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Procesamiento de Materiales cerámicos
Luis Fernando Patiño S.EAFIT 2004
IntroducciónC
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Cerámico: Son compuestos de elementos metálicos y no metálicos unidos por enlaces iónicos y covalentes.
Importancia tecnológica:
Abundancia de las materias primas en la naturaleza.
Gran posibilidad de combinaciones de elementos y amplia gama de aplicaciones.
Propiedades físicas y mecánicas que dependen de los parámetros del procesado.
Las materias primas cerámicas se transforman generalmente en productos sólidos por la acción del calor.
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Pasos del proceso de fabricación de las piezas cerámicas
Materias primas Moldeado Secado
Cocción
Sinterizado
Acabado
Quebrado
Trituración o molienda
Aditivos:
Aglomerantes, lubricantes,
desfloculantes, agentes
humectantes, plastificantes.
Fundición,Extrusión, Prensado,Moldeo por inyección.
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Remoción de componentes indeseables
Tamizado
Separación magnética
Filtrado
Flotación
Materias primas
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Preparación de las pastas
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Los materiales se muelen y se mezclan agitándolos en agua para conseguir una masa plástica homogénea, que se mete en una prensa filtro para sacar el exceso de agua. Luego los bloques de pasta se tratan en función de cómo se vayan a utilizar.
Preparación de las materias primas
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Objetivo: desprender las partículas de los aglomerados
Cer
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Operaciones de triturado
Triturador de quijada:
Una quijada grande se mueve hacia atrás y hacia delante para triturar los terrones contra una superficie dura y rígida.
Quijada basculante
Excéntrico
Mecanismo de articulación doble
Quijada fijada
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Operaciones de triturado C
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Operaciones de triturado
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Operaciones de triturado
Molino de martillos Usa martillos rotatorios para golpear el material y romper trozos.
Alimentación
Quijadas
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Operaciones de molienda
Molino de bolas
Contiene esferas duras (diámetro =1”aprox) de alúmina mezcladas con el material a pulverizar que giran dentro de un recipiente cilíndrico grande.
La molienda se efectúa por una combinación de impacto y rozamiento.
Algunas veces se añade agua a la mezcla para que se forme una pasta . (barbotina)
Contenedor
Material
Bolas
Rodillosdireccionales
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Operaciones de molienda
Molino de rodillos
El material se comprime contra la mesa horizontal del molino mediante rodillos que giran sobre la superficie de la mesa.
La presión de los rodillos se regula por medio de hidroneumáticos o resortes mecánicos.
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Operaciones de molienda
Las partículas se proyectan contra una superficie dura y plana por:
- Corriente de aire a alta velocidad.
-Un chorro de pasta fluida (lechada o suspensión acuosa) a alta velocidad.
- Chorro de gas
Material
Aire
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Molienda por impacto
Cer
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Superficie estacionaria dura
Preparación de materias primas
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Tamizado
Separación magnéticaImanes permanentes
FiltradoFiltro prensa sacar el
exceso del agua
FlotaciónLa masa + agua + agente espumante
(obliga al mineral elevarse a la superficie)
Operaciones de formado
Las operaciones de formado son:
Vaciado o colado: CH = 25 – 40%
Formado plástico: CH = 15 – 25 %
Prensado: CH < 15 %
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Fundición o vaciado deslizante C
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Uso de la Barbotina
Suspensión de partículas coloidales (pequeñas, que no se asientan) de cerámica en un liquido inmiscible (agua).
La suspensión debe ser lo suficientemente liquida para penetrar en la cavidad del molde. (CH = 25 al 40%).
El control dimensional , la rapidez de producción y los costos de los moldes y el equipo son bajos.
Tipos de vaciado:
Vaciado drenado
Vaciado sólido
Vaciado de cinta
Productos: Sanitarios, Refractarios, sustratos para cerámica técnica.
suspensión
Molde deyeso
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Vaciado deslizante (CH = 25 – 40 %) C
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Paso 3 : Se vacía el exceso de barbotina para fabricar el producto hueco.
Paso 2 : Se vacía la suspensión dentro de un molde poroso de yeso (2CaSO4-H2O). El yeso absorbe el agua formando una capa de arcilla.
Paso 1: Se parte de un molde con la geometría de la pieza a fabricar.
Paso 4 : Se abre el molde y se saca el producto Luis Fernando Patiño Santa.
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Colado o suspensión (CH = 25 – 40 %)
Tipo de pasta Tipo de colada Espesor (mm) Tiempo (min)
Cerámica semivítrea Vertido 3,5 15
Rica en alúmina Vertido 3,5 3
Loza sanitaria Sólida y vertido 9,5 120
Aisladores eléctricos Sólida -- 8 horas
La velocidad de moldeo depende en gran medida de la difusión por la capa ya formada. El espesor de la capa varia con la raíz cuadrada del tiempo. La tabla muestra unos parámetros estándar para el colado de diversos tipos de barbotinas.
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Métodos de formado plástico manualModelado a mano (CH = 15 – 25%)
Se manipula la arcilla plástica a fin de dar la forma deseada.
También se hacen los modelos para los moldes de yeso por este proceso.
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Métodos de formado plástico manualVaciado (CH = 15 – 25%)
Se utiliza un molde para determinar las
proporciones geométricas.
a) Se introduce la masa en un molde
b) Se manipula con la mano para darla
la forma del molde
c) Con un cuchillo afilado se igualan los
bordes durante el secado.
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Métodos de formado plástico manual Torneado a mano (CH = 15 – 25%)
Es un método manual. Se realiza en una mesa que gira por una flecha vertical accionada por un pedal . La conformación de la pieza depende de la habilidad del operario.
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Métodos de formado plástico mecánico Torneado ligero (CH = 15 – 25%)
Se usa para producir grandes cantidades de artículos idénticos como platos y tazones para uso doméstico.
Molde de yeso
Pedazo de arcilla
Formador dela tajuela V, F
F
plantilla
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Métodos de formado plástico mecánico Extrusión (CH = 15 – 25%)
- Se usa para producir secciones largas de sección
recta uniforme que se cortan a la longitud requerida.
- El equipo utiliza una acción tipo tornillo que ayuda
a mezclar la arcilla y a empujar el material plástico
a través de la abertura del dado.
-Se usa para hacer tubería en general, losetas, ladrillos.
-También se usa el proceso artesanalmente.
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Métodos de formado plástico mecánico Extrusión (CH = 15 – 25%)
.
Es fundamental la interacción pasta/máquina. La pasta sale adecuadamente por el molde si:
- Es plástica para poder deslizarse. (Una pasta muy rígida giraría con la hélice sin comprimirse y una muy fluida llenaría las hélices pero no avanzaría).
- El rozamiento interno de la pasta es superior al del la pasta contra las superficies metálicas.
La presión adecuada se debe a:
- La reología de la pasta. La viscosidad de la pasta es una fuerza pasiva y para conseguir el flujo ha de vencerse una resistencia.
- La geometría de salida de la extrusora. A< cantidad de agujeros en el molde y de menor diámetro, > es la pérdida de carga, o más elevada debe ser la presión de extrusión.
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Métodos de formado plástico mecánico prensado plástico (CH = 15 – 25%)
.
Un pedazo de barro de consistencia plástica se prensa entre un molde superior y uno inferior contenidos en una estructura metálica.
Los moldes se hacen de yeso y al aplicar vacío se remueve al humedad del barro.
Al aumentar la presión los moldes de yeso fallan. Se reemplazan por resinas plásticas o materiales cerámicos porosos. Estos moldes funcionan en posición vertical.
La sección del molde se abre usando presión de aire positiva.
La tasa de producción es alta.
Molde para el colado de lavabos fabricado con resina microporosa apta para trabajar a media/alta presión: de 8 a 10 bar Luis Fernando Patiño Santa.
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Métodos de formado plástico mecánico Prensado semiseco (CH = 10 - 15%)
.
Polvosiniciales
rebaba
F
V
V
La porción de pasta (taco o una pastilla recién extruida), se introduce en el molde de la prensa. A continuación la parte móvil baja y a la vez gira hasta conformar la pieza.
Los moldes pueden ser de acero, de yeso o de cerámica porosa. La extracción suele hacerse por aire comprimido.
La baja proporción de agua produce alta plasticidad que impide el uso de métodos de formado plástico.
Se usan altas presiones para superar la baja plasticidad del material y forzarlo dentro de la cavidad de un dado.
Con frecuencia se forman rebabas.
Alto nivel de automatización.
Productos: tejas, ladrillos refractarios. Luis Fernando Patiño Santa.EAFIT 2004C
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Métodos de formado plástico mecánico Prensado seco (CH = <6%)
.
.El sistema tiene una alta productividad.
La pasta, en forma de polvo, se introduce en el molde con CH = 6 %.
El prensado, con P = 250 a 400 Kg/cm2, se realiza en varias fases para compactar y desairear el polvo.
A la salida, la pieza entra directamente a secaderos verticales
Productos:
Azulejos, aisladores eléctricos, ladrillos refractarios, revestimientos.
Molde de acero Proceso
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Métodos de formado plástico mecánico Prensado seco (CH = <6%)
.
.Moldeo de platos
Si la presión de colado es > 40 bar, El CH es < 5%, = fácil secado.
La tenacidad y resistencia de la pieza recién salida del molde permite su inmediata manipulación y repaso en máquinas automáticas.
El pulido, pintado, serigrafiado es completamente automático.
El secado es rápido y a elevada temperatura.
La cocción se realiza sobre placas en hornos de rodillos.
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