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.

a)Cerámicas tradicionales : 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 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. 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.