Monografias

Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mención Aeroespacial

Mecánica de los Materiales Avanzada

Materiales Cerámicos y Vidrios

Ing. Mec. Aeronáutico Brian A. Parola

Ing. Mec. Aeronáutico José L. Serrano

Córdoba, 16 de septiembre de 2002.

Materiales Cerámicos y Vidrios

MATERIALES CERÁMICOS Y VIDRIOS INTRODUCCIÓN 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, losmateriales 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 fuertesenlaces. 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 ytécnicos 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 dela 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 cerámicaterminada. 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 materiasprimas 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 pequeñaspartículas 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 losmétodos 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.
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PRENSADO EN SECO. Este método se usa frecuentemente...