Materiales refractarios

Química de Materiales Cerámicos – Notas del TEMA 10 – Profesor Javier Alarcón

Tema 10 . Refractarios

¿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 yacero, vidrio, cemento, etc.., ¿Cuales son los constituyentes de los materiales refractarios? Son productos 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 losmateriales refractarios
Los refractarios son materiales con puntos de fusión elevados y por tanto con enlaces interatómicos fuertes Podemos encontrar refractarios con dos tipos de enlace Iónico En este caso la energía de red (reticular), U ∝ (Z+ · Z-)/rc debe ser alta Z+ y Z- son las cargas del catión y anión y rc la distancia interiónica El factor más importante es la magnitud del producto delas cargas Puntos de fusión del NaCl y MgO, de 800 y 2800 ºC, respectivamente

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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 sedeben dar las siguientes características Los elementos que lo constituyen 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; Si3N4, ≈1900 (ºC) BN, ≈3000; B4C, 2350 (ºC) ZrC 3540 (ºC) HfN, 3305; HfC, 3890 (ºC) TaN,3360; TaC, 3880 (ºC) NbB2, ≈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 puedeproducir con o sin presencia de fase líquida

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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 solidusProduciendose fusión parcial Actuando 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 delos cristales aproximandolos 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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¡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...