Fabricación y Tipos de Materiales Cerámicos y Vítreos: Procesos y Aplicaciones

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Materiales Cerámicos: Arcillas y su Proceso de Fabricación

Materia Prima

  • Arcillas (75-95%): Silicatos de aluminio hidratados. Provienen de la descomposición del granito. Tamaño de partícula: 0,002 mm. Densidad: 1,8-2,6 T/m3.
  • Tipos de arcillas: caolinitas, montmorinolitas, illitas y vermiculitas.
  • Índice de plasticidad.
  • Agua (5-25%): A mayor cantidad de agua, mayor porosidad.
  • Tipos de agua: de moldeo (300ºC), zeolítica (400ºC), de constitución (600ºC).
  • Una mayor cocción mejora la cerámica, pero reduce los poros, ya que la arcilla se infla.
  • Componentes Auxiliares (1%):
  • Desengrasantes: arena, cenizas volantes y chamota.
  • Engrasantes: carbonato sódico, silicatos, desaireado.

Fabricación

  • Extracción: A cielo abierto en canteras.
  • Preparación de la mezcla: Objetivos: depuración, división, homogeneidad, contenido de humedad.
  • Procesos: meteorización, maduración, pudrición, decantación, tamizado, preparación mecánica.
  • Transporte: Caracol de Arquímedes (noria).
  • Moldeo:
    • Manual: >25% H2O (arcillas blandas y plásticas).
    • Extrusión: >15% H2O. Impulsión, extracción del aire, extrusionador, cortantes o cuchillos. (Hablar de los defectos)
    • Prensado: >5% H2O. Cerámica fina (ladrillos prensados y tejas de encaje).
    • Colado: Verter barbotina (mezcla de arcilla + H2O) sobre moldes de escayola.
  • Secado: Proceso físico y superficial. Si se vuelve a mojar, se obtiene arcilla otra vez. Inmigración del agua interior a la superficie. (Hablar de la velocidad de evaporación <= velocidad de difusión). Dos fenómenos: contracción y evaporación.
  • Tipos de secaderos: tradicionales (al aire libre y sobre horno), modernos (en cámara y en túnel, en paralelo o a contracorriente).
  • Cocción: Se producen cambios químicos y en la estructura. A partir de los 600ºC, afecta a la porosidad. También hay cambios físicos, como en la dimensión. Se obtiene la resistencia mecánica, el aspecto definitivo y la cocción irreversible. Es importante la velocidad de enfriamiento y calentamiento, porque si no se producen tensiones internas. Debe ser paulatino.
  • Hornos: intermitentes (horno hormiguero y horno campana), continuos (horno Hoffman, en el que se mueve el fuego, y horno túnel).

Cerámica Basta

  • Ladrillos:
    • Heladicidad: en ladrillos vistos, no.
    • Modo de fabricación: manuales, extrusión y prensados.
    • Cocción: santos, escafilados, recochos, pintones, pardos, porteros y adobe.
    • Forma: macizos (no, pero si la tabla <10%), perforados (tabla >10%), huecos (testa o canto <16 cm2), aplantillados, muelas, bardos (para cornisas).
    • Según su uso: común, visto, pichulín (10 cm), carquiñoli (5 cm), shunts, celosías, machihembrados.
    • Defectos: fisuras, caliche, eflorescencias y criptoeflorescencias, corazón negro y deformaciones.
  • Tejas: Extrusión, prensado. Resistencia al impacto y a la flexión. No heladizas.
  • Ladrillos Clinker: No heladizos, no eflorescencias, no poros, alta resistencia, elevada densidad. Para fachadas, lugares públicos.
  • Arcilla Expandida (Arlita): Se utiliza como aditivo, aislante. Aire a presión a 450ºC. Es ligera.
  • Termoarcilla: 16 cm2 >10%.

Materiales Vítreos: Vidrio, Fabricación y Tipos

Materia Prima

  • Vitrificantes: Componente principal del vidrio (50-99%). Son los que dan la red vítrea, la estructura.
  • Silicio: Proviene de la arena. Aporta mayor resistencia mecánica, mayor resistencia térmica y mayor transparencia, pero aumenta la temperatura de fusión y el coste.
  • Boro: Estable al choque térmico (Pyrex).
  • Fósforo: Aplicaciones médicas, soluble en agua.
  • Fundentes: Rompen la cristalización, amorfizan el sistema y rebajan el punto de fusión (12-15%).
  • Sodio: Fundente más común.
  • Potasio: Vidrios de óptica.
  • Litio: Introduce coeficiente de dilatación térmica, que indica los cambios dimensionales de un material ante los cambios de temperatura.
  • Fundentes y Estabilizantes:
  • Calcio: Aporta mayor estabilidad química y mecánica.
  • Magnesio: Aporta mayor resistencia al choque térmico y menor coeficiente de dilatación térmica.
  • Bario: Aporta mejores características sensoriales al vidrio.
  • Aluminio: Aporta mayor resistencia mecánica y mayor índice de refracción (más luz solar y se refleja menos).
  • Estabilizantes: Disminuyen la solubilidad (<15%).
  • Plomo: Aporta mayor transmisión de luz.
  • Zinc: Aporta mayor resistencia al choque térmico.
  • Componentes Secundarios: No siempre aparecen, pero se añaden para darle diferentes características al vidrio.
  • Fluoruros: Reducen la viscosidad.
  • Agua: Para favorecer la mezcla.
  • Calcin: Para reducir la temperatura de fusión.

Proceso de Fabricación

  1. Reacción de los componentes (1400ºC).
  2. Disolución del exceso de sílice (1250ºC) (para eliminar cualquier burbuja que pueda aparecer y eliminar gases).
  3. Afinado y homogenización. Quitar impurezas (1150ºC).
  4. Reposo y acondicionamiento térmico, enfriamiento hasta 1050ºC.
  5. Conformación y modelado (900ºC).
  6. Enfriamiento (<15%).

Procedimientos de Conformación

  • Soplado.
  • Colado/Laminado: Colado discontinuo, laminado continuo. Vidrios con caras planas y paralelas, pero translúcidos. Para que sean transparentes hay que pulirlos. Baja-media calidad. Vidrio armado, impreso y pulido.
  • Flotado: Lámina de vidrio fundido sobre barra de estaño fundido. Caras planas, paralelas y transparentes.
  • Tratamiento Térmico: Vidrio templado y termoendurecido.
  • Laminado o Estratificado (150ºC).
  • Tratamiento Superficial:
    • Por substracción (3):
      • Desbastado y pulido: arista arenada, canto pulido plano, canto pulido redondo, bisel, inglete.
      • Mateado: ácido fluorhídrico, arena, cola.
      • Corte.
    • Por adición (4):
      • Protección solar: capa dura (sistema de pirólisis por precipitación química, color en masa) y blanda (placas de cobre o plata).
      • Aislamiento térmico: factor solar (cantidad de luz que penetra a través de un vidrio, relación entre la energía solar incidente y la que al final penetra).
      • Especiales: antirreflejantes y antisuciedad.
      • Gruesos: protectores y esmalte.
  • Moldeado: Verter vidrio fundido en molde y prensarlo a temperatura de trabajo (sencillo, como una baldosa; doble, como el pavés).
  • Fibra de Vidrio: Estirado y aislante (sistema centrifugado y TEL).
  • Vidrios Cerámicos: Cocción + enfriamiento + cocción (550ºC).

Tipos de Vidrio

  • Lunas Base (2): Lunas de flotado sin tratamiento (lunas incoloras y coloras).
  • Lunas Transformadas (9):
    • Reflectantes: Baja emisividad, pirólisis.
    • Espejos: Plata + cobre + anticorrosión.
    • Antirreflejos: Sistema magnetrónico de capas blandas.
    • Translúcidas: Mateado.
    • Opacas: No dejan pasar la luz, vitrocerámicas.
    • Baja Emisividad: Low-e, evita pérdidas de radiación.
    • Templadas: Resistencia mecánica y a la flexión, vidrio de seguridad. Se puede combinar con todo.
    • Cámara: Cámara de aire deshidratado, junquillo de arena de sílice, dos sellados (butilo y polisulfuro).
    • Multicapa: Dos o más lunas de vidrio unidas con PVB, policarbonato o gel. (Vidrios de seguridad: añadiendo capas de vidrio hasta 10 cm. Rotura 3+3, impacto 6+6+6, bala 10+10+2,5, explosión 10x5+6+3. Ensayos. Vidrios laminados: aislante acústico, en medio resinas, geles, capas blandas. Ignífugos, gel ignífugo. Módulos fotovoltaicos, células de silicio. Ópticamente variable: termotrópicos y electrocrómicos. Estructurales).
  • Vidrio Colado/Laminado (5): Vidrio armado, impreso, baldosas grabadas, pulido, U-Glass (peine, greca y cámara) (resistencia mecánica y al fuego).
  • Vidrios Aislantes (3): Térmicos, acústicos y al fuego.
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