Procesos de fabricación Materiales cerámicos

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Procesamiento y caracterización de materiales cerámicos

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Procesos de fabricación Materiales cerámicos

  1. 1. Procesos de fabricación 2015-A Preparada por: M.D.I. Leonardo Augusto Bonilla Materiales cerámicos
  2. 2. Procesamiento materiales cerámicos 1. Materiales cerámicos Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos, que están enlazados principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. El uso de los materiales cerámicos en muchos casos se da de manera artesanal, sin embargo, los cerámicos como materiales de la ingeniería se deriva de su abundancia en la naturaleza y sus propiedades mecánicas y físicas, que son muy diferentes de las de los metales. 2
  3. 3. Procesamiento materiales cerámicos Productos de producción artesanal 3
  4. 4. Procesamiento materiales cerámicos Productos de producción industrial 4
  5. 5. Procesamiento materiales cerámicos 2. Propiedades Las propiedades de los materiales cerámicos que los hacen útiles para los productos de ingeniería son: • Los materiales cerámicos son de alta dureza. • Estabilidad química. • Son buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores. • Poseen temperaturas de fusión relativamente altas. • Algunos cerámicos son translucidos. • Son frágiles y virtualmente no poseen ductilidad. 5
  6. 6. Procesamiento materiales cerámicos 3. Clasificación de materiales cerámicos Los materiales cerámicos se clasifican en tres tipos básicos: A. Cerámicos tradicionales: silicatos que se emplean en productos de arcilla tales como vasijas y ladrillos, abrasivos comunes y cemento. B. Nuevos cerámicos: creados recientemente con base en materiales que no son silicatos, tales como óxidos y carburos, y que por lo general poseen propiedades mecánicas o físicas que los hacen superiores o únicos si se les compara con los cerámicos tradicionales. C. Vidrios: con base sobre todo en sílice y que se distinguen de otros cerámicos por su estructura no cristalina. 6
  7. 7. Procesamiento materiales cerámicos Aplicaciones En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: 1. Productos de arcilla para la construcción, tales como ladrillos, tubos de arcilla y mosaicos para la construcción. 2. Cerámicos refractarios, capaces de utilizarse en aplicaciones de alta temperatura tales como muros de hornos, crisoles y moldes. 3. Cemento para concreto, se emplea para la construcción y carreteras (el concreto es un material compuesto, pero sus componentes son materiales cerámicos). 4. Productos de línea blanca, incluyen vajillas, cerámica de gres, porcelana china, fina y otros artículos de mesa, con base en mezclas de arcilla y otros minerales. 7
  8. 8. Procesamiento materiales cerámicos Aplicaciones 5. Vidrio, se utiliza en botellas, anteojos, lentes, cubiertas para ventanas y focos. 6. Fibras de vidrio, para lana aislante térmica, plásticos reforzados (fibra de vidrio) y líneas de comunicación de fibras ópticas. 7. Abrasivos, tales como óxido de aluminio y carburo de silicio. 8. Herramientas para cortar materiales, que incluyen carburo de tungsteno, óxido de aluminio y nitruro de boro cúbico. 9. Aislantes cerámicos, que se emplean en aplicaciones tales como componentes de transmisión eléctrica, encendedores y sustratos de chips para la microelectrónica. 10.Cerámicos magnéticos, por ejemplo, en memorias de computadora. 8
  9. 9. Procesamiento materiales cerámicos Aplicaciones 11.Combustibles nucleares, con base en óxido de uranio (UO2). 12.Biocerámicas, incluyen materiales que se usan para hacer dientes y huesos artificiales. 9
  10. 10. Procesamiento materiales cerámicos 4. Procesamiento de cerámicas Los productos cerámicos mas tradicionales y técnicos son manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que son posteriormente calentados a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre si. Las etapas básicas para el proceso de cerámica de aglomeración de partículas son: A.Preparación de material. B.Moldeado o fundido. C.Tratamiento térmico. 10
  11. 11. Procesamiento materiales cerámicos Es como hacer un pan… 11
  12. 12. Procesamiento materiales cerámicos Secuencia de procesamiento 12
  13. 13. Procesamiento materiales cerámicos A. Preparación de materiales La mayoría de los productos están fabricados por aglomeración de partículas. Las materias primas para estos productos varían, dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos que no necesitan tener propiedades muy «criticas» tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una practica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos. 13
  14. 14. Procesamiento materiales cerámicos Ladrillos: Arcilla + Agua 14
  15. 15. Procesamiento materiales cerámicos Mezcla aglutinante: Mortero 15 Cemento, arena y agua
  16. 16. Procesamiento materiales cerámicos Mezcla aglutinante: Hormigón 16 Cemento, agua, grava, gravilla y arena
  17. 17. Procesamiento materiales cerámicos B. Técnicas de conformado Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden ser conformados mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o liquidas. Los procesos de conformado en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. •Vaciado deslizante: Jarrones •Prensado: Cerámicas de piso •Torneado manual y ligero: Vasijas, platos. •Prensado en seco: Productos refractarios •Compactación isostatica: Ladrillos •Extrusión: Tuberías en general. Preformas. 17
  18. 18. Procesamiento materiales cerámicos Vaciado deslizante 18
  19. 19. Procesamiento materiales cerámicos Tornado Ligero 19
  20. 20. Procesamiento materiales cerámicos Prensado semiseco 20
  21. 21. Procesamiento materiales cerámicos C. Tratamientos térmicos El tratamiento térmico es un paso esencial en la fabricación de la mayoría de los productos cerámicos. En esta subdivisión consideramos los siguientes tratamientos térmicos: •Secado: perdida de agua y aumento de la contracción del material por la reducción de volumen. •Sinterizado:Cocimiento de la pieza fresca. •Glaseado: Recubrimiento cerámico, segunda cocción. 21
  22. 22. Procesamiento materiales cerámicos Secado Perdida del contenido de agua resultando en perdida de volumen contrayendo el material. Debe hacerse de manera homogénea o resultara en fracturas de zonas de la pieza. 22
  23. 23. Procesamiento materiales cerámicos Sinterizado Este proceso se usa para cocinar las piezas frescas para compactar su estructura aumentando la dureza, densidad y disminuyendo la porosidad. 23
  24. 24. Procesamiento materiales cerámicos Glaseado Acabado final de pesas con aspecto vítreo permitiendo aumentar la impermeabilización de la superficie cerámica. Generalmente el glaseado se aplica después de una primera cocción y se fija con una segunda cocción de la pieza. 24
  25. 25. Procesamiento materiales cerámicos Procesos manuales con cerámica 25
  26. 26. Procesamiento materiales cerámicos Procesos semi-industrializados 26
  27. 27. Procesamiento materiales cerámicos Alta ingeniería de cerámicos: Frenos 27
  28. 28. Procesamiento materiales cerámicos Sistema de freno regenerativo Al aumentar el poder de aceleración, se necesitan frenos que soporten las altas temperaturas sin comprometer el rendimiento. 28
  29. 29. Procesamiento materiales cerámicos Altas temperaturas en el frenado 29
  30. 30. Procesamiento materiales cerámicos 30
  31. 31. Procesamiento materiales cerámicos Funcionamiento frenos de disco Porsche 31
  32. 32. Procesamiento materiales cerámicos Procesamiento frenos de disco Porsche 32
  33. 33. Procesamiento materiales cerámicos Prueba de pista del Porsche 918 spyder 33
  34. 34. Procesamiento materiales cerámicos Aplicaciones: Brackets cerámicos 34
  35. 35. Procesamiento materiales cerámicos Aplicaciones: Baño 35
  36. 36. Procesamiento materiales cerámicos Aplicaciones: Cocina 36
  37. 37. Procesamiento materiales cerámicos Fuentes de consulta • Fundamentos de Manufactura Moderna Tercera Edición – Groover. M • imágenes google: procesos cerámicos, porsche, brackets cerámicos, mortero, concreto, vidrio, arcilla. 37

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