Material refractario

¿Qué es un material refractario?
Son materiales que tienen estabilidad química y resistencia mecánica a alta temperatura,
en general superior a 1400 ºC
Se utilizan en muchas industrias como elementos de los reactores
Son elementos fundamentales en industrias tales como las del hierro y acero,
vidrio, cemento, etc..,
¿Cuales son los constituyentes de los materiales refractarios?
Sonproductos policristalinos que contienen una o más fases cristalinas y usualmente
fase líquida o vítrea
Las propiedades físicas de estos materiales dependen de la
microestructura o
textura
del material
Se determina mediante las técnicas de
microscopía óptica y electrónica
Características químicas de los materiales refractarios
Los refractarios son materiales con puntos de fusión elevados y portanto con enlaces
interatómicos fuertes
Podemos encontrar refractarios con dos tipos de enlace
Iónico
En este caso la energía de red (reticular), U
∝
(Z
+
· Z
-
)/r
c
debe ser alta
Z
+
y Z
-
son las cargas del catión y anión y r
c
la distancia interiónica
El factor más importante es la magnitud del producto de las cargas
Puntos de fusión del NaCl y MgO, de 800 y 2800 ºC,respectivamente
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– Notas del TEMA 10 – Profesor Javier Alarcón
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La distancia interatómica también afecta la energia reticular
Variación de los puntos de fusión de los óxidos alcalinoterreos, MgO,
CaO, SrO y BaO, de 2800, 2580, 2430 y 1923 ºC, respectivamente
Covalente
En este caso se deben dar las siguientes características
Los elementos que loconstituyen tienen electronegatividad similar
Los números de coordinación son pequeños (generalmente cuatro)
Se forman estructuras de red tridimensional
Ejemplos de materiales refractarios potenciales con sus respectivos
puntos de fusión
SiC, 2700; Si
3
N
4
,
≈
1900 (ºC)
BN,
≈
3000; B
4
C, 2350 (ºC)
ZrC 3540 (ºC)
HfN, 3305; HfC, 3890 (ºC)
TaN, 3360; TaC, 3880 (ºC)
NbB
2
,
≈
2900(ºC)
Etapas cruciales en el procesado de materiales refractarios : sinterización y
crecimiento de grano
En general, en los materiales utilizados en forma de piezas, es decir no en forma de
particulas, son muy importantes estos procesos simultáneos
Sinterización
es el nombre general para el proceso de densificación de un material
policristalino
Se puede producir con o sin presencia de faselíquida
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– Notas del TEMA 10 – Profesor Javier Alarcón
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Para facilitar el transporte de materia
Etapas en el proceso de sinterización
En general, la sinterización se produce al calentar a temperaturas próximas y por debajo
de la solidus
También se produce la sinterización a temperaturas por encima de la solidus
Produciendose fusión parcialActuando la presencia de fase líquida como un medio de transporte de materia
Se pueden distinguir las siguientes etapas, mostradas en la figura
Al calentar el polvo fino a
temperaturas subsolidus
se produce un incremento de las
áreas de contacto interparticulas con el tiempo
Se producen uniones entre particulas “
cuellos
” que crecen en espesor
El efecto es de tirar de los cristalesaproximandolos
Aumentando la densidad del material
Al incrementar el tiempo o la temperatura continua la contracción del material
Los poros entre particulas llegan a ser más pequeños, perdiendo su conectividad
Si los poros pueden contraer hasta ser eliminados de la superficie
La densidad del material se aproxima a la densidad cristalina teórica
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– Notas del TEMA 10 –Profesor Javier Alarcón
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¡La presencia de una pequeña cantidad de fase líquida acelera el proceso de
sinterización y puede ocurrir a temperaturas más bajas, pero una cantidad
excesiva puede modificar la forma y resistencia del material!
Cinética de sinterización y crecimiento de grano
La cinética de crecimiento de grano y la textura (microestructura) final de los materiales...