UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DE CUSCOFACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA, ELECTRNICA, MECNICA Y MINASCARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECNICA

TEMA: CERAMICOS Y PULVIMETALURGIA CURSO:CIENCIA DE LOS MATERIALES II DOCENTE:ROSADO PACHECO RENE. HALUMNOS:

1. Gustin Camacho Riguel 0704791. Yabar Achaya Adrian Elvis 1302651. Aguilar Caceres Julio Cesar 1310381. Huallpa Sanchez Angel Edison1307021. Papichin 2

2014-I

Introduccin

Losmaterialescermicos son materiales inorgnicos compuestos por elementos metlicos y no metlicos vinculados qumicamente. Pueden ser cristalinos, no cristalinos o una mixtura de ambos.

Poseen una alta dureza yresistenciaal calentamiento, pero tienden a la fractura frgil. Se caracterizan principalmente por su bajo peso, alta rigidez y baja tenacidad, alta resistencia alcalory al desgaste, poca friccin y buenas propiedades aislantes.

Los materiales cermicos son baratos, pero su procesado hastaproductoterminado es normalmente lento y laborioso. Adems, la mayora de estos materiales se daa fcilmente por impacto a causa de su baja o nula ductilidad.

Histricamente, los cermicos se cuentan entre los materiales ms antiguos hechos porel Hombre. Si bien su invencin data del Neoltico, el primer pueblo que desarrolltcnicaspara elaborar lacermicafue el Chino, pasandoel conocimientoaJapn, laIndia, Medio Oriente,Egipto,Greciay finalmenteEuropa. Estas civilizaciones, en contraposicin a las culturas prehistricas que simplemente dejaban secar las piezas de cermicas al sol o junto a una fogata, fueron desarrollandomtodosdecoccinen hornos, lo que mejor lasprestacionesdel material y sus bondades estticas.

Clasificacin

Materiales cermicos: clasificacin Por su origen - cermicas naturales. - cermicas transformadas. - cermicas sintticas.

Por su campo de aplicacin - vidrios. - arcilla cocida. - abrasivos. - refractarios. - cementos. - cermicas avanzadas.Materiales cermicos: Clasificacin por su estructura. - cermicas ionicas. - cermicas covalentes. - slice y silicatos. - aleaciones cermicas. - cermicas cristalinas. - vidrios cermicos. - cermicas vtreas.

DiamanteEl diamante es un polimorfo metaestable de carbono atemperaturaambienteypresinatmosfrica. Cadatomode carbono est unido con otros cuatro tomos de carbono mediante enlaces totalmente covalentes.Se caracteriza por ser extremadamente duro (el material ms duro conocido) y por su poca conductividad elctrica

GrafitoEl grafito es otro polimorfo del carbono cuya estructura cristalina est compuesta por capas de tomos de carbono dispuestos hexagonalmente: en cada capa cada tomo de carbono est unido a tres tomos coplanales por enlaces covalentes; el cuarto electrn de enlace participa en enlaces de tipo fuerzas de van der waals entre las capas. Como consecuencia de estos enlaces interplanares dbiles, la separacin interplanar es considerable y el deslizamiento entre planos fcil. Sus propiedades: Alta conductividad elctrica, alta resistencia y buena estabilidad qumica a temperaturas elevadas.

Estructuras cermicas de silicatosMuchos materiales cermicos contienen estructuras de silicatos con tomos de silicio y oxgenos enlazados entre s en varias distribuciones. Tambin un nmero de formaciones naturales de tipo mineral tales como arcillas feldespatos y micas son silicatos; ya que el silicio y eloxgenoson los dos elementos ms abundantes encontrados en la corteza terrestre.Se caracterizan por su bajoprecio, disponibilidad y por sus propiedades especiales. Las estructuras de silicato son particularmente importantes para materiales deconstruccineningeniera: vidrios,cementoPortland, ladrillos y aislantes elctricos.

Imperfecciones en las estructuras cermicas cristalinasDefectos atmicos puntualesEn los materiales cristalinos cermicos los tomos existen como iones cargados. Esto hace que la estructura de defectos debe cumplir las condiciones de electroneutralidad . Por consiguiente los defectos en las cermicas no ocurren de forma aislada. Un tipo de defecto est formado por una vacante catinica y3un catin intersticial. Esto se denomina un defecto Frenkel. Puede verse como un catin que abandona su posicin normal y se mueve a una posicin intersticial manteniendo su contribucin de carga positiva, lo que asegura la neutralidad.Otro tipo de defecto encontrado en materiales AX es un par vacante catinica- vacante aninica conocido como defecto Schottky, creado por la eliminacin de un catin y un anin desde el interior de un cristal. El hecho de que para cada vacante aninica exista una vacante catinica asegura que la neutralidad de la carga del cristal se mantenga.Estos dos defectos, por otra parte, no alteran las proporciones de aniones y cationes manteniendo laestequiometraen el material.Impurezas en cermicasLos tomos de impurezas pueden formarsolucionesslidas en los materiales cermicos tanto intersticiales como sustitucionalesEn el caso de las intersticiales, los radios inicos de las impurezas deben ser pequeos en comparacin con los del anin. Una impureza sustituir al tomo disolvente que sea ms similar en elcomportamientoelctrico. Para que en el estado slido haya una solubilidad apreciable de los tomos de impurezas sustitucionales, los tamaos inicos y la carga deben ser casi iguales a los de los inoes disolventes. Si una impureza tiene una carga distinta a la del in al cual sustituyeredcomo los anteriormente descriptos.

DislocacionesEn algunos materiales cermicos incluyendo el lif, el zafiro (Al2O3) y el MgO se observan dislocaciones. Sin embargo estas no se mueven con facilidad debido a un vector de Burguers grande a la presencia de relativamente pocossistemasde deslizamientos y a la necesidad de romper enlaces inicos fuertes para despus obligar a los iones a deslizarse a los de carga opuesta. Como consecuencia las grietas no se redondean por la deformacin del material que se encuentra en la punta de la grieta y su propagacin contina. Eso es lo que hace de los cermicos, materiales frgiles.

Defectos superficialesLoslmitesde grano y las superficies de las partculas son defectos superficiales importantes en los cermicos. Un cermico con grano de tamao fino tiene mayor resistencia que uno de grano ms grueso. Los granos ms finos ayudan a reducir los esfuerzos que se desarrollan en sus bordes debido a la expansin y a la contraccin anisotrpica, Normalmente se produce un tamao de grano fino utilizando desde el principio materias primas cermicas de partculas ms finas (en el caso de sinterizado).Las superficies de las partculas que representan planos de uniones covalentes o inicas rotas y no satisfechas, son reactivas. Distintas molculas pueden ser absorbidas en la superficie para reducir la energa superficial, alterando su composicin, sus propiedades y su conformabilidad.PorosidadEn un material cermico los poros pueden estar interconectados o bien, cerrados. La porosidad aparente mide los poros interconectados y determina la permeabilidad (facilidad con la cual pasangasesy otros fluidos a travs del cermico). Se determina pesando el material cermico seco (WD) despus de vuelve a pesar cuando est suspendido enagua(WS) y despus de que ha sido retiradoel agua(WW)

La porosidad real incluye tanto poros interconectados como cerrados

B es ladensidaden masa y c es la densidad real del cermico.Ejemplos de materiales cermicosNitruro de silicio (Si3N4), utilizado como polvo abrasivo.Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos demicroondas, en abrasivos y como material refractario.xido de cinc (ZnO), semiconductor.Magnetita (Fe3O4), es utilizado en ncleos detransformadoresmagnticos y en ncleos dememoriasmagnticas.Esteatita, utilizada como un aislante elctrico.Ladrillos, utilizados en construccin.

PropiedadesPropiedades elctricas de los cermicos:Los materiales cermicos se usan ampliamente en laindustriaelctrica yelectrnica. Principalmente como aislantes (dielctricos) elctricos o encapacitores.Otra aplicacin difundida es derivada de las propiedades piezoelctricas de ciertos tipos de cermicas.

Propiedades de los componentes dielctricos:La unin inica y covalente en materiales cermicos restringe la movilidad de los iones y de los electrones (los cales se comporten entre dos tomos o son cedidos de un tomo a otro) y esto determina que estos materiales sean buenos aislantes elctricosExisten 3 propiedades bsicas de los componentes dielctricos.Constante dielctrica Ruptura dielctrica Factores de perdida

Comportamiento dielctrico:Este tipo de material cermico presenta una estructura bipolar (entidades de cargas (+) y (-) a nivel atmico o molecular separadas) por lo en presencia de uncampo elctricoestos se orientan y es posible usarlos en capacitores.Constante dielctrica:Laconstante dielctricade un medio continuo es unapropiedadmacroscpica.El efecto de la constante dielctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador elctrico o capacitor. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dielctrico diferente delairela capacidad dealmacenamientode la carga del condensador aumenta. De hecho la relacin entre la capacidad inicialCiy la finalCfvienen dada por la constante elctrica:

La alta constante dielctrica de ciertos tipos de cermicos permite la miniaturizacin de capacitores.

C = (E. k . A) / dC: capacidadE: Permeabilidad en el vaco (ctte)k: constante dielctrica d: distancia entre placas

La tabla 10.7muestravaloresde constante dielctrica de algunos materiales aislantes cermicos.

Referencia:K Vaco1

K Aire1.00059

Rigidez dielctrica:Entendemos por rigidez dielctrica el valor lmite de la intensidad del campo elctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor (ruptura elctrica). Tambin podemos definirla como la mxima tensin que puede soportar un aislante sin perforarse. A esta tensin se la denomina tensin de rotura.Si el dielctrico es sometido a una diferencia de voltaje suficientemente alta, el esfuerzo de los electrones y los iones en su intento por pasar a travs del dielctrico puede superar la rigidez dielctrica ocasionando que el material empiece a fallar y finalmente se produzca el paso de electrones.La tabla 10.7 muestra valores de rigidez dielctrica de algunos materiales aislantes cermicos.

Factor de prdida:Es una medida de la energa elctrica perdida (en forma de calor) por un capacitor en un circuito decorriente alterna.La tabla 10.7 muestra valores de factor de prdida de algunos materiales aislantes cermicos.

Comportamiento piezoelctrico:Efecto electromecnico por el cual unafuerzamecnicaen un material ferro elctrico produce una respuesta elctrica o fuerzas elctricas una respuestamecnica.Algunos pocos materiales cermicos como el titanato de bario los cuales son cermicos denominados ferro elctricos que se caracterizan por ser cermicos inicos cristalinos cuyas celdas unidad no poseen centro de simetra y por ende contienen pequeos momentos dipolares que en su sumatoria darn un momento dipolar total.

En la figura superior vemos un esquema ilustrativo de dipolos dentro de un material piezoelctrico.Veamos primero que si sometemos la pieza a esfuerzos compresivos se reducir la distancia entre dipolos y por ende el momento bipolar total por unidad devolumendel material, lo cual modifica la densidad de carga en las caras de la muestra y as cambia la ddp.

En segundo lugar veamos que si aplicamos un campo elctrico la densidad de carga en los extremos de la muestra cambia lo que implica variacin en las dimensiones de la muestra

Semiconductores cermicos:Mediante soluciones slidas de xidos metlicos sintetizados de Mn, Ni, Fe, Co y Cu con alta diferencia de resistividad se pueden crearsemiconductorescon una conductividad intermedia por combinacin de xidos metlicos.EJ: El compuesto cermico magnetita Fe3O4 tiene una resistividad de 10-5 O.mLa mayora de los xidos metlicos de transicin tienen una resistividad de 10 8 O .mSi a la magnetita Fe3O4 de alta conductividad le aditamos cantidades crecientes de MgCr2O4 de alta resistividad lograremos reducir gradualmente la conductividad de la solucin slida.Aplicaciones:Circuitos integrados,transistores, microprocesadores

PROPIEDADES TRMICAS DE LOS CERMICOS:

En general la mayora de los materiales cermicos tiene baja conductividad trmica debido a sus fuertes enlaces inicos covalentes y son buenos aislantes trmicos. La figura 10.49 compara conductividades trmicas de distintos materiales cermicos enfuncinde la temperatura. Debido a la resistencia al calentamiento son usados como refractarios.

Conductividad trmica:La conduccin trmica es un fenmeno por el cual el calor setransportede una regin de alta temperatura del material a otra de baja temperatura. La conductividad trmica caracteriza la capacidad de un material de transferir calorLos materiales que no poseen electrones libres son aislantes trmicos y solo existe transporte de calor por vibraciones de la red.Elvidrioy otras cermicas amorfas tienen conductividades menores que las cermicas cristalinas por su estructura atmica altamente desordenada e irregular.

Esfuerzos trmicos tensiones:Las tensiones trmicas son tensiones inducidas en un cuerpo como resultado deCambios en la Temperatura.Tensiones resultantes de la expansin y contraccin trmicas confinadas.Lo cual puede producir fracturas y agrietamiento, lo cual se da por lo general en losprocesosde secado.

Choque trmico de un material frgil:El enfriamiento rpido de un material introduce en las tensiones superficiales de reaccin, contribuyendo a la formacin de grietas y su propagacin a partir de defectos superficiales y pudiendo producir rotura. La capacidad de un material de soportar estaclasede falla se llama resistencia al choque trmico. Para un cuerpo cermico que es rpidamente enfriado, la resistencia al choque trmico depende no solo de la magnitud delcambiode la Temperatura sino tambin de las propiedades mecnicas y trmicas del material. La resistencia al choque trmico es mejor para cermicos que tienen alta resistencia a la fractura as como bajo modulo deelasticidady bajo coeficiente de expansin trmica.

Porosidad:Los poros cumplen una funcin importante, al permitir soportar shocks trmicos (quebraduras como resultado del rpido cambio de temperatura). Cuando la porosidad es ms baja se produce una prdida de la capacidad aislante y de la resistencia al shock.

Punto defusin:En general, los cermicos tienen alto punto defusin, debido a sus uniones inico covalentes.

Propiedades mecnicas de los cermicos:Considerando a los cermicos como una clase de material, podemos decir que estos son relativamente frgiles, en estos la resistencia a la traccin (o tensin) que soportan los materiales cermicos vara enormemente pero en ningn caso soporta los 172 MpaMientras que la resistencia a la compresin es de 5 a 10 veces superior.Por lo general los materiales cermicos son duros y tienen baja resistencia al impacto debido a sus uniones inico covalentes.Mecanismos para la deformacin en cermicos:Con enlaces covalentesentre capas de tomos: en esta situacin cuando el material es sometido a una traccin lo suficientemente alta se separan las uniones de pares de electrones sin que se vuelvan a formar luego y se produce una fractura quebradiza.Es por eso que los cermicos enlazados covalententemente son frgilestangopara estructuras monocristalinas como policristalinas.Con enlace Inico:Monocristalinos:muestran deformacin plstica bajo fuerzas compresoras a temperatura ambiente. Ej.: oxido de magnesio y cloruro de sodio (sin embargo los cermicos policristalinos son los mas usados en la industria); en estos los deslizamientos se producen sobre las filas. de planos {110} donde los iones son de igual carga.Policristalinos:En regiones donde predominan los enlaces inicos, la rotura se produce por repulsin de iones de igual carga al querer producir deslizamiento sobre la flia. de planos {100}.

Factores que afectan la resistencia de los materiales cermicos:La falla mecnica en materiales cermicos se da principalmente por defectos estructurales. En cermicos policristalinos las principales causa de fractura de deben a la presencia de grietas superficiales, poros, inclusiones y granos de gran tamao.En los poros se concentran grandes esfuerzos y cuanto el esfuerzo alcance cierto valor crtico se formara una grieta y se propagara hasta que ocurre la fractura (considerando que la tenacidad de estos materiales es baja por lo que no se oponen a las propagaciones de fisuras).

Tenacidad:Los materiales cermicos debido a su combinacin de enlaces inico covalente tienen baja tenacidad.La tenacidad es la resistencia a la ruptura y a las deformaciones, y est representada por el rea bajo la curva de tensin-deformacin. Al ser sta pequea (por la falta de una etapa de deformacin plstica), la energa que pueden absorber los cermicos antes de la ruptura es poca.

La tenacidad como rea bajo la curva tensin- deformacin.A pesar de esto la tenacidad puede aumentarse mediante procesos como la presin en caliente de cermicos con aditivos y reacciones a de aglutinacin.Dureza:La gran dureza de los cermicos se debe a sus fuertes enlaces covalentes y es una de sus principales caractersticas. A razn de esto suelen ser usados como abrasivos (ej. carburo de silicio, SiC) para pulir otros materiales.

Rotura por fatiga en cermicos:Como en los cermicos hay ausencia de plasticidad al ser sometidos a esfuerzos cclicos, la fractura por fatiga en materiales cermicos es poco comn.Pero existen ciertos casos comprobados como el de alumina policristalina que a temperatura ambiente despus de 79.000 compresiones cclicas presento fisura por fatiga.

Cermicos tradicionales y cermicos de ingenieraOtra clasificacin de los cermicos los divide en cermicos tradicionales y de ingeniera.Cermicos tradicionales.Los cermicos tradicionales son silicoaluminados derivados de materias primasminerales. Se constituyen de tres componentes bsicos: la arcilla (SiO2Al2O3OH), slice o silex (SiO2, arena) y feldespato (SiAlO2K o SiAlO2Na).Laarcilla, a su vez, est compuesta principalmente por silicatos dealuminiohidratados con pequeas cantidades de otros xidos. Antes que el material endurezca por el fuego, las arcillas se pueden trabajar, y constituyen el cuerpo principal del material. Por su lado, elslice(SiO2, silex, arena o cuarzo) funde a altas temperaturas y constituye el componente refractario de los cermicos tradicionales. Elfeldespato potsicofunde a baja temperatura, transformndose en vidrio, formando una fase lquida que une los componentes refractarios y facilita la sinterizacin.Lasaplicaciones estructuralesde la arcilla, como los ladrillos para la construccin, las tuberas de desage, las tejas y las losetas para pisos, estn fabricadas a partir de "arcillas brutas" o naturales, las cuales contienen los tres componentes bsicos.Cermicos de ingeniera.Las cermicas tcnicas o de ingeniera son fabricados con compuestos sintticos puros o casi puros; principalmente xidos, carburos, nitruros. Algunas de las ms importantes cermicas de ingeniera son:almina(Al2O3) enindustriasmicroelectrnicas, nitruro de silicio (Si3N4) se usa paraherramientasde corte como eltorno, carburo de silicio (SiC) se utiliza como abrasivos y circonia (ZrO2) combinados con algunos otros xidos refractarios, para recubrimiento de las superaleaciones de los labes de las turbinas.

Procesamiento de cermicos tradicionalesLas etapas bsicas para el procesado de cermicos son tres:1. Preparacin del material2. Moldeado(en seco o en hmedo)3. Tratamiento trmicopor secado yhorneadopor calentamiento de la pieza de cermica.Conformado, procesamiento de materiales cermicosLos materiales cermicos tiene dos propiedades que son determinantes de sus mtodos de conformado y procesado. Poseen un alto punto de fusin y casi nula deformacin trmica hasta a altas temperaturas. Estos factores hacen que la fusin de los cermicos para conformarlos y trabajarlos como lquidos sea inviable. Es por ello que se le da forma al polvo o mezcla de polvo, agua y aditivos sin previa coccin y luego se produce la liga cermica por calentamiento.El esquema de la figura muestra los distintos tipos de materiales cermicos:

Las materias primas de cada producto varan de acuerdo a las propiedades requeridas por la pieza terminada. En las cermicas tradicionales, las que se emplean con mayor frecuencia son losbarrosoarcillas.Productos de la arcillaLas arcillas contienen muchas fases, pero la ms importante es la arcilla mineral, como la caolinita, que le confiere la plasticidad. La cantidad y tipo de minerales en una arcilla varan considerablemente; sin embargo, las caractersticas comunes de todos los materiales arcillosos son una estructura lam inar y la capacidad de absorber agua en la superficie y entre esas placas.Muchos de los procesos hoy en da se producen a partir de estas materias primas, las cuales primero son sometidas por una operacin de molienda para reducir su tamao de partcula mediante un molino de bolas. El polvo obtenido tiene una buena plasticidad y su humedad vara segn elmtodode conformado a usar, pero su resistencia es baja debido a que el conformado se hace en verde. Tambin se utilizan slice y feldespatos (usados como fundentes); estos ltimos para formar una fase vtrea en las pastas, a fin de promover la vitrificacin y translucidez.La arcilla es un ingrediente barato que se encuentra en abundancia y son fciles de conformar se clasifica enproductos estructurales de arcilla(ladrillos, baldosas, tuberas) y lasporcelas(alfarera, sanitarios y vajillas). La mezcla de los ingredientes con agua es una prctica comn. El agua hace que la arcilla sea maleable, y en consecuencia, fcil de trabajar en ese estado luego para retirar la humedad es despus cocida a temperaturas elevadas y adems conferirles buena resistencia mecnica.Las arcillas son alumiosilicatos formadas por aluminia y slice que contienen agua enlazada qumicamente,Los minerales de arcilla desempean un papel fundamental en las piezas cermicas, estos cuando se aade agua, se hacen muyplsticos, (propiedad que se denomina hidroplasticidad) las molculas de agua del liquido encajan entre las capas formando una pelcula delgada alrededor de las partculas de arcilla permitindoles moverse libremente una respecto de las otras, lo cual resulta una mezcla de arcilla-agua

Tcnicas de conformadoExisten diversas tcnicas, y la que se elija depende del material y de la forma, el tamao y las propiedades que se deseen para el componente terminado. Las principales clasificaciones de las tcnicas de conformado son en seco y en hmedo.Moldeos en hmedoMoldeo en barbotina o colado.En un molde de escayola (yeso) se vierte una mezcla de arcilla y agua llamada barbotina; el molde absorbe el agua de la pasta, que forma una capa delgada en su cara interna. Cuando el depsito de arcilla es lo suficientemente grueso como para formar las paredes del recipiente, se vaca el resto de la barbotina, manteniendo la pieza hmeda en el interior del molde hasta que se seque y contraiga lo suficiente parapoderextraerla del mismo. Las piezas pueden alcanzar un 9% de humedad, necesitando unsecado previoa la coccin. El molde se construye de forma que sea desmontable. Con esteprocesose fabrican los sanitarios.

Figura 4.Tiempoque permanece la barbotina en el molde, segn espesor de la pieza.Como se ve en laFigura 4, el espesor es funcin del tiempo en que se deja la barbotina en el molde de yeso. En laFigura 5se observa el proceso para una pieza maciza(a)y otra hueca(b).

Figura 5.Proceso de moldeo en barbotina para piezas macizas y huecas.Moldeo por presin.Se utiliza una pasta lquida a presin para aumentar lavelocidadde formacin de las piezas. No se utilizan moldes de escayola, ya que carecen de la resistencia y estabilidad necesarias a estas temperaturas y presiones. Las piezas suelen salir con aproximadamente 7% de humedad, por lo que es fundamental el secado de las mismas previa a la coccin. Mediante este proceso no es posible la obtencin de piezas de gran tamao debido a los alabeos que se producen en la pieza hmeda poraccinde la gravedad. Un ejemplo que utiliza esta tcnica es la vajilla.Extrusin.Una mquina de extrusin fuerza una masa plstica bastante rgida a travs de una boquilla para formar una barra deseccin constanteque puede recortarse en tramos. La arcilla se comprime en el cilindro, por medio de un pistn. Los tubos, tejas, ladrillos y algunos aislantes elctricos se fabrican por extrusin.Moldeos en secoPrensado en seco.Consiste en compactar polvos secos o ligeramente hmedos a una presin lo suficientemente alta como para formar un artculo relativamente denso y resistente que se pueda manejar. La pasta lquida se seca poratomizacin. La mezcla se da forma a alta presin en unamatrizdeacero.En general se emplean dos tipos deprensa, la hidrulica y la mecnica. Es importante que la pieza se prense, de manera que adquiera una densidad lo ms homognea posible, de lo contrario se corre el peligro de que se alabe o que se contraiga irregularmente al cocerla. Cuanto mejor fluya la mezcla durante el prensado, ms fcil ser conseguir una densidad uniforme. Elprensado por ambos extremosconfiere mayor homogeneidad que la que se conseguira si solo se actuara por arriba. Con lalubricacin de las paredesse acaba de perfeccionar la operacin.Este mtodo se usa con frecuencia para fabricar materiales refractarios, componentes cermicos electrnicos y algunas baldosas, las cuales actualmente se pueden fabricar con mayores tamaos.

AcabadoLuego del moldeo, se le da un acabado a la pieza, que, dependiendo de cada caso, constar de recorte y desbarbado, eliminacin de aletas, costuras y sobrantes (ya sea de forma automtica omanual), acabado superficial, acabado en seco (con papel de lija o cepillo) o acabado en hmedo (con esponja o pincel suave).

Secado y cocidoUna pieza cermica que ha sido conformada hidroplsticamente o por moldeo en barbotina retiene mucha porosidad, y su resistencia es insuficiente para la mayora de las aplicaciones prcticas. Adems, puede contener an algo del lquido (agua, por ejemplo) aadido para ayudar a la operacin de conformado. Este lquido es eliminado en un proceso de secado; la densidad y la resistencia aumentan como resultado del tratamiento a alta temperatura o por el proceso de coccin. Las tcnicas de secado y coccin son crticas, ya que una contraccin no uniforme durante estasoperacionespuede originar tensiones que introduzcan muchos defectos, como grietas o distorsiones, que hacen que la pieza se vuelva intil.

SecadoDurante el secado, elcontrolde la velocidad de eliminacin de agua es crtico. A medida que un cuerpo cermico de arcilla se seca, tambin experimenta contraccin. En las primeras etapas de secado, las partculas de arcilla estn rodeadas por una pelcula muy fina de agua. A medida que el secado progresa y se elimina agua, la distancia entre partculas disminuye, lo cual se pone de manifiesto en forma de una contraccin. El secado en la parte interna de un cuerpo se realiza por difusin de molculas de agua hasta la superficie, donde ocurre la evaporacin. Si la velocidad de evaporacin es mayor que la velocidad de difusin, la superficie se secar, y por lo tanto se encoger ms rpidamente que en el interior, con una altaprobabilidadde formacin de los defectos antes mencionados. La velocidad de evaporacin superficial debe ser, como mximo, igual a la velocidad de difusin del agua, y puede ser controlada mediante la temperatura, humedad y velocidad del flujo de aire.Otros factores tambin influyen en la contraccin. Uno de ellos es el espesor del cuerpo; la contraccin no uniforme y la formacin de defectos son ms pronunciados en las piezas de gran espesor que en las delgadas. El contenido de agua del cuerpo conformado tambin es crtico: cuanto mayor sea, mayor resultar la contraccin, y por eso se busca mantenerlo tan bajo como sea posible. El tamao de las partculas de arcilla tambin influye en la contraccin: sta aumenta cuanto menor es el tamao de partcula. Para minimizar este efecto, el tamao de las partculas puede aumentarse, o bien se pueden adicionar materiales no plsticos con partculas relativamente grandes.Secado por atomizacin.Una boquilla atomizadora en la parte superior de una gran cmara divide la pasta lquida en pequesimas gotas que caen a travs de gases calentados, de forma que cuando llegan al fondo de la cmara lo hacen en forma de pequeas esferas, a menudo huecas. Dichas esferas son barridas por un rascador giratorio hacia un transportador.

Secado de cmara.La cermica se coloca en una cmara y el ciclo se completa sinmovimientode la misma. Unos ventiladores de poca velocidad impulsan el aire a travs de serpentines de vapor, que luego llega a las piezas mediante aletas graduables.Secadores continuos.Las piezas de cermica avanzan sobre carretillas o bandas transportadoras, dispuestas en lnea recta o en capas, y van siendo sometidas a una secuencia de condiciones definidas.Coccin.La coccin de losproductoscermicos es una de las etapas ms importantes del proceso de fabricacin, ya que de ella dependen gran parte de las caractersticas del producto cermico: resistencia mecnica, estabilidad dimensional, resistencia a los agentes qumicos, facilidad de limpieza, resistencia al fuego, etctera. Lasvariablesfundamentales a considerar en la etapa de coccin son elciclo trmico(temperatura-tiempo, ver Figura 8), y laatmsfera del horno, que deben adaptarse a cada composicin ytecnologade fabricacin, dependiendo del producto cermico que se desee obtener.

Figura 8.Ciclo trmico de coccin.La operacin de coccin consiste en someter a las piezas a unciclo trmico, durante el cual tienen lugar una serie de reacciones en la pieza que provocan cambios en su microestructura y les confieren las propiedades finales deseadas. A medida que la temperatura va aumentando, se van quemando los distintos materiales que componen la cermica. Entre 300 y 400 0C se quema lamateriaorgnica que es la que permite mantener la forma como fue moldeada. A los 700 0C se queman los carbonatos producindose la liga de la cermica (cohesin). A los 800 0C se produce la reaccin entre las materias primas (arcilla, feldespato, etc.). El quemado es hecho a una temperatura por debajo del punto de derretimiento de la cermica.Siempre queda alguna porosidad, pero la real ventaja de este mtodo es que la hornada puede ser producida de cualquier modo imaginable, e incluso puede ser sinterizado. La temperatura mxima de coccin depende del producto deseado; por ejemplo, para la porcelana, que necesita ser de grancalidadcon poca porosidad, se eleva la temperatura a 1370 0C. Para la loza sanitaria, que no precisa tanta calidad, se lleva a 1270 0C.Coccin rpida.La coccin rpida de las baldosas cermicas, actualmente predominante, se realiza en hornos monoestrato de rodillos, los que han permitido reducir extraordinariamente la duracin de los ciclos de coccin hasta tiempos inferiores a los 40 minutos, debido a la mejora de los coeficientes de transmisin de calor de las piezas, y a la uniformidad y flexibilidad de los mismos.En los hornos monoestrato, las piezas se mueven por encima de los rodillos, y el calor necesario para su coccin es aportado por quemadoresgas natural-aire, situados en las paredes del horno. Los mecanismos principales de transmisin de calor presentes durante este proceso son la conveccin y laradiacin.Procesamiento y aplicacin de cermicos avanzadosLos cermicos estructurales avanzados estn diseados para optimizar las propiedades mecnicas a temperaturas elevadas.

PULVIMETALURGIA

Lapulvimetalurgiaometalurgia de polvoses un proceso de fabricacin que, partiendo de polvos finos y tras su compactacin para darles una forma determinada (compactado), se calientan en atmsfera controlada (sinterizado) para la obtencin de la pieza.Este proceso es adecuado para la fabricacin de grandes series de piezas pequeas de gran precisin, para materiales o mezclas poco comunes y para controlar el grado de porosidad o permeabilidad. Algunos productos tpicos sonrodamientos,rboles de levas,herramientasde corte,segmentos de pistones, guas de vlvulas, filtros, etc.

Obtencin de los PolvosGeneralmente se realiza de metales puros, principalmentehierro,cobre,estao,aluminio,nquelytitanio, aleaciones comolatones,bronces,acerosyaceros inoxidableso polvos pre-aleados. Procesos tpicos son:1. Atomizacin en estado lquido.El metal fundido se vierte a travs de un embudorefractarioen una cmara de atomizacin, hacindole pasar a travs de chorros de agua pulverizada.1. Atomizacin con electrodo fungible (electrlisis)Se colocan barras o lminas como nodos en un tanque que contiene un electrolito. Se aplica corriente y tras 48 horas se obtiene en los ctodos un depsito de polvo de aproximadamente 2mm. Se retiran los ctodos y se rascan los polvos electrolticos.1. Reduccin de xidos metlicos.Se reducen los xidos metlicos a polvos metlicos ponindolos en contacto con el gas reductor a una temperatura inferior a la de fusin.1. Pulverizacin mecnica.til en metales frgiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a travs de un gas, separndose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador ciclnico.1. Condensacin de vapores metlicos.Aplicable en metales que pueden hervir condensando el vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y zinc)

Dosificacin y mezclaGeneralmente, para obtener las caractersticas requeridas ser necesario mezclar polvos de tamaos y composiciones diferentes. Igualmente se puede aadir aditivos que acten comolubricantesdurante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado crudo.Debido a la elevada relacin rea superficial/volumen esto quiere decir que cuanto ms dividido est el polvo, ms rea de exposicin al medio ambiente posee este. La mayora de los polvos metlicos tienden a reaccionar con el oxgeno del ambiente generando as una flama en la mayora de los casos, adems de otros como elmagnesioque es explosivo, por lo que debern manejarse con precaucin, y para contenerlos (los polvos) se utilizan normalmente cuartos de ambientes controlados.Compactacin en froEl polvo suelto se comprime mediante prensas mecnicas o hidrulicas en una matriz, resultando una forma que se conoce como pieza en verde o compactado crudo. Las prensas ms utilizadas son uniaxiales, en la que la presin se aplica al polvo en una sola direccin. Mediante compactacin uniaxial pueden obtenerse piezas en verde con dimensiones y acabados precisos, obtenindose una alta productividad en la industria mediante esta tcnica. Un inconveniente de la compactacin uniaxial es la baja relacin longitud/dimetro que puede obtenerse en las piezas debido al gradiente de densidad que se produce entre el centro de la pieza y las zonas ms prximas al punzn. Para obtener un compacto con mayor densidad se emplean prensas de doble mbolo.Variantes:Prensado isosttico en fro (Cold Isostatic Pressing, CIP). Es un mtodo de compactacin que se realiza encerrando hermticamente el polvo en moldes elsticos tpicamente de goma, ltex o PVC, aplicndoles presin hidrosttica mediante un fluido que puede ser agua o aceite. Las piezas en verde obtenidas por este sistema tienen propiedades uniformes eistropas. Una de las principales ventajas de este mtodo de compactacin es la alta relacin longitud/dimetro que puede obtenerse en las piezas con respecto a la compactacin uniaxial. Es un mtodo muy utilizado para la compactacin de piezas cermicas.SinterizadoConsiste en el calentamiento en horno elctrico o mufla con atmsfera controlada a una temperatura en torno al 75% de la de fusin. En general, los hornos son continuos con tres cmaras:1. En lacmara de purgase consume el aire y se volatilizan los lubricantes y aglutinantes al tiempo que se calienta lentamente el compactado.1. En lacmara de alta temperaturase produce la unin de las partculas de compactado pordifusinen estado slido.1. En la cmara de enfriamiento se hace descender la temperatura del producto ya sinterizado.En todo el proceso, es fundamental mantener una atmsfera controlada para evitar la rpidaoxidacinde las pequeas partculas metlicas al elevarse las temperaturas en presencia de oxgeno. Para ello, se emplean atmsferasreductorasbasadas enhidrgeno,amonacodisociado ynitrgeno.Variantes:Prensado isosttico en caliente(Hot Isostatic Pressing, HIP). La compactacin y el sinterizado se realizan en una nica etapa encerrando hermticamente el polvo en un recipiente flexible y exponindolo seguidamente a alta temperatura y presin. Los productos obtenidos por este sistema tienen propiedades uniformes eistropas. Pueden obtenerse valores elevados de densidad en las piezas debido a la baja porosidad residual que queda en las piezas tras el proceso, con valores en muchos casos superiores al 99% de la densidad terica del material completamente denso (sin pososidad).Por otro lado, tambin es posible, cuando desee realizarse algnmecanizado, realizar unpresinterizadodel compactado de forma que pueda manipularse y mecanizarse sin dificultad. Tras el sinterizado definitivo, el mecanizado posterior puede minimizarse e incluso eliminarse.Si el sinterizado se efecta durante un tiempo prolongado puede eliminarse los poros y el material se hace ms denso. La velocidad de sinterizado depende de la Temperatura, energa de activacin, coeficiente de difusin, tamao de las partculas originales.Operaciones de acabado1. Acuado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformacinplsticaes masiva, se suele hablar deforjapulvimetalrgica.1. Impregnacin: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso.1. Otras convencionales son: TratamientostrmicosysuperficialesyMecanizado.

VentajasDesventajas

No se desperdicia material.Precisin dimensional y buen acabado.Tiempo de fabricacin corto y costos reducidos.Piezas imposibles por otros medios: porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cermicos).Elevado costo de las matrices de compactado.Caractersticas mecnicas inferiores debido a la porosidad del material.Limitaciones de diseo: seccin uniforme en la direccin de compactado, esbeltez limitada, etc.