Procesamiento y caracterización de materiales cerámicos

1. Procesos de fabricación 2015-A
Preparada por:
M.D.I. Leonardo Augusto Bonilla
Materiales cerámicos

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.
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3. Procesamiento materiales cerámicos
Productos de producción artesanal
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4. Procesamiento materiales cerámicos
Productos de producción industrial
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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11. Procesamiento materiales cerámicos
Es como hacer un pan…
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12. Procesamiento materiales cerámicos
Secuencia de procesamiento
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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.
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14. Procesamiento materiales cerámicos
Ladrillos: Arcilla + Agua
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15. Procesamiento materiales cerámicos
Mezcla aglutinante: Mortero
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Cemento, arena y agua

16. Procesamiento materiales cerámicos
Mezcla aglutinante: Hormigón
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Cemento, agua, grava, gravilla y arena

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.
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18. Procesamiento materiales cerámicos
Vaciado deslizante
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19. Procesamiento materiales cerámicos
Tornado Ligero
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20. Procesamiento materiales cerámicos
Prensado semiseco
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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.
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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.
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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.
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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.
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25. Procesamiento materiales cerámicos
Procesos manuales con cerámica
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26. Procesamiento materiales cerámicos
Procesos semi-industrializados
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27. Procesamiento materiales cerámicos
Alta ingeniería de cerámicos: Frenos
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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.
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29. Procesamiento materiales cerámicos
Altas temperaturas en el frenado
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30. Procesamiento materiales cerámicos 30

31. Procesamiento materiales cerámicos
Funcionamiento frenos de disco Porsche
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32. Procesamiento materiales cerámicos
Procesamiento frenos de disco Porsche
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33. Procesamiento materiales cerámicos
Prueba de pista del Porsche 918 spyder
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34. Procesamiento materiales cerámicos
Aplicaciones: Brackets cerámicos
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35. Procesamiento materiales cerámicos
Aplicaciones: Baño
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36. Procesamiento materiales cerámicos
Aplicaciones: Cocina
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37. Procesamiento materiales cerámicos
Fuentes de consulta
• Fundamentos de Manufactura Moderna Tercera Edición – Groover. M
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mortero, concreto, vidrio, arcilla.
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