todos los materiales inorgnicos no metlicos como los carburos duros y grafitos. La gran mayora de los minerales cermicos, pensndolos como fases, al igual que los metales, tienen estructuras cristalinas. En estas estn presentes elementos metlicos y no metlicos con enlaces covalentes inicos. Haciendo un poco de memoria sobre las clases de Qumica, esto significa que son estructuras que no tienen muchos electrones libres. Los electrones estn compartidos covalentemente entre tomos adyacentes bien son transferidos de un tomo a otro para dar un enlace inico. Estos tipos de enlaces son los que dan a los materiales cermicos una alta estabilidad. Como clase, la temperatura de fusin en promedio, es ms alta que la de los materiales metlicos u orgnicos. Son ms resistentes a la alteracin qumica. En general son malos conductores tanto elctricos como trmicos.

Las estructuras cristalinas son bastante complejas; lo cual sumado a la mayor resistencia de sus enlaces qumicos, hacen lentas a las reacciones qumicas cermicas. De aquellos compuestos que nos interesan, como el Si C (carburo de silicio), las estructuras y propiedades se encuentran entre las de los materiales cermicos y de los metlicos. Como compuesto tienen elementos semimetlicos. Toda esta digresin nos debe llevar a tener presente los siguientes conceptos: Los abrasivos como el Si C (carburo de silicio), el Al2O3 (xido de aluminio corindn) son compuestos cermicos. Los materiales cermicos son compuestos de metales y no metales. Las propiedades de los materiales cermicos son producto de sus estructuras cristalinas. En general, estn caracterizados por sus elevadas resistencias al corte, con lo cual no son dctiles. Por ende, tienen: Altas durezas y resistencias a la compresin. Alta sensibilidad a las fisuras. Baja resistencias a la fractura. La dureza y la resistencia son importantes en algunos casos. Para evaluar la dureza, actualmente se utilizan ensayos de microdureza. Para los cermicos, la dureza volveremos sobre este concepto se puede definir como la resistencia a la accin de ser rayado. Este concepto fue sobre el que se cre la escala de Mohs. Mtodo de rasguo de dureza Mohs Bsicamente, se seleccionan (10) diez minerales que van desde el diamante con valor (10) diez, hasta el talco con valor (1) uno. Los valores se escogen con base en una muestra de un nmero ms alto que pudiera rayar a uno con un nmero menor. Es decir, el ms alto raya al ms bajo. En este punto, ya alguien deber estar cayendo en la cuenta del por qu aplicamos abrasivos (materiales cermicos) para tallar un vidrio (otro material cermico). Adems, si observamos la escala de dureza, detengamos nuestra atencin en la ubicacin del carburo de silicio, el corindn y el vidrio. Al vidrio lo desbastamos con el carburo de silicio. Afinamos nuestro trabajo con el corindn y, finalmente, pulimos con xido de cerio.

2. Materiales abrasivos

Ya hemos clasificado a los abrasivos como materiales cermicos. Tambin hemos dicho, que hay materiales, de este tipo, que presentan una gran dureza, lo cual los hace muy tiles para ser usados como tales. Estos servirn para cortar, afilar y pulir, siempre, a otros materiales menos duros. En nuestros trabajos pticos, tambin en forma industrial, la almina fundida y el carburo de silicio son los ms utilizados. Qu se debe esperar para el trabajo de las partculas abrasivas?. Pues que sean duras y que presenten extremos cortantes afilados. As se comportan los granos de polvos abrasivos que vertemos en cada mojada. Definicin de Abrasivos: Los abrasivos son todos los materiales, productos qumicos o naturales, cuya dureza es mayor que la del objeto a rayar. Pueden ser en polvo, lquidos, mixtos, aglutinados con materiales de resinas sintticas, aleaciones metlicas y/o montados en soportes flexibles, rgidos, oscilantes y/o giratorios. Pueden ser producidos para allanar, alisar, pulir mrmol, piedra, granito, cermica, vidrio, madera, acero y materiales varios que precisen un acabado de sus superficies. 2.1 Obtencin de los abrasivos: Proceso Bayer para la almina: Este proceso est basado en la reaccin reversible de hidrxido de aluminio con hidrxido de sodio. La almina en polvo representa, aproximadamente, un 15% de la totalidad del uso de aluminio en la industria. El material en bruto para la obtencin de la almina es la bauxita la cual es, bsicamente, alminas hidratadas (Al2O3 n H2O, donde n= 1,2,3) con algunas impurezas de hierro y silicio. Durante el proceso de purificacin, la bauxita almina mineral es reaccionada para producir una solucin para formar Na Al O2, al tiempo que las impurezas, por entonces solubles, son sedimentadas. Paralelamente, la solucin supersaturada de Na Al 02, es sedimentada con cristales intersticiales para iniciar la precipitacin de hidrxido de aluminio puro. Este se calcina a, aproximadamente, 1400C para obtener almina alfa Al2 O 3. El resultado es aglomerados de almina duros y de baja densidad. La desaglomeracin extensiva y la reduccin de tamaos de partculas a micro tamaos son los procesos finales mediante los cuales se obtienen los polvos para ser utilizados tal como los conocemos. El polvo de almina resultante es clasificado por el tamao de partculas y el contenido de impurezas de xido de sodio. Existe otro proceso, de menor refinacin. Donde tambin se parte de la bauxita.

Esta es triturada y calcinada, para luego fundirla con un pequeo porcentaje de carbono, hierro y de Mg O2. Las temperaturas de fusin son entre 1900C a 2000C en un horno elctrico pro unas 36 horas para luego ser enfriada por aproximadamente una semana. Finalmente, el lingote es fracturado y triturado. Proceso de Acheson para obtencin de carburo de silicio: Este proceso fue desarrollado all por el 1900 tal de lograr, en forma econmica, abrasivos cermicos. Los carburos y las arenas silceas son los materiales en bruto. Se prepara una mezcla conductiva y, mediante, con un arco elctrico se la enciende. La descarga sobre la fase gaseosa de la reaccin libera gas SiO, de forma tal que resultan cristales de Si C que son bastos y de pureza variable. Dependen de su localizacin durante la reaccin. Luego queda el proceso de refinacin de esos cristales tal de obtener el polvo de carburo de silicio. Esto se hace mediante procesos batch (fusiones por lotes) de acuerdo a la refinacin primaria, donde las condiciones de reaccin difieren, hasta la obtencin final de los finos microgrits y ultra finos. Comentario: Con esta somera descripcin de los procesos de obtencin, he querido demostrar la dificultad de obtener los materiales con los cuales luego trabajamos. Recuerden, en la introduccin hablamos de temperaturas de fusin ms altas que los metlicos orgnicos. Hablamos de alta estabilidad frente a las alteraciones qumicas. Es decir, que su obtencin requiere de una tecnologa muy particular. No en vano, su precio de venta es medianamente elevado. 3. Tamao de grano 3.1 Determinacin general Adems de la naturaleza qumica y cristalogrfica tambin es de suma importancia el tamao de grano , mejor dicho, de la distribucin de los tamaos de grano. Es lgico pensar que no se preparan polvos cuyos tamaos de grano tengan una misma forma y tamao. Por ejemplo, que sean esferas exactamente iguales. Por el contrario, cada polvo est constituido por granos, cuyos tamaos se extienden sobre una zona ms o menos amplia. Nos interesan los tamaos de grano comprendidos entre 0,1 y 100 . En general, para todos los mtodos de determinacin o indicacin de tamao de grano se admite para los mismos una forma aproximadamente esfrica, con lo cual es comn ver que se hable de dimetro equivalente. Para los polvos obtenidos mecnicamente, si los observamos al microscopio, tienen formas muy irregulares y angulosas. Recuerden, adems, que hemos hablado de granos con bordes afilados y duros.

De todos los mtodos para determinar el tamao de grano, el que resulta directo, aunque muy laborioso es el examen microscpico. Este determina el tamao real de los granos y del nmero de granos en una determinada magnitud. Pero, si imaginan una cantidad de polvo a nivel industrial, este mtodo resultara antieconmico y se emplea, siempre, como mtodo de control junto a otros. Los mtodos indirectos se basan, parcialmente, en la determinacin de la superficie total en un polvo (absorcin de sustancias colorantes velocidad de disolucin) y, en parte, en la velocidad de cada de los granos en el seno de un lquido o en un gas. Estos solventes, pueden estar en reposo o moverse en sentido opuesto a la direccin de cada (sedimentacin). Mientras la determinacin de la superficie total arroja un valor medio del tamao de grano, el anlisis por sedimentacin permite abarcar el total de la distribucin de tamaos de granos. A su vez, permite dividir al polvo en fracciones y, por su tamao, deducir la composicin de los mismos. Caractersticas de los granos abrasivos: Dureza: como ya hemos visto, se puede definir como la resistencia a la accin del rayado. Recordemos el concepto de escala de Mohs donde se comienza por el diamante, que raya a todos, hasta el talco, que puede ser rayado por todos. Tenacidad: es la capacidad de los granos abrasivos de absor