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Cerámicas y pulvimetalurgia
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Algunas cerámicas tradicionales…
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Y algunas cerámicas avanzadas Monocristales para sustratos y láseres
Ferritas Pastilla de UO2 Piezas de alúmina Monocristales para sustratos y láseres Fibras cerámicas
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Piezas fabricadas por pulvimetalurgia
engranajes partes de maquinas de coser cojinetes autolubricados piezas de un motor diesel
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Comenzamos con el material en polvo
Hidruro de Ti Bi1.8Pb0.4Sr2Ca2.2Cu3O10.5 Cu en polvo
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Formas posibles para las partículas de polvo
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¿Cómo pegamos las partículas de polvo entre si
¿Cómo pegamos las partículas de polvo entre si? Mediante el proceso de Sinterizado por Reacción de estado Sólido
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Pasos para sinterizar una pieza:
¿Porqué sinterizan las partículas? Para minimizar la energía superficial ¿Qué factores promueven el sinterizado? tamaño de partícula (mayor área superficial) temperatura (mayor difusión) Pasos para sinterizar una pieza: Consolidamos la pieza verde Disminuimos la porosidad al pegar las partículas de polvo entre sí La pieza se achica (densifica) Se forman granos al unirse las partículas de polvo
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Etapas del sinterizado:
1- formación de cuellos 2- cambios en la geometría y encogimiento del compacto 3- poros aislados y eliminación de la porosidad
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Evolución del sinterizado de esferitas de Cu (T 1000 ºC)
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Alúmina (Al2O3) sinterizada
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Parámetros de sinterizado
1- tamaño de partícula de partida 2- velocidad de calentamiento 3- tiempo de sinterizado 4- temperatura de sinterizado 5- atmósfera del horno
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Métodos físicos de preparaión de polvos: Molienda gruesa
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Molino de mandíbulas
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Trituradora cónica
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Molino de martillos
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Molienda fina
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Molienda mecánica Molino de bolas (Ball mill)
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Molino de bolas tradicional
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Molino de atrición (Attritor mill)
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Molino planetario ¡a = 95g!
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Molino vibratorio: rotura por vibración de alta frecuencia
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Molino Jet
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Posibles tamaños de partícula que se pueden lograr con los distinto molinos:
Molino de mandíbulas hasta 5 mm Trituradora cónica hasta 5 mm Molino de martillo hasta 0.1 mm Molino vibratorio a 50 m Molino jet a 50 m Molino de bolas a 10 m Molino de atrición a 5 m Molino planetario < 0.1 m
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Métodos químicos para preparación de polvos
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Sol-gel
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Spray pirolisis
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Preparación de metales en polvo
Trituración de metal sólido Precipitación Descomposición térmica Reducción de estado sólido Electrólisis Atomización
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Atomización con gas inerte
Partículas esféricas Atomización con gas inerte
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Partículas irregulares
Atomización con agua
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Conformado
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Mezclado de los polvos precursores con aditivos
formadores de poros materiales porosos binder o ligante facilita prensado plastificantes y surfactantes tensión superficial dispersantes y antifloculantes barbotinas lubricantes reducen fricción
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Conformado del cuerpo verde
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Prensado Uniaxial
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Proceso por el que se logra el compactado en frio
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Prensado en caliente (Hot pressing)
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Prensado isostático (wet bag)
P ~ 20 Mpa-1 GPa
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Prensado isostático (dry bag)
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Hot Isostatic Pressing: hiping
T ~ 2000ºC P ~ MPa
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Extrusión
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Extrusora
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Extrusión de: (A) Varilla (B) Tubo
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Extrusión de polvos Para proteger al material de la oxidación y del lubricante, por ejemplo Al en polvo
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Moldeo por inyección (Injection molding)
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Slip casting
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Laminado de polvos por PIT (Powder In Tube)
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Propiedades mecánicas de materiales porosos
Clasificamos las propiedades en tres categorías: 1) Independientes de la porosidad: T, parámetro de red, Tf 2) Dependientes de la cantidad de poros: , capacidad calorífica 3) Dependientes de la cantidad, morfología y distribución de poros: propiedades mecánicas, conductividad térmica
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Falla que produce la rotura
Falla de mayor tamaño Falla que produce la rotura
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Propagación de grietas
Intergranular NAl Transgranular
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Tomemos como ejemplo de material poroso una tiza
Tomemos como ejemplo de material poroso una tiza. Al escribir en el pizarrón, 3 de cada 10 tizas se rompen si no la cortamos antes de escribir. O sea, la tiza tiene una probabilidad de falla Pf = 0.3. Si tomamos una muestra con grietas del orden de 1 mm, la resistencia a la fractura en un ensayo de compresión nos da TS = 15 MPa. Esto no representa la tenacidad a la fractura del material en si y por ello hablamos de la probabilidad de que tenga esa tenacidad a la fractura. Weibull desarrollo en 1939 una manera de tratar estos casos. Se define una probabilidad de supervivencia PS(V0) como la fracción de muestras idénticas de volumen V0 que sobreviven a un ensayo mecánico hasta una carga . En el caso de la tiza, PS(V0) = 1-Pf = 0.7.
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Distribución acumulativa de Weibull: probabilidad de que la variable sea menor o igual a un determinado valor.
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Significado del parámetro m
m grande material confiable (cerámicas tenaces con m = 10-40) m chico mucha dispersión (cerámicas frágiles con m = 1-10)
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