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CONFORMADO
Colaje
Dr. Hernán Alvarado
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Colaje de barbotina
Materiales de Construcción - UNT 2
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Colaje de barbotina (slip casting) – Drain
casting
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Colaje de barbotina (slip casting) – Drain
casting
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Características
En el colaje se consideran las siguientes características:
Una barbotina que se prepara con un polvo suspendido en un líquido adecuado. El tamaño de partícula oscila entre 1-10 m, aunque un pequeño porcentaje esté por debajo de 1 m y puede haber granos mayores de 100 m.
Adición de agentes defloculantes para formar una doble capa alrededor de cada partícula para estabilizar la suspensión y alcanzar la densidad máxima.
Aglomerantes, añadidos para dar consistencia a la pieza en verde y poder manipularla.
Mezclado y vertido sobre un molde poroso, en donde se absorbe buena parte del líquido provocando la consolidación del producto colado.
La pieza en verde se saca del molde, se seca y se somete a cocción.
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Características de la suspensión para colaje
Se requieren suspensiones que posean: - baja viscosidad - elevado potencial zeta (suf. alejado del PIE) - alto contenido de sólidos.
La estabilidad se alcanza cuando las fuerzas de repulsión entre partículas (debida a la doble capa) predomina sobre el efecto de atracción de las fuerzas de Van der Waals.
La estabilidad de una suspensión coloidal apta para el colaje se puede estudiar en función de dos parámetros: la viscosidad y el potencial zeta.
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Propiedades a controlarse para dar un
colaje satisfactorio
Viscosidad
Velocidad de sedimentación
Colaje de piezas huecas
Velocidad de colaje
Contracción
Velocidad de desprendimiento del molde
Consistencia
Ausencia de burbujas
Constancia de propiedades (reproducibilidad)
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Composiciones de Colaje de Barbotina
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Mecánica del colaje de barbotina
La presión en la interfase yeso-colado es aproximadamente igual a la succión
de capilaridad del molde de yeso () y es aproximado por la expresión:
Donde: Sg es el área de superficie específica del yeso
es la tensión superficial del líquido interparticular
es el ángulo de contacto.
La presión de succión de capilaridad para el agua en yeso varia entre 0,03 MPa
y 1 MPa, dependiendo del tamaño de poro promedio en el molde de yeso.
El colaje en barbotina está limitado generalmente a la producción de artículos
de paredes delgadas (espesor máximo 1,5 cm) debido a las limitaciones de
velocidad de colado impuestas por las resistencias hidráulicas del colado y del
molde.
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Espesor de capa del colado ( ):
Donde: es la altura de la interfase aire-slip
es la altura de la interfase aire-slip al comienzo del colaje
es la profundidad de la interfase aire-filtrado en el molde
es la fracción en volumen de huecos (porosidad) en el molde
es el factor de balance de masa igual a:
(la cantidad de líquido transferido del slip
tiene que llenar los poros en el molde)
En esta última expresión:
c es la fracción en volumen de sólidos en el slip.
es la fracción en volumen de huecos en la capa de colado.
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Velocidad de crecimiento de la capa de
colado: Donde: es la viscosidad del filtrado
m es la resistencia hidráulica específica del molde
c es la resistencia hidráulica específica del colado.
Esta ecuación predice que la velocidad de colado puede ser incrementado por:
(i) la disminución de m y c (y del n)
(ii) el incremento de P, c, m y c.
La resistencia hidráulica específica (o permeabilidad recíproca) de un queque
es afectado fuertemente por el tamaño de partícula y la densidad de
empaquetamiento, como es mostrado por el modelo de Carman-Kozeny:
Donde: S es el área de superficie específica del polvo. En el caso de
partículas esféricas, S puede ser aproximado como 3c/r, donde r = radio de la
partícula.
(m-2) describe cuan rápido el líquido puede vaciarse a través de un medio
poroso con fracción de volumen de huecos
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La disminución de puede ser logrado a
través de: Un incremento del tamaño de partícula de la capa consolidada
de cerámica en verde (disminuyendo S).
Un incremento de la porosidad de la capa de cerámica en verde consolidada.
El efecto de del molde depende fuertemente del tamaño de partícula d de la cerámica que está siendo colada: - Para sistemas de arcilla d<0,5m, la resistencia de la capa colada es más grande que la del molde. - Para polvos cerámicos sintéticos tÍpicamente 1m < d < 5m, la resistencia del molde es usualmente más grande que la de la cerámica colada, hasta 5 veces más grande para una operación de colaje en barbotina típico.
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Un factor de balance de masa (n) bajo
puede ser logrado:
Maximisando el contenido de sólidos en la suspensión.
Incrementando las porosidades del molde y el colado.
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Mecánica del colaje de barbotina
El proceso de colaje de barbotina involucra el flujo de líquido a
través de un medio poroso, que se describe por la ley de Darcy. En
una dimensión, la ley de Darcy puede ser escrita como:
Donde J es el flujo de líquido, K es la permeabilidad del medio poroso,
dp/dx es el gradiente de presión que causa que el flujo surja de la
presión de succión de capilaridad del molde. A medida que la
consolidación de las partículas avanzan, el filtrado (es decir, el líquido)
pasa a través de dos tipos de medios porosos: (1) la capa consolidada
y (2) el molde.
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Ventajas y Desventajas del Colaje de
Barbotina:
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Ventajas:
Completa dispersión del polvo cerámico en un
líquido de, relativamente, baja viscosidad.
Posibilidad de obtener piezas de forma
compleja.
Costes relativamente bajos.
Desventajas:
Capacidad de producción baja.
Baja precisión dimensional.
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Colaje de barbotina: espesor de queque [R
eed, 1995:4
98]
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Efectos de la presión, temperatura y
contenido de sólidos
[Reed, 1995:4
99]
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Efecto del defloculante [R
eed, 1995:5
01]
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