RESUMO PROCESAMIENTO DE CERÁMICOS

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PROCESAMIENTO DE CERÁMICOS
Los cerámicos y lo vidrio tiene importantes características, como resistencia y dureza a alta temperatura, baja conductividad eléctrica y térmica, son inertes a los productos químicos y tienen resistencia al desgaste y a la corrosión. La amplia variedad de aplicaciones para estos materiales incluye partes tan simples como azulejo, vajillas, aislantes eléctricos, bujías, rodamientos de bolas y aislamiento térmico para el orbitador de los transbordadores espaciales. 
Los métodos empleados en los materiales cerámicos, consisten en triturar la materia prima, darle forma mediante diversos medio, secado, cocción y operaciones de acabado. 
Para los vidrios, los procesos comprenden la mezcla y el vaciado de la materia prima en un horno y el formado en moldes mediante diversas técnicas (dependiendo de la forma y el tamaño de la pieza), para productos discreto (botellas) y para productos continuos (vidrio plano, barras, tubería y fibras). Los vidrios también se refuerzan por medos térmicos y químicos y mediante la laminación con hojas de polímeros.
MOLDEADO DE CERÁMICOS 
Existen diversas técnicas para procesar cerámicos y convertirlos en productos útiles, según el tipo de cerámico en cuestión y sus formas. Por lo general, la producción de algunas piezas de material cerámico (como la alfarería, los utensilios para hornear o las losetas para piso) no tiene el mismo nivel de control de los materiales y procesos que el dedicado a los componentes de alta tecnología (fabricados con cerámicos estructurales, como nitruro de silicio y carburo de silicio) y las herramientas de corte (en las que se utiliza, por ejemplo, óxido de aluminio). Sin embargo, en general, el procedimiento comprende los siguientes pasos:
1) Trituración o molienda de la materia prima para producir partículas muy finas
2) Mezclado con aditivos para proporcionarles ciertas características deseables
3) Moldeado, secado y cocción del material
Se pueden someter a procesamiento adicionales, como maquinado y rectificado, para mejorar su control dimensional y su acabado superficial. 
El primer paso en el procesamiento de los cerámicos es la trituración (también conocida como pulverización o molienda) de las materias primas. Por lo general, se realiza en un molino de bolas, ya sea en seco o en húmedo. La trituración en húmedo es más efectiva, porque mantiene unidas las partículas y evita la suspensión de partículas finas en el aire. Éstas se pueden clasificar por tamaño (pasándolas a través de un tamiz), filtrar y lavar.
Después las partículas molidas se mezclan con aditivos, cuyas funciones son una o más de las siguientes:
Aglutinante = mantiene unidas las partículas del cerámico
Lubricante = reduce la fricción interna entre las partículas durante el moldeo y ayuda a extraer la parte del molde
Agente humectante = mejora el mezclado
Plastificante = hace que la mezcla sea más plástica y moldeable
Agentes = controlan el espumado y la sinterización
Defloculante = hace más uniforme la suspensión del cerámico y el agua cambiando las cargas eléctricas en las partículas de arcilla (para que se repelan en vez de atraerse entre sí). Se agrega agua para hacer más fluida y menos viscosa la mezcla. Los defloculante más comunes son Na2CO3 y Na2SiO3, en cantidades menores a 1%. 
Preparación de polvos = formado de barro húmedo = secado = cocido
TRITURADO = Compresión del material sobre superficies rígidas. (Ejemplo = triturador de quijadas, triturador de rodillos, molino de martillos y triturador giratorio).
MOLIENDA = Se produce por los efectos de abrasión e impacto de un medio móvil y duro contra el material cerámico. (Ejemplo = molino de balines que puede ser en seco o en húmedo, molino de rodillos, molienda por impacto).
VACIADO
El proceso más común de vaciado es el vaciado en barbotina (también conocido como vaciado de drenado). Una barbotina es una suspensión de partículas coloidales del material cerámico (pequeñas partículas que no se sedimentan) en un líquido inmiscible (insoluble uno en otro), que por lo regular es agua. La barbotina se vierte en un molde poroso, generalmente fabricado con blanco de París. Los moldes también pueden estar integrados por diversos componentes. 
La barbotina debe tener suficiente fluidez de los metales fundidos. El vaciado de la barbotina se tiene que realizar en forma apropiada, ya que el aire atrapado puede constituir un problema significativo durante el vaciado. El hierro y otros materiales magnéticos se extraen utilizando separadores en línea. 
Secuencia de operaciones de la fundición en barbotina de una pieza de cerámico. Después de vaciar la barbotina, la parte se seca y se somete a cocción en un horno para proporcionarle resistencia y dureza.
Una vez que el molde absorbe parte del agua de las capas exteriores de la suspensión, e invierte y se vacía el resto de la suspensión. Después se recorta la parte superior de la pieza, se abre el molde y se extrae la pieza.
Las piezas grandes y complejas se pueden fabricar mediante vaciado en barbotina. Aunque los moldes y el equipo son barato, el control dimensional es deficiente y la capacidad de producción es baja. En algunas aplicaciones, los componentes del producto se fabrican por separado y después se pegan utilizando barbotina como adhesivo. 
Para partes de cerámica sólida, la barbotina se alimenta de forma continua dentro del molde para reponer el agua absorbida; de lo contrario, la parte se contrae. En esta etapa, la pieza se describe como sólida blanda o semirrígida. Cuanto mayor sea la concentración de sólidos en la barbotina, menor cantidad de agua tendrá que extraerse. Después la parte se somete a cocción.
Mientras las partes de cerámica se mantengan crudas o en verde, pueden maquinarse para producir ciertas características o proporcionarles precisión dimensional. Sin embargo, debido a la delicada naturaleza de los compactados crudos, el maquinado suele realizarse en forma manual o con herramientas simples. 
CARACTERÍSTICA GENERALES = 
Moldes y equipamiento baratos; control dimensional deficiente; capacidad de producción baja; alimentación continua en el caso de piezas sólidas; mientras la pieza esta cruda o en verde se pueden realizar operaciones de maquinado. 
PROCESO DE CUCHILLA DE DOCTOR
Se pueden fabricar hojas delgadas de material cerámico (espesores menores que 1.5 mm) mediante la técnica de vaciado conocida como proceso de cuchilla de doctor. 
La barbotina se vacía sobre una banda móvil de plástico mientras se controla su espesor mediante una cuchilla. 
Las hojas de material cerámico también pueden producirse con otros métodos, incluyendo:
a) laminado de la barbotina entre pares de rodillos
b) vaciado de la barbotina sobre una cinta de papel que se quema posteriormente, durante la cocción
FORMADO PLÁSTICO 
MOLDEO Y TORNEADO
El formado plástico (también conocido como formado blando, húmedo o hidroplástico) se puede efectuar mediante diferentes métodos, como la extrusión, moldeo por inyección, o molde y torneado. El formado plástico tiende a orientar la estructura en capas de arcilla a lo largo de la dirección de flujo del material y, de esa manera, tiende a provocar un comportamiento anisotrópico del material en el procesamiento posterior y en las propiedades finales del producto cerámico. 
COMPORTAMIENTO ANSIOTRÓPICO = orientación de la estructura a lo largo de la dirección de flujo del material manteniendo sus propiedades.
EXTRUSIÓN 
En la extrusión, la mezcla de arcilla (que contiene de 20% a 30% de agua) se hace pasar a través de la abertura de un dado o matriz mediante un equipo tipo tornillo. La sección transversal del producto extruido es contante y hay limitaciones en cuanto al espesor de pared para extrusiones huecas. Los productos extruidos se pueden someter a operaciones adicionales de formado. Los costos del herramental son bajos y las capacidades de producción son altas.
PRENSADO 
PRENSADO EN SECO = El prensado en seco se utiliza para formas relativamente simples, como utensilios de cerámico blanco, refractario para hornosy productor abrasivos. 
Por lo regular, el contenido de humedad de la mezcla es inferior a 4%, pero puede ser hasta de 12%. Generalmente se agregan a la mezcla aglutinantes orgánicos e inorgánicos (como ácido esteárico, cera, almidón y alcohol polivinílico), que también actúan como lubricantes. Este proceso tiene las mismas altas capacidades de producción y control cerrado de las tolerancias dimensionales que en la metalurgia de polvos. 
La presión de prensado va de 35 a 200 MPa. Las prensas modernas utilizadas para el prensado en seco están muy automatizadas. Por lo general, las matrices se fabrican con carburos o con acero endurecido. Deben tener alta resistencia al desgaste para soportar las partículas abrasivas del cerámico, por lo que pueden ser costosas.
La densidad puede variar de manera significativa debido a la fricción entre las partículas y las paredes del molde. Las variaciones de densidad provocan distorsión durante la cocción, que es severa para las partes que tienen altas relaciones de longitud a diámetro. 
Se pueden utilizar diversos métodos para minimizar las variaciones de densidad, incluyendo: 
a) diseño adecuado del herramental
b) prensado vibratorio y formado por impacto
c) prensado isostático
CARACTERÍSTICA GENERALES = 
Forma simples; % de agua en la mezcla < 4%; se agregan aglutinantes; altas capacidades de producción; presionas de preñado 35 – 200MPa; puede haber variaciones de densidad por fricción con el molde; puede haber distorsión en la cocción; relación longitud:diámetro recomendada 2:1.
PRENSADO EM HÚMEDO = En el prensado en húmedo, la parte se forma en un molde mientras se somete a alta presión en una prensa hidráulica o mecánica. Por lo general, este proceso se utiliza para fabricar formas intrincadas. Es común que el contenido de humedad sea de 10% a 15%. Las capacidades de producción son elevadas; sin embargo:
a) el tamaño de la parte es limitado
b) es difícil tener control dimensional debido a la contracción durante el secado
c) los costos del herramental son elevados
CARACTERÍSTICA GENERALES = 
Formas intricadas; humedad de la mezcla de 10 a 15%; el tamaño de la pieza es limitado; alta capacidades de producción; difícil control dimensional por la contracción durante la cocción; costo de herramental elevado. 
PRENSADO ISOTÁTICO = De amplio uso en la metalurgia de polvos, el prensado isostático también se utiliza para los materiales cerámicos con el fin de obtener una distribución uniforme de la densidad en toda la parte durante la compactación. Por ejemplo, los aislantes de bujías se producen con este método a temperatura ambiente, en tanto que los álabes de nitruro de silicio para aplicaciones a alta temperatura se fabrican mediante prensado isostático en caliente. 
PRENSADO EN CALIENTE = En este proceso (también conocido como sinterización a presión) se aplican presión y calor de manera simultánea. Este método reduce la porosidad y hace que la parte sea más densa y resistente. Por lo general, se utiliza grafito como material para punzones y matrices y es común usar atmósferas de protección durante el prensado. 
También se puede utilizar el prensado isostático en caliente, sobre todo para mejorar la precisión de la forma y la calidad de los cerámicos de alta tecnología, como el carburo de silicio y el nitruro de silicio. Se ha demostrado que el procesamiento de HIP de encapsulado de vidrio es eficaz para este propósito. 
SECADO
Consiste en secar y cocer la pieza para darle la resistencia y dureza adecuadas. El secado es una tapa crítica debido a que la parte tiende a distorsionarse o agrietarse por las variaciones en el contenido de humedad y en el espesor de la parte. Es importante controlar la humedad atmosférica y la temperatura ambiente para reducir la distorsión y el agrietamiento. 
La pérdida de humedad durante el secado hace que la parte se contraiga entre 15% y 20% del tamaño original húmedo. En un ambiente húmedo, la velocidad de evaporación es baja y, por consiguiente, el gradiente de humedad a través del espesor de la parte es inferior al del ambiente seco. A su vez, este gradiente evita un gran gradiente irregular de contracción desde la superficie hasta el interior durante el secado. 
Una parte del cerámico que se forme por medio de cualquiera de los métodos descritos hasta ahora se encuentra en estado crudo o en verde. Esta parte se puede maquinar para acercarla a una forma casi neta. Aunque la parte cruda debe manejarse con cuidado, el maquinado no es particularmente difícil debido a su relativa suavidad. 
CARACTERÍSTICA GENERALES = 
Proceso crítico porque la pieza tiende a distorsionarse o agrietarse por la contracción por secado; debe controlarse la humedad ambiente de esta etapa para disminuir el gradiente de evaporación; las piezas se contraen entre 15 y 20% durante el secado. 
COCCIÓN 
Consiste en calentar la parte a una temperatura elevada en un ambiente controlado. Durante la cocción ocurre cierta contracción. La cocción proporciona a la pieza de cerámico su resistencia y dureza. Este mejoramiento de las propiedades se debe a:
a) el desarrollo de una fuerte unión entre las partículas complejas de óxido en el cerámico
b) la porosidad reducida. Una tecnología más reciente (aunque aún no se comercializa) comprende la sinterización por microondas de los cerámicos en hornos que operan a más de 2GHz. Su efectividad de costos depende de la disponibilidad de aislamientos poco costosos para el horno. 
CARACTERÍSTICA GENERALES = 
Reduce la porosidad; desarrolla una fuerte unión entre las partículas de cerámico; otorga a la pieza su dureza y resistencia; calentamiento de la pieza a una temperatura elevada en un ambiente controlado.