TEORIA PRACTICA 3

CERAMICOS

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por
elementos metálicos y no metálicos enlazados principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Las composiciones químicas de los materiales cerámicos varían considerablemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas enlazadas.

Las propiedades de los materiales cerámicos también varían mucho debido a las
diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Los materiales se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores. Normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente altas y, asimismo, una estabilidad química relativamente alta en muchos más agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces. Debido a estas propiedades, los materiales cerámicos son indispensables para muchos de los diseños en ingeniería.

En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden
clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso
específico de ingeniería.

PROCESADO DE LOS CERÁMICOS

La mayoría de los productos cerámicos tradicionales y técnicos son manufacturados
compactando polvos o partículas en matrices que se calientan posteriormente a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre sí. Las etapas básicas para el procesado de cerámicos por aglomeración de partículas son: 1) preparación del material; 2) moldeado o colada; 3) tratamiento térmico de secado (que normalmente no se requiere) y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.

PREPARACIÓN DE MATERIALES. La mayoría de los productos están fabricados por
aglomeración de partículas (hay dos excepciones importantes: los productos de vidrio y el moldeo de hormigón). Las materias primas para estos productos varían dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros ingredientes, tales como cimentadores y lubricantes, pueden ser mezclados en seco o en húmedo. Para productos cerámicos que no necesitan tener propiedades muy “críticas”, tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, es una práctica común mezclar los ingredientes con agua. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con cimentadores y otros aditivos. Algunas veces se combinan ambos procesos –húmedo y seco- . Por ejemplo, para producir un tipo de cerámicos con gran proporción de alúmina (Al2O3) que sea buen aislante, las partículas de materia prima se mezclan con agua y junto con un cimentador de cera para formar una suspención que posteriormente se atomiza y seca para formar pequeñas partículas esféricas.

TÉCNICAS DE CONFORMADO

Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden conformarse mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o líquidas. Los procesos de conformado en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. Prensado, moldeo en barbotina y extrusión son los métodos de modelado de cerámicos que se utilizan más comunmente.

PRENSADO. La materia prima cerámica puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de una matriz para formar productos con una forma determinada. Hay dos excepciones importantes: los productos de vidrio y el moldeo de hormigón.

PRENSADO EN SECO. Este método se usa frecuentemente para productos refractarios y
componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultánea y la conformación de un polvo granulado junto con pequeñas de agua y / o cimentadores orgánicos de una matriz. La Fig. 11.24 muestra una serie de operaciones para el prensado en seco de polvos cerámicos. Después del estampado en frío las partículas normalmente se calientan a fin de que consigan la resistencia y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite altas velocidades de fabricación con tolerancias pequeñas

COMPACTACIÓN ISOSTÁTICA. En este proceso el polvo cerámico se carga en un recipiente
flexible y hermético generalmente de caucho llamado cartucho, que está dentro de una cámara de fluido hidráulico a la que se aplica presión. La fuerza de la presión aplicada compacta el polvo uniformemente en todas direcciones, tomando el producto la forma del contenedor flexible. Después de presionar la pieza isostáticamente en frío, se ha de pasar por el fuego para obtener las propiedades y microestructura requerida. Productos cerámicos manufacturados por esta vía son los refractarios, ladrillos, aislantes de bujía, crisoles, herramientas de carburo y cojinetes.

COMPRESIÓN EN CALIENTE. En este proceso se consiguen piezas cerámicas de alta
densidad y propiedades mecánicas optimizadas combinando la presión y los tratamientos de sinterizado. Se utilizan tanto la presión unidireccional como los métodos isostáticos.

MOLDEO EN BARBOTINA. La formas cerámicas se pueden moldear usando un proceso único
llamado moldeo en barbotina o fundición por revestimiento, Las etapas fundamentales de este proceso son:
1) Preparación de un metal cerámico en polvo y un líquido (generalmente arcilla y agua)en una suspención estable llamada barbotina.
2) Vertido de la barbotina en un molde poroso, generalmente de yeso, que permite la
absorción parcial de la porción líquida de la barbotina por el molde. A medida que se elimina el líquido de la barbotina, se forma una capa de material semiduro contra la superficie del molde.
3) Cuando se ha formado un espesor suficiente se interrumpe el proceso y el exceso de barbotina se desaloja de la cavidad. Esto se conoce como escurrido o fundición con drenaje. Alternativamente, la forma de un sólido puede realizarse permitiendo que continúe la colada hasta que la cavidad del molde se llene por completo. Este tipo de moldeo se llama fundición compacta.
4) Tenemos que dejar secar el material dentro del molde hasta que alcance la resistencia necesaria para ser manipulado y retirado del molde.
5) Finalmente hay que realizar el horneado para conseguir las propiedades y
microestructura deseadas.