cap 2 materias primas

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 05/10/2014 1 Cap. 2 MATERIAS PRIMAS Cap. 2 Materias primas. 2.1 Materias primas  2.1.1 Materias primas plásticas.  2.1.2 Materias primas no plásticas.  2.2 Caracterizació n de materias primas  . 2.2.1 Forma y t amaño de partícu la.  2.2.2 Reología  .  2.3 Técnicas de análisis  2.3.1 Análisis morfológicos.  2.3.2 Análisis del tamaño y distribución de tamaño.  2.4 Longitud característi ca y factor de área y volumen  . 2.4.1 Densidad, tipos y técnicas de medición.  2.4.2 Porosidad, tipos y estructura.  2.4.3 Área superficial y especifica.  2.5 Caracterizació n química  . Beneficio de caolín.

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Se describen las características de las principales materias primas que se usan en la producción de la llamada cerámica tradicional

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    Cap. 2 MATERIAS PRIMAS

    Cap. 2 Materias primas.

    2.1 Materias primas

    2.1.1 Materias primas plsticas.

    2.1.2 Materias primas no plsticas.

    2.2 Caracterizacin de materias primas.

    2.2.1 Forma y tamao de partcula.

    2.2.2 Reologa.

    2.3 Tcnicas de anlisis

    2.3.1 Anlisis morfolgicos.

    2.3.2 Anlisis del tamao y distribucin de tamao.

    2.4 Longitud caracterstica y factor de rea y volumen.

    2.4.1 Densidad, tipos y tcnicas de medicin.

    2.4.2 Porosidad, tipos y estructura.

    2.4.3 rea superficial y especifica.

    2.5 Caracterizacin qumica.

    Beneficio de caoln.

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    Beneficio de caoln.

    2.1 MATERIAS PRIMAS.

    Son tres las categoras de materias primas utilizadas en la industria cermica:

    a) Materiales crudos, provenientes de los yacimientos naturales.

    b) Minerales refinados industrialmente, que son beneficiados para removerles algunas impurezas con la finalidad de incrementar notablemente su pureza qumica y mejorar sus caractersticas fsicas.

    c) Qumicos inorgnicos industriales, que han experimentado un extenso procesado qumico y refinamiento para incrementar notablemente la pureza qumica y mejorar sus caractersticas fsicas.

    2.1.1 Materias primas plsticas.

    2.1.1.1 Arcillas.

    Son el principal ingrediente en la mayora de las piezas de cermica tradicional.

    Poseen la singular propiedad de plasticidad.

    Estn constituidas principalmente de slice (SiO2), alumina (Al2O3) y agua (H2O).

    Estn constituidas por una mezcla de minerales arcillosos.

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    Algunos minerales arcillosos

    Mineral de caolinita

    Clase: silicatos

    Subclase: filosilicatos

    Formula: Al4[(OH)8Si4O10]

    Mineral de illita

    Clase: silicatos

    Subclase: filosilicatos

    Formula:

    Mineral de haloisitaClase: silicatos

    Subclase: filosilicatos

    Formula: Al4[(OH)8Si4O10](H2O)4

    Tabla 2.1 Principales minerales de arcilla.

    Mineral arcilloso Formula del mineral

    Al2O3 SiO2 H2O

    Alofano 1 1 5

    Caolinita 1 2 2

    Nacrita 1 2 2

    Dichita 1 2 2

    Haloisita 1 2 2 +ag

    Newtonita 1 2 5

    Anauxita 1 3 2

    Montmorilonita (Al1.67 Na0.33 Mg0.33 )(Si2O5)2(OH)2

    Ilita (Al2-x Mg.xK1-x-y)(Si1.5-yAl0.5+y O 5)2(OH)2

    Pirofilita 1 4 1

    Forma y tamao de la caolinita

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    Figura 1.2. Unidades bsicas de minerales de arcilla

    y sus hojas de slice y almina (de Mitchell, 1993)

    Figura 1.3. Estructura de los principales minerales de arcilla: (a) caolinita, (b) illita and (c)

    montmorillonita, basado en hojas combinadas

    (de Craig, 1990).

    Figura 1.5. Minerales de arcilla (de Mitchell, 1993 after Tovey,

    1971). a) caolinita; b) haloysita; c) montmorillonita d) illita

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    Propiedades de las arcillas:

    a) Plasticidad. Propiedad de un material que le permite ser deformado bajo un esfuerzo sin ruptura y reteniendo la forma producida despus de que el esfuerzo es retenido.

    La plasticidad en arcillas es usualmente medida por determinacin del agua de plasticidad definida como el agua necesaria para desarrollar la mxima plasticidad de una arcilla.

    Cada mineral de arcilla muestra un rango de agua de plasticidad distinto debido a que influye el tamao de partcula, la composicin de iones intercambiables, y la cristalinidad del mineral de arcilla.

    b) Resistencia en verde. Es la resistencia a la ruptura transversal medida mientras el agua de plasticidad esta todava presente. Los minerales no arcillosos disminuyen la resistencia en verde.

    c) Contraccin de secado. Es la reduccin en longitud o volumen que toma lugar en el secado. Como regla general, la contraccin de secado se incrementa conforme se incrementa el agua de plasticidad; para un mineral de arcilla en particular, se incrementa conforme disminuye el tamao de partcula.

    d) Resistencia en seco. Es la resistencia a la ruptura transversal de una pieza despus de que ha sido sujeta a extenso secado, usualmente a 105 C.

    2.1.1.2 Talco y esteatita.

    Dos silicatos de magnesio hidratado, el yeso [Mg3(OH)2Si4O10], y la esteatita [Mg2(Si2O6)], asicomo la pirofilita son minerales con estructuras afines a las de los minerales de arcilla y son un tanto plsticos. Sus estructuras son laminares y pueden ser moldeados por presin en hmedo.

    Los usos principales del talco y la esteatita son para elaborar porcelana elctrica y para cajas de moldeo y accesorios de hornos para uso hasta 1250 C.

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    Minerales de talco y esteatita

    Mineral de talcoClase: silicatos.

    Subclase: filosilicatos.Formula: Mg3[(OH)2Si4O10]

    Mineral de esteatitaClase: silicatos

    Subclase: filosilicatos.Formula:

    2.1.2 Materias primas no plsticas.

    2.1.2.1 Minerales de slice.

    Los minerales con alto contenido de slice son: la cuarcita, el ganister y la arena slice, el pedernal, la calcedonia y en forma hidratada como palo.

    La adicin de cualquiera de stos a una pasta cermica reduce su contraccin de secado y reduce la plasticidad.

    Tabla 2.3 Materias primas con altos contenidos de slice.

    Clase %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3

    %CaO %MgO PxI Cono Seger

    Arena de

    cuarzo99.17 0.45 0.06 0.02 0.02 0.15 36

    Cuarcita

    cementada97.8 1.80 0.40 0.10 Trazas - 35

    Cuarcita

    recristalizada95.38 2.94 0.29 Trazas Trazas - 35

    Cuarcita

    compuesta94.22 0.97 2.48 0.39 0.65 1.67 33

    Minerales que contienen slice

    Tres tipos de cuarzos

    Clase: xidos de silicio

    Formula: SiO2

    Mineral cuarcitaClase: xidos de silicio

    Formula: SiO2

    Mineral de pedernalClase: xidos de silicio

    Formula: SiO2

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    2.1.2.2 Feldespatos.

    Es una familia de minerales compuestos de alumina, slice y uno o mas xidos alcalinos o alcalinotrreos.

    Los feldespatos son los fundentes mas utilizados para formular las pastas

    cermicas y para fabricar los vidrios.Tabla 2.4 Minerales de feldespatos.

    Mineral de feldespato Formula del mineral

    Ortoclasa K2OAl2O36SiO2

    Microclina K2OAl2O36SiO2

    Albita Na2OAl2O3SiO2

    Anortita CaOAl2O32SiO2

    Plagioclasa (NaK)2OAl2O36SiO2

    Oligoclasa Na2OAl2O3SiO2 + CaOAl2O32SiO2

    Labradorita Na2OAl2O3SiO2 + CaOAl2O32SiO2

    Celsiano BaOAl2O32SiO2

    Halfono K2OAl2O36SiO2 + BaOAl2O32SiO2

    Polucita Cs2OAl2O34SiO2H2O

    Espodumeno Li2OAl2O34SiO2

    Ejemplos de feldespatos:

    Mineral de feldespato potsico.

    Clase. silicatos.

    Subclase: tectosilicatos

    Feldespato: Ortoclasa

    Clase: silicatos

    Subclase: tectosilicatos

    Feldespato: Albita

    Clase: silicatos

    Subclase: tectosilicatos

    2.1.2.3 Minerales de alta almina.

    La bauxita, la gibsita y la dispora son aluminohidratos y son fuentes

    importantes de aprovisionamiento comercial de alumina.

    La silimanita y la cianita y la andalucita son silicolaluminatos con alto contenido de alumina, pero no tanto como los citados arriba.

    Estos minerales son usados para la fabricacin de refractarios de alta alumina.

    Tabla 2.4 Minerales de alta alumina.

    Mineral %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3

    %CaO %MgO %TiO2 P x I

    Diaspora 5.89 76.21 0.95 0.08 0.06 3.52 14.20

    Bauxita 1.18 60.23 2.64 0.32 0.30 8.30 25.49

    Silimanita 36.1 61.50 0.30 0.40 Trazas - 1.40

    Cianita 32.52 62.52 3.98 Trazas 0.50 - 0.51

    Andalucita 33.78 56.89 5.37 5.37 5.37 5.37 3.65

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    Ejemplo de minerales de almina

    Mineral de bauxita

    Clase: hidroxidos

    Formula: Al2O3nH2O

    Mineral de silimanita

    Subclase: nesosilicatos

    Formula: Al2(OSiO4)

    Mineral de cianita

    Subclase: nesosilicatos

    Formula: Al2(OSiO4)

    2.1.2.3 Minerales de cromo.

    El mineral cromita (FeO.Cr2O3) es el nico mineral que contiene cromo. Contiene entre 30 a 60 % de de Cr2O3 y esta constituido de una solucin slida compleja con una parte del Fe2+ remplazada por el Mg2+ y parte del Cr3+ sustituida por Al3+, Fe3+, etc.

    Tabla 2.4 Minerales de alto cromo.

    Mineral % Cr2O3 %SiO2 %Fe2O3 %Fe2O3 %MgO %CaO

    Filipinas 32.07 5.22 15.40 28.00 19.77 0.19

    Cuba 36.97 3.66 16.12 24.80 18.48 0.09

    Rodesia 46.46 7.02 15.81 15.42 14.69 0.88

    Rusia 46.19 3.96 17.63 14.58 17.39 0.31

    Turquia 46.57 6.74 16.89 12.50 17.25 0.16

    Japon 33.44 7.18 13.74 24.05 20.03 0.40

    Mineral cromita

    Clase: oxidos

    Formula qumica: FeCr2O4

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    2.2 CARACTERIZACIN DE MATERIAS PRIMAS.

    Las caractersticas de los polvos son importantes por que tienen una gran influencia sobre la uniformidad del empacado del cuerpo consolidado y sobre la evolucin microestructural del cuerpo quemado.

    Las caractersticas importantes de un polvo puede clasificarse en cuatro grupos:

    a) Caracterizacin fsica. Forma de partcula, tamao y distribucin de partculas, grado de aglomeracin, rea superficial, densidad y porosidad.

    b) Caracterizacin qumica. Composicin de bulto, elementos menores, trazas de impurezas.

    c) Composicin de fases. Cristalinidad, fases.

    d) Caractersticas superficiales. Estructura superficial, qumica superficial.

    2.2.1 CARACTERIZACIN FSICA.

    2.2.1.1 Anlisis morfolgico.

    e

    p

    A

    A

    Cilndrica

    Discoidal

    Esfrica

    Tabular

    Irregular

    Elipsoidal

    Equant

    Factor de forma

    La esfericidad (Y) es una medida de que tanto se acerca a la forma esfrica una partcula cualquiera. Este trmino, acuado por Wadell en 1932, se define como la relacin del rea superficial de la partcula entre el rea superficial de una esfera que tenga el mismo volumen que la partcula:

    Donde: Ap = es el rea superficial de la partcula. Ae = es el rea superficial de una esfera con el mismo

    volumen que la partcula.

    e

    p

    A

    A

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    Micrografa de SEM de polvos de TiO2 Micrografa electrnica de: a) carbonato de calcio molido,

    b) slice microcristalina, c) talco, y d) muscovita, mica.

    Factores de forma (esfericidad) de

    algunas formas geomtricas.

    Forma

    geomtricaEsfericidad (Y)

    Esfera 1

    Cubo 1.24

    Tetraedro 1.48

    Octaedro 1.37

    Cilindro ( h =2r) 1.14

    Figure 50: Coarse Al2O3 powder Figure 51: Fine Al2O3 powder

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    2.2.1.2 TAMAO Y DISTRIBUCIN DE TAMAO DE PARTCULA.

    Tabla 2.9 Algunos mtodos de anlisis de tamao de partcula

    Tcnica Principio fsicoRango aproximado de

    anlisis (mm)

    Tamices Tamizado 10-100,000

    Sedimentacin (gravedad) Sedimentacin 0.5 - 100

    Sedimentacin (centrfuga) Sedimentacin 0.01 100

    Difraccin de lser

    Interaccin de

    longitud

    electromagntica y

    dispersin

    0.004 1000

    Microscopa:

    a) ptica.

    b) de barrido.

    Conteo de

    partculas

    >1

    > 0.1

    a) Tcnica de los tamices

    Tamao de partcula, mm.Figura 2.5 Curva tpica de distribucin granulomtrica

    Fraccin en peso

    retenida % acumulativo

    ms fino que

    Ventajas:1. Es muy simple.2. No es caro.3. Fcil de operar

    Desventajas:1. No es muy preciso.2. No es aplicable para

    todos los sistemas dispersos.

    U.S Sieve Series and Tyler Equivalents

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    b) Tcnica de sedimentacin por gravedad

    Cuando una partcula esfrica cae en un liquido viscoso con una velocidad suficientemente pequea, pronto alcanza una velocidad constante llamada la velocidad terminal, donde el peso efectivo de la partcula es balanceado por la fuerza friccional ejercida en l por el liquido. La fuerza friccional, F, sobre la partcula es dada por la ley de Stokes:

    Ecuacin 2.1

    Donde es la viscosidad del liquido, a es el radio de la partcula, y v es la velocidad terminal. Igualando F al peso efectivo de la partcula da:

    Ecuacin 2.1

    Donde D es el dimetro de la esfera, g es la aceleracin debida a la gravedad, y rs, y rl son las densidades de la partcula y del liquido, respectivamente.

    b) Tcnica de sedimentacin por gravedad

    Las tcnicas de sedimentacin se dividen en dos:

    a) Medicin acumulativa de sedimentacin a travs de una distancia fija como una funcin del tiempo. Aqu una suspensin diluida es cuidadosamente colocada en una columna de liquido y la fraccin de partculas que asientan en una longitud fija es medida como una funcin del tiempo.

    b) Turbidimetra. La concentracin de las partculas a una altura fija en el liquido es obtenida por medicin de la turbidez del liquido, generalmente por una tcnica ptica o de rayos X. Un haz de luz o un haz de rayos X penetra una celda de vidrio conteniendo una suspensin del polvo. Conforme el polvo se asienta, la intensidad del haz transmitido se incrementa de acuerdo a la ecuacin:

    Ecuacin 2.3

    Donde:

    Io e I son las intensidades de los haces incidente y transmitido.

    K es una constante llamada coeficiente de extincin.

    A es el rea proyectada por unidad de masa de partculas.

    C es la concentracin por masa de las partculas.

    x es la longitud del camino de la luz a travs de la suspensin.

    La fraccin de partculas en masa es obtenida midiendo la razn de intensidad y usando las ecuaciones 2.2 y 2.3

    c) Tcnica de sedimentacin centrifuga

    La sedimentacin gravitacional, como tcnica para medir el tamao de partcula, estlimitada a partculas relativamente gruesas. Pero la sedimentacin centrifuga permiteextender el rango de anlisis a tamaos de partcula mas pequeos.

    El tiempo t, requerido para que una partcula de dimetro d, se mueva de una posicin axial inicial ro, a una posicin final r, es:

    Ecuacin 2.4

    Donde:

    m = es la viscosidad del fluido.

    (rs-r1l) = es la diferencia de densidades entre la partcula y el fluido.

    w = la velocidad angular de la centrifuga.

    El tiempo de anlisis puede ajustarse variando la velocidad angular. Las partculas pueden detectarse de diferentes maneras. Por ejemplo, la concentracin de slidos puede medirse por la absorcin de rayos X que ocurre cuando un haz colimado de rayos X se hace incidir sobre una celda sujeta a centrifugacin y que contiene la muestra a analizar. La masa de partculas es determinada por la ley de absorcin de Beer

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    e) Tcnica de difraccin de luz laser

    Cuando la luz choca con una superficie, puede ocurrir que sea: difractada, refractada,reflejada o absorbida (figura siguiente):

    La refraccin ocurre como un cambio del ngulo de la luz viajando a travs de la partcula.La teora de la difraccin laser se basa en el principio de que partculas pasando a travsde un haz laser dispersarn la luz en un ngulo que esta directamente relacionadocon su tamao. Conforme el tamao de partcula disminuye el angulo de dispersinobservado se incrementa logartmicamente.

    Para aquellas partculas cuyo dimetro no es muy superior a la longitud de onda de la luzutilizada, se utiliza la teora de Mie para evaluar las mediciones. El lmite inferior del rangode tamaos que se puede registrar con la teora de Mie es de 10 nm.

    2.4.1 Densidad, tipos y tcnicas de medicin

    La densidad de un polvo se determina como la relacin que existe entre su masa y el volumen ocupado. Como los polvos estn formados por partculas de tamaos diferentes, cada una de las cuales, dependiendo de la afinidad que posean, tendr diferente grados de empaquetamiento. Esto da lugar a dos tipos de densidades

    Densidad de bulto de un polvo:

    Donde Vb (volumen de bulto) incluye los espacios que existen entre las partculas y las burbujas de aire que estn incrustadas en stas. Experimentalmente se all llenando con polvo un recipiente de medicin de volumen.

    Densidad verdadera de un polvo:

    La densidad verdadera es la razn de la masa entre el volumen ocupado por esa masa, excluyendo poros y vacios dentro de la muestra. Esta

    densidad se puede obtener con un picnmetro de gas (helio), o con un picnometro de liquidos, y es un parmetro caracterstico para cada tipo de material.

    b

    bV

    Wr

    v

    vV

    Wr

    Wv = masa del picnmetro vaco, A.Wp = masa del picnmetro con el polvo, B.

    Wap = masa del picnmetro con el polvo y lleno con agua, C.Wa = masa del picnmetro lleno con agua, D.

    La densidad verdadera, rv , del polvo se calcula con la siguiente ecuacin:

    WpWapWvWa

    WvWpv

    rr

    Densidad, tcnica del picnmetro lquido

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    Densidad, tcnica del picnmetro de gas.

    Vx = volumen de la muestra de polvo promedio. Vs = volumen de la celda de ensayo aislada.Ps = presin en la celda de ensayo aislada, conteniendo el polvo problema y gas helio. Vr = volumen de una celda de referencia aislada y llena con gas helio. Pr = presin dentro de la celda de referencia aislada y llena de gas helio. Psis = presin del sistema cuando se abre la vlvula, que separa a las celdas de ensayo y la de referencia, y se deja que la presin se equilibre.

    2.X REOLEGA DE SUSPENSIONES Y PASTAS.

    La reologa es la ciencia de la deformacin y del flujo.

    El conocimiento del comportamiento reolgico es esencial cuando se disea o selecciona un equipo para almacenar, bombear, transportar, moler, mezclar, atomizar, y en los sistemas de formado de cermicos.

    Los ensayos reolgicos son usados en programas para monitorear y controlar la consistencia y comportamiento de suspensiones de colado, secado por aspersin, o en esmaltado, y en pastas para impresin y decoracin de superficies.

    Las suspensiones y pastas cermicas son comnmente sistemas multicomponentes que son relativamente complejos en estructura . Las partculas que los constituyen pueden variar de tamao de partculas a coloides.

    Loe electrolitos y polmeros adicionados pueden cambiar significativamente las fuerzas interparticulas y el estado de dispersin..

    2.X REOLEGA DE SUSPENSIONES Y PASTAS.

    El espaciado interparticula depende directamente de la concentracin de las particulas (solidos cargados), del estado de dispersin, y del empacado de particulas. La coagulacion de particulas y la floculacion de polimeros puede producir un linkage estructural, una estructura de gel, que varia con el proceso de mezclado, y la historia de corte previa a la medicion de las propiedades reologicas.

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    Modelos y propiedades reologicas.

    43

    44

    Figura 8. Diagrama esquemtico de geometras bsicas para el remetro

    rotacional: a) de cilindro concntrico, b) de cono y placa, c) de placa

    paralela.

    Reologa de suspensin.

    Determinacin de la viscosidad

    45

    La viscosidad aparente de suspensiones cermicas se puede determinar en el laboratorio por medio de un viscosimetro de cilindro rotacional de velocidad variable (figura anexa). El cilindro gde longitud L gira a una frecuencia angular W, y el torque T producido por el medio viscoso es registrado.

    La viscosidad aparente es obtenida por medio de la siguiente ecuacin:

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    2.4.2 Porosidad, tipos y estructura.

    Polvo redondeado Elevada densidad Polvo sin homogeneidad Baja densidad

    2.4.2 Porosidad, tipos y estructura.

    De acuerdo a su tamao, los poros se clasifican en tres categoras:

    a) microporos, que son poros con dimetro ms pequeo que 2 nm.b) mesoporos, que corresponde a poros con dimetro de 2 a 50 nm, yc) macroporos, que son poros con dimetros mayores a 50 nm.

    2.4.2 Porosidad, tipos y estructura.

    La porosidad en cermicos se clasifica en dos tipos: cerrada y abierta. Las piezas cermicas, las materias primas, y los aglomerados pueden tener ambos tipos de porosidad.

    Porosidad abierta. Los poros abiertos son accesibles desde la superficie. La medicin de rea superficial por la tcnica de adsorcin de nitrgeno incluir el rea superficial externa del cermico mas el rea interna de los poros abiertos.

    Porosidad interna. Los poros cerrados no son accesibles desde la superficie del material. Los instrumentos de rea superficial no detectarn las superficies dentro de los poros cerrados, as que el volumen de poros cerrados es normalmente incluido en los volmenes reportados y en la densidad de slidos.

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    Porosimetra por intrusin de mercurio.

    La presin requerida para llenar los poros ms grandes que un cierto radio r, es dado por laecuacin:

    Donde:P = presin aplicada.glv = es la tensin superficial de la interfase

    liquido-vapor.= es el ngulo de mojado.

    Para mercurio, glv es igual a 0.48 N/m y esta en el rango de 130-140. Si tomamos q=130, y si la presin la expresamos en MPa y r en mm,

    tenemos que:

    Pr

    436.0

    rP lv

    g cos2

    Porosimetra por intrusin de mercurio.Usando esta relacin entre P y r, los datos se pueden graficar para mostrar el volumen de poros penetrados versus la presin aplicada (figura de abajo). Con las presiones disponibles en los porosimetros de intrusin de mercurio, es posible medir tamaos de poro en el rango de 2 nm a 200 mm.

    Volumen de penetracin,

    cm3/g

    Dimetro de poro, mm.

    Resultados del ensayo de porosimetra en: ndulos compactos de almina calcinada. agregados porosos de almina.

    2.4.3 rea superficial y especifica.

    ommo P

    P

    cV

    c

    cVPPV

    P

    11

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    rea superficial y especifica.

    smol

    mmASE

    MV

    AVNA

    Donde:ASE = rea superficial especifica, en m

    2/g.NA = numero de Avogadro.Vm = volumen de la monocapa de gas adsorbido.Am = rea ocupada por una molcula de adsorbato (16. x 10

    -20 m2 para el nitrgeno).Vmol = volumen de un mol de gas a temperatura y presin estndar.Ms = masa de la muestra de polvo.

    CARACTERIZACIN QUMICA.

    Tcnica Limite de deteccin

    Estado de la muestra

    Aplicacin

    Espectroscopia atmica ptica

    1-1000 ppm LquidoComposicin de bulto, elementos menores, trazas de impurezas.

    Fluorescencia de rayos X (XRF)

    >0.1% Slido Composicin de bulto, elementos menores.

    Espectrometra de masa de iones secundarios (SIMS)

    < 1 ppm Slido Trazas de impurezas.

    Las caractersticas qumicas que tienen gran influencia en el procesado y propiedades de los cermicos son la composicin de bulto, elementos menores, y trazas de impurezas de elementos.

    Espectroscopia ptica atmica.

    Las tcnicas de espectroscopia ptica atmica usadas para caracterizacin de polvos cermicos son:

    a) la espectroscopia de absorcin, b) la espectroscopia de emisin atmica, y c) la espectroscopia de fluorescencia atmica.

    Todas ellas se basan en transiciones entre los niveles deenerga de tomos. En la practica, esto se logra disolviendo el solido en un liquido para formar una solucin, la cual es separada en gotas y vaporizada en tomos individuales por calentamiento.

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    Espectroscopia de fluorescencia de raos X

    La espectroscopia de fluorescencia de rayos X, se basa en las transiciones de electrones de los niveles mas externos a los subniveles mas internos del tomo. La energa asociada con esas transiciones ( 0.6-60 keV) es significativamente mayor que la asociada con las transiciones usadas en la espectroscopia ptica atmica. La fluorescencia de rayos X produce un espectro de lneas en el cual cada lnea resulta de una transicin entre dos niveles de energa.

    Espectrometra de masa de iones secundarios

    La espectrometra de masas de iones secundarios (SIMS) representa la tcnica de anlisis ms sensible y completa de entre las que se dispone en la actualidad para la caracterizacin de muestras slidas.

    La tcnica SIMS hace uso de partculas cargadas (iones primarios) que se aceleran e impactan sobre la superficie de la muestra que es objeto de anlisis. La energa cintica asociada de los iones primarios se transfiere a la muestra tras el impacto.

    Al ser un material slido, el proceso de transferencia de energa slo afecta a las capas ms externas del material, que experimenta varios procesos como efecto de la interaccin entre los que es de destacar el arrancado (desbastado) de parte de la muestra analizada y la generacin de iones (iones secundarios). Estos iones proporcionan informacin cualitativa y cuantitativa de la composicin isotpica, atmica y molecular de la muestra con independencia de sus caractersticas conductoras

    Campos de aplicacin:Caracterizacin subnanomtrica de materiales estructuradosDeterminacin semicuantitativa de elementos minoritarios y traza en materiales slidos.Estudios de distribucin espacial de contaminantes orgnicos e inorgnicos en superficiesGeocronologa!Estudios de perfiles de concentracin en profundidad de dopantes en semiconductoresCaracterizacin de recubrimientos de uso en ptica, microelectrnica, y otras aplicaciones industrialesControl de calidad de materiales a escala micromtrica/nanomtrica

    CARACTERIZACIN CRISTALOGRFICA.

    Las fases cristalinas difractan los rayos X, de acuerdo a la ley de Bragg:

    Polvos o muestras policristalinas pulidas son usadas y valores del ngulo de difraccin 2 son registrados para identificar las fases cristalinas.

    La identificacin de una fase es realizada al comparar los espaciados d y las intensidades relativas de la muestra de material contra datos de referencia para materiales conocidos.

    X-Ray diffraction pattern of kaolin

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    CARACTERIZACIN CRISTALOGRFICA.

    TCNICAS DE CARACTERIZACIN MICROSCPICA.

    Tcnica Comentarios

    Microscopia ptica Microestructura de secciones pulidas, o secciones delgadas; topografa superficial; anlisis de fases; resolucin hasta 0.2 mm.

    Microscopia electrnica de barrido (SEM) con espectroscopia dispersiva de rayos X (EDS)

    Microestructura de fractura; superficie pulida o atacada; resolucin de 10 nm; anlisis cualitativo y semicuantitativo con resolucin de 2 mm usando EDS; detectabilidad de 0.1 % con Z>11;

    Microscopia electrnica de transmisin (TEM)

    Microestructura de secciones delgadas de 20 a 200 nm de espesor; resolucin de 1 nm, identificacin de estructura cristalina por difraccin de electrones, anlisis cualitativo y semicuantitativo usando TEM con EDS con resolucin de 30 a 50 nm

    2.X REOLOGA DE SUSPENSIONES Y PASTAS.

    La reologa es la ciencia de la deformacin y del flujo.

    El conocimiento del comportamiento reolgico es esencial cuando se disea o selecciona un equipo para almacenar, bombear, transportar, moler, mezclar, atomizar, y en los sistemas de formado de cermicos.

    Los ensayos reolgicos son usados en programas para monitorear y controlar la consistencia y comportamiento de suspensiones de colado, secado por aspersin, o en esmaltado, y en pastas para impresin y decoracin de superficies.

    Las suspensiones y pastas cermicas son comnmente sistemas multicomponentes que son relativamente complejos en estructura . Las partculas que los constituyen pueden variar de tamao de partculas a coloides.

    Loe electrolitos y polmeros adicionados pueden cambiar significativamente las fuerzas interparticulas y el estado de dispersin..

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    2.X REOLOGA DE SUSPENSIONES Y PASTAS.

    El espaciado interparticula depende directamente de la concentracin de las particulas (solidos cargados), del estado de dispersin, y del empacado de particulas. La coagulacion de particulas y la floculacion de polimeros puede producir un linkage estructural, una estructura de gel, que varia con el proceso de mezclado, y la historia de corte previa a la medicion de las propiedades reologicas.

    Modelos y propiedades reologicas.

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    Figura 8. Diagrama esquemtico de geometras bsicas para el remetro

    rotacional: a) de cilindro concntrico, b) de cono y placa, c) de placa

    paralela.

    Reologa de suspensin.

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    Determinacin de la viscosidad

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    La viscosidad aparente de suspensiones cermicas se puede determinar en el laboratorio por medio de un viscosimetro de cilindro rotacional de velocidad variable (figura anexa). El cilindro gde longitud L gira a una frecuencia angular W, y el torque T producido por el medio viscoso es registrado.

    La viscosidad aparente es obtenida por medio de la siguiente ecuacin:

    PASTAS TRIAXIALES.

    PROBLEMAS PROPUESTOS

    2.1 Demostrar que el valor de esfericidad de una partcula cuya forma geomtrica es la de un cubo es de 1.24.

    2.2 Calcular la esfericidad de un cilindro cuya altura es igual a 2 veces el radio de la base (h=2r).

    2.3 Un kg de un polvo (rs = 3.96 g/cm3) es vaciado en un cilindro de 1 litro de volumen. El polvo llena 495 ml del cilindro. Cul es la densidad de bulto del polvo?

    2.4 Se mide la densidad verdadera de un polvo con la tcnica del picnmetro. Los cuatro pesos medidos son los siguientes:

    Peso del picnmetro vacio = 32.383 g.

    Peso del picnmetro lleno con agua = 84.229 g.

    Peso del picnmetro mas el polvo seco = 41.923 g.

    Peso del picnmetro con el polvo y agua = 91.170 g.

    La temperatura del agua es de 25C, y la densidad del agua a esa temperatura es de 0.99707 g/cm3. Cul es la densidad verdadera del polvo?

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    PROBLEMAS PROPUESTOS

    2.5 Una muestra de almina en polvo tiene un dimetro de partcula promedio de 10-8

    m. Calcule el rea superficial especifica por kilogramo de polvo, si la densidad de la almina es de 3.9 g/cm3.

    2.6 Nitrgeno gaseoso es adsorbido sobre un polvo de almina alfa a 77.4 K. El rea ocupada por una molcula de adsorbato es de 16.2 x 10-20 m2. A presin estndar, el volumen de un mol de gas es de 2.24 x 104 ml, y el volumen de gas requerido para formar una monocapa sobre un gramo de polvo es de 2.52 ml. Calcule el rea superficial especifica del polvo.

    2.7 El anlisis trmico gravimtrico para la descomposicin de Al2(SO4)3.16H2O indica una perdida de 27 mg durante el calentamiento de 600 a 1400 C. El peso de la muestra fue de 93.2 mg. Puede concluirse que todo el SO3 ha sido eliminado del material?

    2.8 Los resultados de porosimetra de mercurio para compactos de dos polvos de almina son mostrados en la figura x. Las partculas correspondientes a la curva superior son agregados porosos de corindn (ru = 3.98 g/cm3). Estime la fraccin volumen de poros entre agregados y la fraccin dentro de los agregados en la muestra. Cul es la porosidad aparente media de los agregados?

    PROBLEMAS PROPUESTOS

    2.9 Contrasta los tiempos de asentamiento para partculas de almina de 0.1 mm de dimetro, para una altura de asentamiento de 1 cm, bajo condiciones gravitacionales y con una centrifuga a 3800 rpm, con una posicin radial inicial de 10 cm. Tome la densidad de la almina como 3.58 g/cm3.

    2.10 Un viscosmetro de cilindros concntricos, con un cilindro interior de un dimetro de 26 mm y una copa de dimetro externo de 28 mm es usado para determinar la viscosidad a una suspensin cermica bien defloculada. La longitud efectiva del cilindro es de 50 mm. Cuando el cilindro interior gira a 60 rpm, el torque medido es de 2.4 x 10-3 N/m. Calcular la viscosidad aparente de la suspensin.

    2.11 Una arcilla tiene el siguiente anlisis qumico: 45.5 % de SiO2, 38.3 % de Fe2O3, 0.64 % de TiO2, 1.70 % de CaO, 0.25 % de MgO, 0.8 de K2O, 0.12 % de Na2O, y 13.34 % de perdidas por ignicin. Estimar la composicin de caolinita, montmorilonita, hemtita y rutilo. Considere que el MgO esta presente en la montmorilonita.

    PROBLEMAS PROPUESTOS

    2.12 Suponga que una arcilla muestra la siguiente composicin en trminos de xidos constituyentes: 51.0 % de SiO2, 32.0 % de Al2O3, 0.1 % de Na2O y 2.5% de K2O. El resto podra incluir las perdidas por ignicin, y algunas impurezas conteniendo elementos como calcio, magnesio, titanio y hierro, los cuales ignoraremos para los propsitos presentes. Determine su anlisis racional. Suponga que los minerales presentes son caolinita, cuarzo, mica sdica (paragonita), y mica potsica (muscovita) . (pag 23, Pottery science, Materials, Process and Products).

    2.13

    .