Cerámicas Técnicas

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Introducción

La palabra “cerámica” esta presente en nuestro día a día y en muchos de los objetos que usualmente empleamos, desde una taza o una pieza de vajilla hasta en una torre de alta tensión, desde un azulejo o una baldosa hasta una bujía del coche.

Los materiales cerámicos en general los podríamos considerar divididos según el siguiente esquema:

ESQUEMA INTRODUCCIÓN

Las cerámicas técnicas (avanzadas) son las cerámicas de características inorgánicas que se forman gracias a la compactación de polvos cerámicos y metálicos.

Todos los procesos de conformado de sus diferentes tipos, finalizan consolidándolas en estado solido con la sinterización, bajo la acción de la presión y del calor. Dándoles unas propiedades como resultado de la mezcla de esos dos materiales, necesarias para aplicaciones especificas.

Obtención de la materia prima

Se dispone de una amplia variedad de métodos o técnicas de preparación de sólidos. El método empleado en cada caso específico depende en gran medida de la forma en la que deseamos el producto, como monocristal, polvo (particulado), pieza densificada, película, etc. Los métodos son los siguientes:

  • REACCIONES EN ESTADO SÓLIDO
  • PRECIPITACIÓN A PARTIR DE SOLUCIONES
  • PRECIPITACIÓN A PARTR DE FUNDIDOS
  • PRECIPITACIÓN A PARTIR DE FASE VAPOR
  • PRECIPITACIÓN A PARTIR DE INTERMEDIOS AMORFOS
  • MÉTODOS ESPECIALES
  • MÉTODOS QUÍMICOS – ELECTROQUÍMICOS / FÍSICOS

 

Propiedades de la cerámica

  • Alta dureza y resistencia a la abrasión y al desgaste
  • Resistencia a altas y bajas temperaturas
  • Baja densidad
  • Resistencia a la flexión
  • Excelente resistencia a la corrosión y al ataque químico
  • Buen aislante eléctrico y térmico
  • Muy baja transmisión térmica y coeficiente de dilatación
  • Compatibilidad con los alimentos
  • Altas calidades superficiales y precisiones obtenibles, que permiten el diseño de componentes de precisión

 

Tipos

ALUMINA, Al2O3 *

Es el cerámico a base de óxido de uso más amplio, ya sea bruto o como materia prima para mezclarse con otros óxidos. Tiene una elevada dureza y una resistencia moderada. Contiene impurezas y posee propiedades no uniformes. Se manufacturan de manera sintética, para controlar su calidad.

Las propiedades mecánicas y físicas son adecuadas en aplicaciones como aislantes eléctricos y térmicos y en herramientas de corte y en abrasivos.

ALUMINA

ZIRCONIA, ZrO2 *

La Zirconia tiene buena tenacidad, resistencia al choque térmico, al desgaste y a la corrosión, baja conductividad térmica y bajo coeficiente de fricción.

Las aplicaciones son la dispersión de calor en usos aeroespaciales, anticorrosivos y pinturas automotrices.

CIRCONIA

NITRUROS, Si3n4 *

Los tres tipos más importantes son:

– Nitruro de boro cúbico: Es la segunda sustancia más dura conocida, es un material creado sintéticamente. Usos: herramientas de corte.

– Nitruro de titanio: Se usa para recubrir herramientas de corte aumentando su vida útil.

– Nitruro de silicio: Resiste muy bien el choque térmico por lo que se usa en componentes de motores, cojinetes o turbinas.

NITRURO SILICONA

SIALON *

Es la unión de silicio, aluminio, oxígeno y nitrógeno. Características similares o incluso mejores que el nitruro de silicio.

Se usa principalmente para herramientas de corte.

SIALON

CERMETS *

Son combinaciones de fases cerámicas con fases metálicas.

Combinan propiedades de ambos materiales:

  • Aumento de la fuerza mecánica
  • Influencia en la fricción y el desgaste
  • Influencia en la expansión
  • Mejora de la estabilidad térmica

Tienen usos muy especiales, discos de frenos (en aviones), cojinetes, toberas de motores a reacción, artículos deportivos o los disipadores de calor en electrónica.

CERMET

SILICATOS *

Abundantes en la naturaleza, puede tener diferentes estructuras cristalinas.

Se utiliza como tabiques para hornos de alta temperatura. La mayoría de vidrios contienen más de 50%.

Los silicatos son los productos de la reacción de sílice con los óxidos de aluminio, magnesio, calcio potasio, sodio y hierro. Los ejemplos son la arcilla, el asbesto, la mica  los vidrios de silicatos.

Adecuados para aplicaciones no estructurales, ya que tienen una vida a la fatiga muy corta.

SILICATOS

Fabricación de las Cerámicas Técnicas

PREPARACIÓN

Las partículas y otros ingredientes, tales como aglutinantes y lubricantes, pueden ser mezclados en seco o en húmedo.

Para productos que no requieren tener propiedades muy críticas, se mezclan los ingredientes con agua. Para otros productos especiales, las materias primas son secas con aglutinantes y otros aditivos

MÉTODOS DE CONFORMACIÓN

Consiste en la aplicación de presión en una única dirección hasta conseguir la compactación de los polvos cerámicos. (en caliente o en frío).

Prensado uniaxial

Es aquel prensado que se lleva a cabo por medio de aplicar la presión sobre el polvo en cualquier dirección. Logrando mayor uniformidad de compactación e incrementado la capacidad de forma.

Compactando los polvos encerrándolos herméticamente en moldes elásticos, como de goma, látex o PVC, aplicándoles presión mediante un fluido que puede ser agua o aceite.

ISOSTATICO

Se fundamenta en el moldeo por barbotina (arcilla y agua) de la cerámica tradicional, mediante el cual obtenemos piezas de espesores pequeños utilizando moldes porosos.

Se vierte en un molde poroso (yeso) que absorbe el líquido y lo que queda pegado al molde es una capa semidura.

BARBOTINA

Se fuerza al material cerámicos plástico a pasar a través de una matriz de acero, se fabrican utilizando un pistón de extrusión bajo alta presión de manera que puedan conseguir tolerancias precisas.

Se utiliza para las secciones sencillas y las formas huecas.

EXTRUSIÓN

 

La inyección puede darse por el mecanismo de un tornillo sin fin o por un embolo (pistón).

INYECCIÓN

 

  • LAMINADO DE POLVOS

El laminado de polvos puede producir tiras cerámicas difíciles de trabajar, refractarios o reactivos.

LAMINADO POLVOS

TRATAMIENTO TÉRMICO

  • Secado y eliminación de aglutinante: El objetivo es eliminar agua del cuerpo cerámico plástico antes de ser sometido a altas temperaturas.
  • Sinterización: Es el proceso por el que se consigue que pequeñas partículas de un material se mantengan unidas por difusión en estado sólido.
  • Cementación: Consiste en unir materias primas cerámicas usando un aglutinante que no requiere de horneado o sinterizado.

 

Aplicaciones

Cerámicos industriales (avanzados), también conocidos de ingeniería, de alta tecnología o cerámicos finos, como los componentes para turbinas, automóviles, usos aeroespaciales, intercambiadores de calor, semiconductores, sellos, imanes, prótesis y herramientas de corte.

  • Refractarios

Al2O3, MgO, ZrO2: moldes para fundido de metales, interiores de hornos

HORNO

  • Abrasivos

SiC, Al2O3, diamante: esmeriladores, polvos de pulido

  • Eléctricos y magnéticos

BeO, Al2O3, AlN, ZnO, ferritas: substratos, semiconductores, varistores, imanes

  • Nucleares

UO2: combustible nuclear

NUCELAR

  • Biológicos

ZrO2, Al2O3: prótesis, componentes dentales

DENTALES

 

Reciclaje

Por desgracia, debido a las altas presiones a las que el material es compactado resulta muy difícil poder extraer por separado los diferentes tipos de materiales que la componen. En algunos casos, sobretodo en los que la cerámica es usada como una herramienta, las empresas suministradoras proporcionan recipientes donde puedes depositar tus herramientas de cerámica desgastadas y ellos se hacen cargo de su reutilización.

Test *

examen

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Webgrafia‐Bibliografia

Imágenes:

www.google.es/images

http://www.ceramtec.es/materiales-ceramicos/

http://certega.es/sectores/

Aplicaciones y tipos:

http://www.earthwaterfire.com/spanish/technical_ceramics_technical.htm

http://www.sandvik.coromant.com/es-es/knowledge/materials/cutting_tool_materials/cermet/pages/default.aspx

http://www.sandvik.coromant.com/es-es/knowledge/materials/cutting_tool_materials/ceramics/pages/default.aspx

Propiedades y más información

pdfs de slideshare como:

https://es.slideshare.net/raecabrera/capitulo-4-materiales-cermicos

http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/ceramicas-y-vidrios/bloque-i/Bloque_I-conformado_ceramicas.pdf

 

 

 

 

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