MATERIAL CERAMICO ESTEATITA VIDRIO_Rev01 - Bernardo Ramírez

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
FACULTAD REGIONAL ROSARIO 
INGENIERÍA ELÉCTRICA 
 
 
 
 
TECNOLOGÍA Y ENSAYO DE LOS MATERIALES 
TEMA: CERAMICOS 
AÑO 2007 
 
 
 
 
 
 
 
ALUMNOS: ECHEVARRIA MARTIN Y ERCHEGO JUAN 
Jefe de Trabajos Prácticos: Ing. Adalberto Bearzotti 
Profesor: Ing. Rafael Cabanillas 
 
MATERIAL CERAMICO 
 
GRUPO I: Silicato de aluminio (arcilla, caolín Aisladores de BT. Y AT. (Porcelana y 
Vidrio) 
GRUPO II: Silicato Magnesio (Talco) 
 Baja Tg ό, alta Rmec., bajo variación de volumen antes y después de la 
 Cocción. 
GRUPO III: Cerámicos con alto porcentaje de TITANIO, alta ε baja Tg ό incluso a alta 
 frecuencia (condensadores). 
GRUPO IV: Mezcla de Tierra Arcillosa y Esteatita, coeficiente de dilatación reducido, 
 resiste a cambios de temperaturas, se recomienda en protección de ARCOS 
 DE CHISPAS, BUJIAS DE ENCENDIDO y SOPORTES DE HORNOS 
 ELECTRICOS 
 
GRUPO V: Estructura porosa de base arcillosa o SILICATO DE MAGNESIO. Gran 
 Resistencia al Calor, aislamientos de Conductores de Calefacción. 
 
PORCELANA ELECTROTECNICA. 
 
MATERIALES BÁSICOS 
 
1°) CAOLIN 0 TIERRA de PORCELANA (SILICATO DE ALUMINIO HIDRATADO) 
 Al2 03 – 2Sí 02 - 2 H20 
Material blanco, blando y grasiento, 
Peso específico = 2,6 Kg./Cm3 
Se reblandece a 1880°C y absorbe humedad. 
 
2°) CUARZO (OXIDO DE ALUMINIO) 
 Si 02 
Material duro, funde a 1720° C, y reblandece a 1500 ° C 
 
3°) FELDESPATO (GRUPO DE MINERALES FORMADO POR ROCAS, SILICATO 
ANHIDRO DE ALUMINIO POTASIO SODIO y CALCIO) 
Los feldespato potasio es el más empleado 
 
 K20 – Al 2 03 – 6 Si O2 
Material duro, peso específico= 2,6 Kg./Cm3. Es más fusible que los otros dos. Actúa 
como fundente y aglomerante del Cuarzo y Caolín. 
 
ELABORACION DE LA CERÁMICA 
 
Se mezclan los tres compuestos con agua, se elimina ésta por medio de filtros prensas y se 
deja la masa humedecida reposar hasta que se vuelve plástica. Luego se espesa amasándola 
y batiéndola. Antes de la cocción se le da forma por tres procedimientos diferentes. 
 
 
a) MOLDEO POR PRENSADO: (aplicaciones en B.T) 
Porcelana preparada por vía seca: porcelana en polvo y ligeramente humedecida. Se 
obtienen piezas por moldeo a presión. 
Esta porcelana presenta grietas y fisuras por lo que tiene características eléctricas 
reducidas. Presenta reducción del tamaño de la pieza después de la cocción. Las piezas 
obtenidas no son todas iguales (TOLERANCIA 1,5 %). 
 
b) MOLDEO A TORNO: (AISLADORES DE CADENA Y APOYO PARA A.T) 
Porcelana preparada por vía húmeda. 
Las productos principales se obtienen con pastas de consistencia plástica, es decir similar a 
la masilla. Se colocan en moldes de yeso para dar la forma y el tamaño. Las superficies que 
están en contacto con el molde se les da forma trabajándolas a maquina o por presión. 
 
OTRO METODO 
Estirar el material en estado plástico dándole formas de tubos o barras, realizando el 
acabado a torno vertical de alfarero o máquinas herramientas especiales. 
 
c) MOLDEO POR COLADA: 
Porcelana preparada por fusión, se consigue alta rigidez dieléctrica. 
Se coloca el material líquido en moldes de yeso, luego se dejan secar, se llevan a las 
dimensiones deseadas, después se barnizan y se cocinan a 900 ° C 
 
CONSTITUCION DEL ESMALTE 
 
79,1% Si 02 + 13,4% Al 2 03 + 4% Ca0 + 1,2% Mg 0 + 1,4% K20 
 
Se aplica con pincel o pulverizador sobre la pieza cocido en bruto o bien secas. Luego de 
esmaltar se cocinan a 1500 ° C lo que da un nuevo silicato llamado Silimanita: 
 Al2 03 - Si 02 
Durante la cocción la pieza sufre una contracción del 40 % 
 
CONSTITUCION DE LA PORCELANA ELECTROTÉCNICA 
Queda una estructura análoga al vidrio; partículas amorfas cristales, restos de cuarzo, 
caolín y burbujas de aire ocluidas. 
 
El volumen de poros es del 2 al 5 % del volumen total. 
El esmaltado aumenta la resistencia mecánica y no influye sobre las propiedades eléctricas. 
La resistencia mecánica aumenta del 20 al 40 % con el esmaltado. 
 
 
COMPOSICION BASICA 
 
50 % Caolín + 25 % Cuarzo + 25 % Feldespato 
 
 
 
↑% CAOLIN → ↑R temp y ↑ R mec 
 
 ↑% CUARZO → ↓R temp y ↑ R mec 
 
↑% FELDESPATO → ↑ PROPIEDADES ELECTRICAS 
 
 
 
 
 
 
 
PROPIEDADES 
 
1) Excelentes características eléctricas. 
 
2) Gran resistencia mecánica a la compresión Y flexión; buena resistencia mecánica 
 la tracción y torsión. 
 
 3) Impermeable al agua y a los gases. 
 
 4) Inatacable por el álcalis y ácidos concentrados acepto el ácido fluorhídrico. 
 
 5) Soporta grandes cambios de temperatura y su temperatura máxima de servicio es 
 1000 ° C. 
 
ALTERACIÓN DE LAS PROPIEDADES 
 
E1 espesor del aislante varia las propiedades. 
La porcelana tiene sensibilidad a los cambios de temperatura. 
Coeficiente de dilatación bajo con la temperatura 
Resistencia basta temperaturas de arco de 1500° C. 
La rigidez dieléctrica es función de la composición y de la temperatura del aislante. 
La rigidez dieléctrica es de 34 a 38 KV/mm. 
 
 
ESTEATITA 
Constitución: Talco o silicato magnesio natural en proporciones del 70 y 90 % 
 
Formula talco: 3Mg O – 4 Si O2 – H2O 
 
FORMA DE FABRICACION. 
 
Material en bruto, finamente molido, se mezcla con agua, para formar una pasta fácil de 
moldear de la cual, a torno, se hacen los ailadores. En seco esta se masa se puede prensar. 
 Por cocción se convierte en una masa compacta, constituidas por cristales de silicato de 
magnesio íntimamente ligados, cuyos intervalos están ocupados por la sustancia de relleno. 
 
DURANTE LA COCCION LA ESTEATITA NO SUFRE CONTRACCIONES DE 
VOLUMEN 
Las propiedades eléctricas se mejoran aumentando el contenido de oxido de magnesio, 
pero reduce la manipulación de la masa. 
 
NO SE PUEDE ESMALTAR DEBIDO A LA DIFERENCIA DE COEFICIENTE DE 
DILATACION EL ESMALTE SE RESQUEBRAJA Y TERMINA 
DESPRENDIENDOSE 
 
APLICACIONES 
 
Aisladores u otros objetos fabricados deban soportar grandes esfuerzos mecánicos, debidos 
que la resistencia a la tracción, compresión y flexión de la esteatita es el doble de la 
porcelana. 
PROPUIEDAES ELECTRICAS DE LA ESTEATITA: son mayores que la porcelana, 
(especialmente un factor bajo de perdidas dieléctricas). 
 
ε (esteatita + oxido titanio)= 80 
ε (porcelana)= 5 y 6.5 
 
CERAMICO A BASE DE TITANIO. 
Se caracterizan por tg o de valor bajo a Alta Frecuencia, por lo que se usa como 
Aislamiento en Condensadores. 
 
ε (oxido de titanio)= 117 hasta 3*10 E6 MHz puro 
no es fácil conseguir este compuesto puro y por lo general 
ε (compuestos de titanio)= 90 
Para bajas frecuencias la tg o es una valor alto. 
 
CERAMICO CON REDUCIDO COEFICIENTE DE DILATACION 
 
Tienen un coeficiente de dilatación β chico, presentan: 
1- ESTRUCTURA COMPACTA. 
2- GRAN RESISTENCIA A LAS VARIACIONES BRUSCAS DE TEMPERATURA 
3- PROTECCION AISLANTE CONTRA ARCOS DE CHISPA 
 
Existen tres clases diferentes de compuestos: 
 
1-A) SINTERKORUND o CORIDON VITRIFICADO 
 
 Aislante refractario de gran resistencia mecánica, altas propiedades eléctricas a altas 
temperaturas. 
Es un cuerpo completamente cristalino y no tiene ninguna componente Vítría o Amorfa, 
conserva todas sus propiedades mecánicas y eléctricas a Altas temperaturas tanto los 
cambios Temperatura que se puede TEMPLAR enfriando en agua fría el corindón 
vitrificado calentando al rojo. 
 
APLICACIONES 
 
BUJIAS DE AUTOMOTORES 
SOPORTES DE RESISTENCIAS PARA SOLDADORES ELECTRICOS 
HORNOS ELECTRICOS 
 
1-B) ISOMAR 
 Silicato de Aluminio: Tiene bastante alumina y no tiene 
 Silicato magnésico. 
 
Las Propiedades Eléctricas,Mecánicas y Térmicas son superiores a la 
porcelana. 
 
1-C) PIRANTITA. 
 Silicato de Aluminio y Silimanita 
 Resiste mejor los cambios bruscos de temperatura que los aislantes a base de 
 esteatita y tiene análogas propiedades eléctricas que esta última. 
 
1-D) MASA DE PITAGORAS 
 Tiene gran resistencia el CALOR, Temperatura de fusión 1800 ° C y sus empleos 
 Excelentes en atmósferas reductoras. Insensible a los agentes químicos y sus masas 
 son impermeables en vacío hasta 1580 ° C. 
 Fabricación de Vainas para pirómetros, en crisoles. 
 
 
 
2- PRODUCTOS CON GRAN CONTENIDO DE SILICATO MAGNESICO 
 
Material Básico: hidrosilicato de magnesio (Talco, Esteatita, 
 brucita, etc.) 
Nombre Comercial: Calita, Calan, Ultracalan, Frecuenta y 
 Frecuentad 
 
Tiene estructura Cristalinas, baja tg ό, altar resistencia a los choques y buenas 
propiedades eléctricas a alta temperatura y alta frecuencia. 
Se puede tornear, moldear y estirar antes de la Cocción. 
Temperatura de Cocción es 1400° C. 
Después de la cocción puede rectificarse y tornearse con precisión de 3%. 
La tg ó baja cuando aumenta la frecuencia. 
Insensible a la acción del calor y la humedad, no sufre envejecimiento y fatiga 
 
 
En el horno se puede recubrir con capa metálica para soldar. 
 
APLICACIONES 
 
ALTA PRECUENCIA, ELECTROMEDICINA, DIELECTRICO DE 
CONDENSADORES 
AISLANTE DE GRAN RESISTENCIA MECANICA A AF y BH 
 
3-PRODCTO CON MEZCLA DE COMPUESTOS DE ALUMINIO Y DE 
MAGNESIO 
 
COMPOSICION BASICA: Oxido de magnesio Alumina y oxido de 
 Aluminio. 
Material con muy bajo coeficiente de dilatación cúbica. 
Alta resistencia a arcos de descarga, No Esmaltar, tiene superficie lisa conuna cocción 
especial. 
 
APLICACIONES 
 
HORNOS ELECTRICOS, PANTALLAS AISLANTES PROTECTORAS 
CONTRA ARCOS Y CHISPAS. 
TODA PIEZA SOMETIDA A A.T IMPERMEABLE A LA HUMEDAD 
 
MATERIALES CERAMICOS POROSOS. 
 
MATERIALES CERAMICOS 
BASE: Oxido magnesio, Rifaron y Silicio (desde muy porosas hasta casi 
 Impermeables). 
 
Piezas Grandes: se preparan apartir de productos muy porosos y se utilizan como 
placas de calefacción. 
Piezas pequeñas: Se fabrican por prensado o por estirado. 
 
MATERIALES GRAN PROPORCION DE ALUMINA. 
 
Son mas refractario que los anteriores. 
 
REOSTITA: Contienen CORIDON (fabricación de soporte-tubos. paredes para 
fijación de conductores de calefacción de gran sección. 
 
CALODUR: Corindón y Carborundo. 
 
Buena conductibilidad térmica y resiste perfectamente los cambios bruscos de 
temperatura. 
Reactancias de calefacción cuyos conductores forman un cuerpo con la masa cerámica, 
placas y tubas de calefacción de grandes dimensiones. Aislamiento de hornos eléctricos 
hasta 1000° C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIALES VARIOS: SILICE BAUSITA AZIRCONIO MAGNESITA 
 
Llamada masa Marquart ALUMINA 66% 
 SILICE 32.5% 
 ALCALIS 1.5% 
 IMPURESAS 0.1% 
 
 
VIDRIO. 
 
MATERIAL: AMORFO, DURO, FRAGIL, TRANSPARENTE 
 
MEZCLA: Sílice /5oO2) o anhídrido bórico (B2O3) actúan como ácidos, con dos 
óxidos metálicos por lo menos que actúan como bases. 
Las masas vítreas contienen por ejemplo, partículas metálicas. Está exento de 
cristalización y no se considera sustancia Sólida y Liquida. 
No hay un limite entre el estado liquido y sólido. 
 
COMPOSICION DEL VIDRIO: (% PESO) DE LOS OXIDOS QUE LO 
COMPONEN Si 02 
B2 O2 
Óxidos metálicos que se encuentran en la composición son: 
 
Al2 O3, Na2 O, K2 O., Mg O, Ca O, Fe2 O3, Ba O, Pb O 
 
Ejemplo: FLINT GLASS, GROWN GLASS 
 
Con calor se ablanda pudiendo moldearse de cualquier forma. A temperaturas bajas es 
plástico y se corta con Tijera. 
En frió es Duro y quebradizo. 
 
VIDRIO FUNDIDO: Transforma fácilmente en fibras largas de varios centenares de 
 metros de longitud. 
Las propiedades mecánicas del vidrio están muy influenciadas por su fragilidad 
(DESVENTAJA) 
Cuando se deforma no tiene zona plástica por lo que se rompe cuando se rebasa su limite 
de elasticidad. 
 
RECOMENDACION 
HACER TRABAJAR EL VIDRIO POR DEBAJO VE SU LIMITE D£ 
ELASTICIDAD 
 
Las Propiedades químicas son estables, es atacado únicamente por el ácido fluorhídricos. 
Los agentes atmosféricos (oxigeno y ozono) y rayos ultravioletas atacan al vidrio muy 
lentamente un elevado coeficiente de dilatación por lo que es afectado por los cambios de 
temperatura. 
Es muy poco higroscópico y no tiene porosidad. 
El trabajado del vidrio se hace por esmerilado, colada, prensado y sopladura. 
 
PROPIEDADES DIELECTRICAS DE LOS VIDRIOS ELECTROTÉCNICOS 
ALTA resistividad 
ALTA Rigidez Dieléctrica a temperaturas ordinarias. 
BAJO factor de pérdidas dieléctricas. 
 
El aumento de temperatura produce un aumento tg ό. 
 
 
 
 
 
 
APLICACIONES DEL VIDRIO ELECTROTECNICO. 
 
LINEAS AÉREAS: Vidrio Pyrex o vidrio duro (contiene Boro y Si) no contiene 
(magnesio, calcio o Zinc), es menos frágil que el vidrio ordinario. 
Coeficiente de dilatación β es bajo lo que implica buena resistencia a la chispa y 
arcos. 
El vapor de agua tiende a depositarse en la superficie del vidrio, esto produce un 
descenso de la resistividad para una humedad relativa mayor al 70%, esto se subsana 
mediante tratamiento de Resina de Siliconas. 
 
Las técnicas de fabricación permiten los recubrimientos metálicos al fuego del 
vidrio, lo que permiten su aplicación para conexiones soldadas. 
Variado componentes se obtienen β dilatación = β metálicos para que no sea 
afectado por las altas temperaturas SS L metal = B vidrio se hace posible 
soldadura. 
 
Existen tres combinaciones de vidrio con metal: 
 
1) ALEACION VIDRIO + NIQUEL (42 % Ni) BORO SILICATO PLOMO 
2) ALEACION VIDRIO + FE+CR (26% Cr) INOXIDABLE 
3) ALEACION VIDRIO + FE PARA MANGUITOS 
 INTEMPERIE 
 
 
APLICACIÓN 
Obtener MANGUITOS de gran tamaño, directamente moldeados se funde el vidrio en 
horno eléctrico desde donde pasa a un molde Los manguitos de pequeñas dimensiones 
se coloca el vidrio frío en molde con los soportes y se calienta 5 minutos a 1 900° C. 
 
 CUARZO FUNDIDO 
Es una variedad de SILICE, se presenta como cristales hexagonales (INCOLORO Y 
TRANSPARENTE) T fusión 1700° C. 
Tiene gran resistencia al calor mas que cualquier otra material, aislante eléctrico de 
cualidades excepcionales, químicamente estable, no absorbe H2O, no es atacado por 
disolventes ni ácidos excepto el ácido fluorhídrico. Es atacado por álcalis 
concentrados.- Un β dilatación chico da una alta resistencia mecánica. 
 
VENTAJA 
1) Preparar piezas de cualquier tamaño y de estructura uniforme. 
2) Proceso de Elaboración de muy corta duración. 
3) Calentamiento y enfriamiento rápido. 
4) No es necesario VITRIFICARLO y no necesita ESMALTE. 
5) El calor de un ARCO, que se extiende por la superficie no lo hace conductor ni lo 
 astilla. 
6) Totalmente antihigroscópico. 
7) Puede dar espesor suficiente para cualquier tensión que desee. 
8) Pueden obtenerse BARRAS BLOQUES, TUBOS y OTRAS FORMAS. 
9) Pueden esmerilarse y serrarse fácilmente con su sierra circular. 
 10) La Temperatura de servicio llega 1000° C 
 
El cuarzo se emplea en técnicas de ALTA FRECUENCIA, BOBINAS DE 
AUTOINDUCCION. 
El Inconveniente es que es un material caro. 
 
ESMALTE VITREO. 
 
Se parte de un vidrio de borosilicato o silicato, cuyo punto de fusión ha sida rebajado por 
adición de varios tendentes (óxidos metálicos). 
Se logran SUPERFICIES LISAS, el esmalte debe emplearse en dos o más capas. Se 
aplican por inmersión o rociado, empleando sustancia arcillosa y agua como vehiculo, 
luego de aplicarlas se recuecen a 850° C durante 30 minutos. 
La temperatura y el tiempo de recocido, son críticos. 
 
APLICACION 
Es la resistencia esmaltada o vitrificada. 
Se debe tener en cuenta la fórmula de la composición para que el β dilataciónsea el 
adecuado con e1 hilo de la resistencia y la forma de las espiras, a los efectos de evitar la 
rotura del mismo por efecto de periódicos cambios de temperatura. 
 
FIBRAS Y TEJIDOS DE VIDRIO. 
 
Se estira el vidrio o la fibra y se obtiene un material con alta RESISTENCIA A LA 
TRACCIÓN y BUENAS PROPIEDADES DIELECTRICAS. 
 
Existen 2 tipos: 
 
FIBRA EN HEBRAS: Longitud 10 Cm a 30 Cm vidrio fundido a través de orificio en 
 Combinación con vapor a presión. 
 
FIBRAS CONTINUAS: Tienen alta resistencia mecánica 
 
CARACTERISTICAS. 
 
1- Fibras de 0,0050 y 0,0075 mm. 
2- Resistencia a 1a tracción y Resistencia a la compresión mayor que otros materiales 
3- Resistencia de rozamiento menor que el algodón, pero recubierto con barniz son 
 parecidas. 
4- Fibra de vidrio es inflamable, imputrescible, estable químicamente y las propiedades 
 mecánicas se alteran a 500° C. 
5- La rigidez dieléctrica de la fibra y el algodón son parecidas. 
6- La fibra puede tejerse en forma de manguitos aislantes. 
7- Convenientemente impregnados y utilizados como aislante de conductores. 
8-Se encuentra en forma de CINTAS, AISLAMIENTO DE BOBINAS, 
FASES, AISLANTE DE RANURAS. 
 
 CLASE TÉRMICA. 
Depende del material de impregnación 
Tiene amplia difusión en bobinados maquinas y se caracteriza por su gran rigidez 
mecánica. 
Como condición para Este material es que los demás aislantes sean inorgánicos es decir 
entre bobinas y hierro, entre bobinas, etc. 
A base de vidrio, amianto, mica y los barnices SINTETICOS. 
 
MARTERIALES DE IMPREGNACION. 
 
PLASTICOS DE MELAMINA 
PLASTICOS DE FENOL FORMALDEHIDO 
PLASTICOS DE FENOL FURFURAL CLASE B 130° C 
PLASTICOS DE POLIESTER 
PLASTICOS DE EPOXIDOS 
PLASTICOS DE EPOXIDOS ESPECIALES CLASE F 155° C 
RESINA DE SILICONAS……………………………………….CLASE H 180° C 
 
MATERIALES ESTRAFICADOS A BASE DE VIDRIO 
Existe un material BASE o SOPORTE (laminas) 
Resina p/ Impregnar (aglutinante entre c/ lamina) 
 
Estas dos anteriores se unen por presión y temperatura. 
 
Se construyen TUBOS, PLACAS, BARRAS Y PIEZAS MOLDEADAS. 
El aglomerante define la propiedad del aislante. 
 
FENELFORMOR…..CLASE B: Tiene buenas propiedades mecánicas y eléctricas, alta 
Resistencia a los ácidos y NO BUENA A LOS ALCALIS. 
 
MELAMINA FORMOL CLASE B: No lo ataca la llama, el calor soporta los álcalis pero 
no ACIDOS. APLICACIONES NAVALES. 
RESINAS EPOXIDICAS: Alta resistencia mecánica. 
 Bajo coefiente absorción de agua. 
 Gran resistencia a la humedad. 
 Baja tang ό. 
 APLICACIÓN: De A.T que deban soportar grandes esfuerzos 
 mecánicos, aislamiento de maquinas eléctricas. 
 
RESINA DE POLIESTER: Gran resistencia a la humedad. 
 APLICACIONES NAVALES. 
RESINA DE SILICONA: Alta resistencia a la temperatura 
CLASE H 180° C a la llama, al arco y resistencia a los ácidos, pero no a los 
 álcalis.