Temperatura fusión porcelana

Evolución de cerámicos:

26000 AC descubren la arcilla, arte cerámico - 6000 AC comienza la cocción de cerámicos en antigua Grecia (vasijas) - 4000 AC Desubren vidrio en antiguo Egipto - 50 D.C Vidrios ópticos, lentes y espejos, vidrios de ventanas -  600 D.C uso de porcelana - 1870 D.C Materiales refractarios - 1877 materiales cerámicos para uso eléctrico (micrófono de carbono)
- 1960 fibra óptica - 1965 celdas fotovoltaicas - 1987 superconductores - 1992 materiales inteligentes, nanotubos - 2000 y continua, trenes de alta velocidad, con nanomateriales, vehículos de alta velocidad e inteligentes, celdas de combustibles sólidas, sensores y celdas fotovoltaicas, esqueleto cerámico, microminiturización,

Cerámicos tradicionales:

Productos con poca o ninguna beneficiación, múltiples fases durante calcinación, muchas aplicaciones para cada composición. EJ:Cerámica roja, refractarios, cerámica blanca, vidrios de silicato, cemento Pórtland, cal, esmaltes, abrasivos,

Cerámicos Avanzados:

Grupo cuyos avances confieren propiedades especiales. Cerámicos puros mezclados con óxidos.Ferritas magnéticas, materiales estructurales, materiales compuestos, materiales para electrónica, vitrocerámicos, fibra óptica para comunicación, cerámicos maquinables, materiales bioactivos, superconductores, fibras refractarias, RBSN RBSC, nanotubos de C, materiales y dispositivos nanométricos comerciales, biomateriales genéticamente activos, vidrios electrocromáticos,


Ventajas de cerámicos:  >punto de fusión, >dureza, >resistencia a la oxidación, ,>resistencia mecánica a alta temperatura, >módulo elástico

Limitaciones de cerámicos:

Fragilidad, irreproducibilidad, difícil procesado
Procesos Cerámicos: 7 procesos
1) Materias primas:

Minerales:

Silicatos, aluminosilicatos, feldespatos, arenas silíceas, cuarzo, arcillas y caolines, minerales silíceos, calcáreos y magnésicos.

Productos químicos

Carbonato de sodio, borato y óxido Aditivos:
Ligantes, Defloculantes, plastificantes, lubricantes, colorantes, humectantes (reducen tensión sup)

Materiales reciclados:

internos y externos.

2)Mezclado:

Obtensión de la máxima homogeneidad en la composición y la distribución de los tamaños de partículas, fundamental para la calidad final del producto, puede ser seco o húmedo, requiere mucha energía.
3)

Conformado en frío:

Punto de partida para obtener productos sinterizados, se da la forma original, denominado moldeo en verde (Sin cocción), las propiedades dependen de plasticidad y comportamiento reológico, además, el proceso de secado.
4)

SINTERIZADO :

Conocido como cocción, en muchas piezas se parte de piezas que han sido conformadas en frío, es el resultado de conglomerar un material pulvurento sin alcanzar la temperatura de fusión, eventualmente con auxilio de sustancias ligantes.
Tipos de sinterizado:
-Liga química:
A temperatura ambiente y se realiza proceso de unión asistido por distintos tipos de ligantes, los principales ligantes son los aglomerantes orgánicos, aglomerantes inorgánicos, liga fosfórica, ligas aluminosas y liga hidrúlica.

-Liga Metálica:

Liga producida al unir por medio de un metal fundido, en su mayoría el cobalto. La carga es Carburo por lo general. Resultante: Cerámicos + metales : CERMET

-Liga vítrea:

A alta temperatura y el ligante son compuestos intercristalinos con bajo punto de fusión, fundidos y solidificados en forma vítrea, frágiles.

-Liga cerámica:

Sinterizado puro, no se forma fase vítrea, no hay transformación de fase, se mide la eficiencia del sinterizado

Parámetros de influencia en proceso de sinterizado o cocción:

3 etapas de cocción: 1- Proceso de calentamiento, 2- Temperatura de cocción, 3- Proceso de enfriamiento.

Diagrama de cocción:

5) Fusión:

Llevar una masa de minerales a estado líquido. Temperatura superior a temperatura de fusión. Se cuela en moldes de fundición una masa cerámica muy viscosa, muy utilizado en los vídrios.

6) Conformado en caliente:

Llevar masas a una temperatura donde se pueden deformar plásticamente, amplia aplicación en proceso de fabricación de vidrio.

7) Tratamientos de terminado:

Tratamientos mecánicos

Corte y rectificado, tallado, esmerilado y pulido. 

Tratamientos de recubrimiento

Aplicar un recubrimiento fino sobre un bizcocho de cerámica (esmaltado)

Termodinámica de materiales cerámicos:

Productos cerámicos no poseen equilibrio termodinámico por la baja cinética de sus reacciones,  la cinética es muy lenta, por lo que es difícil para los materiales lograr un equilibrio termodinámico.

Cinética de las transformaciones:

El mecanismo de difusión en sólidos es : vacancias y defectos:
 -Delta G /k . T     X= A. Exp a medida que aumenta la temperatura aumenta el número de defectos

Tipos de difusión:

Química:

A se difunde en B, y B en A .

Autodifusión:

Átomos de una misma especie desplazados mutuamente.

Difusión superficial, difusión en una interfase, difusión en vacancias

Formación de vidrios:

La no formación de una red cristalina depende de la velocidad de enfriamiento desde el líquido.

Tipos de sólidos:

Cristalinos: Ordenados geométicamente, repetitiva en el largo alcance de las tres direcciones, sólidos no cristalinos: pocos átomos ordenados en forma geométrica, el resto de la estructura no está ordenada geométricamente 

Tipos de superficie:

Prístina:

Material recientemente probado, Normal:
Superficie en equilibrio con la atmósfera.

Alteradas:

Material sufre alteraciones por temperatura o reacciones.

Modificadas

Poseen superficies recubiertas con cerámicos, orgánicos o metales.

Estructura de cerámicos:

Estructuras cristalinas complejas y enlaces iónicos o covalentes. Se diferencian de los metales en que no poseen electrones de Valencia libres en su estructura. Esto determina propiedades eléctricas y magnéticas, resistencia mecánica y estabilidad química.

Estructuras cristalinas:

El mínimo de energía libre se alcanza cuando los elementos constituyentes están lo más cerca posible.

Enlace  Iónico

Metal+No metal. Un átomo donor y otro aceptor. NaCl ejemplo. Estructura cristalina compacta, ° de coordinación máximo, relación radio iones. Electronegatividad de átomos muy diferentes, estructuras compactas, enlace no direccional, resistencia de enlace aumenta con carga, conductividad eléctrica baja
Se logra maximizando las atracciones catión - anión y minimizando las repulsiones entre iones del mismo signo.

Reglas de pauling:

Al rededor de cada catión se forma un poliedro de coordinación de aniones, cuya cantidad depende de los tamaños relativos de los iones.

Enlace Covalente:

no metal + no metal, comparten electrones, electronegatividades similares, estructuras no compactas, enlace direccional, compuestos con resistencia y temperatura de fusión alta, a menudo expansión térmica baja. Baja densidad. Carbón en el diamante buen ejemplo. Elevada resistencia y dureza.

Fuerzas de Van der Waals:

Enlaces débiles que se producen entre estructuras en capas: arcillas, mica, grafito. Propiedades anisotrópicas, deslizamiento entre capas.

Vidrios:

  Formado cuando la cerámica fundida se enfría muy rápido.

Clasificación de Cerámicos:

Uniatómicos:

Poseen un sólo tipo de átomos, se utilizan como semiconductores.  Tienen distintas fases: Fase diamante: es estable a elevadas temperaturas y presiones. Empleado como polvo abrasivo en fabricación de pastillas para corte, taladros, discos abrasivos. Fase grafito: Fase más estable del carbono, estructura cristalina hexagonal laminar, fabricación de electrodos para hornos. Vidrio de carbono: Resistente a corrosión, utilizado en fabricación de equipo de manejo químico.

Uniones no óxidos:

Constituidos por uniones de diferentes tipos de átomos, C, Si, Ge, ej: nitruro de boro. Utilizado para construcción de piezas para máquinas térmicas, alta resistencia en caliente, alta resistencia a cambios bruscos de temperatura, bajo coef de dilatación térmica

Óxidos cristalinos:

MAyoría de los cerámicos. Presente en arcillas, refractarios y vidrios. 3 formas alotrópicas : cristobalita 1710-1470 °, tridmita 1470 - 870 °c, cuarzo > 870°

Arcillas:

Hechas por cuarzo, alúmina y agua. Estructura uniforme de capas o láminas. Moldeables. Ej: Porcelana

Refractarios:

Resisten efectos de temperaturas elevadas, se utilizan hasta 1550 °C. Utilizado en hornos de fundición. 70% sílice, 27% alúmina y 3% óxido férrico.
Tipos de refractarios:
Ácidos:
 SiO2 componente principal, no reaccionan con escorias ácidas, baratos, se agrietan fácil. 

Básicos:

  Resisten ataque de escoria básica, se obtienen a partir de magnesita.

Neutros:

Resisten ataque de cualquier tipo de escoria, a base de cromita, grafito y arcilla.

Vidrios inorgánicos:

se considera el vidrio como un polímero inorgánico de alto peso, cuyo componente principal es sílice. Sus unidades estructurales son tetraedros de (Si) dispuestos al azar. Los vidrios se consideran líquidos subenfriados, ya que su volúmen disminuye proporcionalmente, aún después de pasar la temperatura de solidifación, hasta la temperatura de transición a vidrio.
Estructura de vidrios: buenos aislantes eléctricos y térmicos, se ablandan antes de fundir, pueden ser soplados, elevada resistencia al choque térmico, sílice fundida, la cristalización a cristobarita puede provocar su agrietamiento. El volumen del cristal aumenta con la temperatura