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Equipo 3
Materiales Cerámicos tradicionales y
de la Ingeniaría
¿Qué son
los materiales cerámicos?
 MaterDerivado de la palabra griega “Keramos”: Material
Quemado
 Materiales inorgánicos y no metálicos
– Óxidos, nitruros, boratos, carburos, silicatos, y sulfuros.
– Compuestos intermetallics (i.e. aluminatos)
– Fosfatos, antimoniuros, y arseniuros
 Propiedades presentes después de tratamientos térmicos
(horneado) a altas temperaturas (> 1000oC)
Tipos
de materiales cerámicos
 En general, los materiales cerámicos usados para
aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos
grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales
cerámicos de uso especifico en ingeniería.
Clases
de cerámicas
Cerámica
tradicional
 Normalmente los materiales cerámicos tradicionales
están constituidos por tres componentes básicos: arcilla,
sílice(pedernal) y feldespato. Ejemplos de cerámicos
tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las
industrias de la construcción y las porcelanas eléctricas
de uso en la industria eléctrica.
Cerámicas
avanzadas o de ingeniería
 Están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros
tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro
de silicio(Si3N4).
 Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología
punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la
turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte
para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conducción
térmica.
PROCESAMIENTO
DE CERÁMICAS
 Los productos cerámicos más tradicionales y técnicos son
manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que
son posteriormente calentados a enormes temperaturas para
enlazar las partículas entre si.
 Las etapas básicas para el proceso de cerámica de aglomeración de
partículas son: (1) preparación de material; (2) moldeado o fundido;
(3) tratamiento térmico por secado y horneado por calentamiento de
la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para
mantener las partículas enlazadas.
Propiedades
mecánicas
 En general, son frágiles, su resistencia a la tracción va desde
100 psi(0.69 MPa), hasta 106psi(7 x 103MPa). Pero en general
pocos cerámicos alcanzan los 25ksi.
 La resistencia a la compresión es en general de 5 a 10 veces
mayor que la resistencia a la tracción. Su dureza depende del
tipo de cerámico, siendo poca para cerámicos tradicionales y
muy alta para cerámicos de ingeniería (herramientas de
corte) y su resistencia al impacto es en general muy baja.
 Superficie dura.
 Resistentes a esfuerzos de compresión e impacto.
Propiedades
eléctricas
 Enlace químico determina las propiedades eléctricas.
 Electrones libres en los materiales (Ej. en los metales), permiten
conductividad eléctrica a través del material.
 Aislamiento eléctrico se obtiene cuando no hay electrones libres (Ej. en el
diamante y la mayoría de las cerámicas).
 Conducción eléctrica en cerámicas puede ocurrir a altas temperaturas -
iones excitados y desprendimiento de las estructuras primarias,
permitiendo “conductividad iónica”.
 Optimizando y combinando la materia prima se logra mejorar las
propiedades eléctricas de los aisladores.
Propiedades
térmicas
 Punto de Fusión
– Punto de fusión de cada cerámica es influenciada por el tipo de enlace: iónico,
covalentemente/iónico o covalente.
– Mientras mas fuerte sea el enlaces, mayor es el punto de fusión.
 Resistencia al impacto térmico
– Coeficiente de expansión térmica depende de la estructura cristalina y de la
 Fuerza del enlace
– Mientras mas fuerte sea el enlace en la estructura, menor será el coeficiente de expansión
térmica
– Porosidad y micro grietas ayudan a disipar el calor y evitar fallas por impacto térmico.
 Aislamiento térmico
– Parcialmente dependiente a la estructura de los cristales, (punto de fusión).
Procesos
de fabricación
Técnicas
de conformado
 Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas
pueden ser conformados mediante varios métodos en condiciones
secas, plásticas o liquidas. Los procesos de conformado en frío son
predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado
en caliente también se usan con frecuencia. Prensado en seco, por
inyección y extrusión son los métodos de modelado de cerámica que se
utilizan mas comúnmente.
Prensado
en seco
 Este método se usa frecuentemente para productos refractarios
(materiales de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos
electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación
uniaxial simultanea y la conformación de los polvos granulados con
pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos en un troquel.
 El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran
variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas.
Inyección
 Similar a la inyección de plástico mezclado y compactado por
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 Componente se remueve al enfriarse, y los plásticos por disolución o
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 Usado para componentes pequeños y complejos
 Ciclo de inyección 10 segundos
Extrucción
 Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los
materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de
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Materiales cerámicos tradicionales y de la ingeniaría

  • 1. Equipo 3 Materiales Cerámicos tradicionales y de la Ingeniaría
  • 2. ¿Qué son los materiales cerámicos?  MaterDerivado de la palabra griega “Keramos”: Material Quemado  Materiales inorgánicos y no metálicos – Óxidos, nitruros, boratos, carburos, silicatos, y sulfuros. – Compuestos intermetallics (i.e. aluminatos) – Fosfatos, antimoniuros, y arseniuros  Propiedades presentes después de tratamientos térmicos (horneado) a altas temperaturas (> 1000oC)
  • 3. Tipos de materiales cerámicos  En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso especifico en ingeniería.
  • 5. Cerámica tradicional  Normalmente los materiales cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice(pedernal) y feldespato. Ejemplos de cerámicos tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica.
  • 6. Cerámicas avanzadas o de ingeniería  Están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro de silicio(Si3N4).  Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conducción térmica.
  • 7. PROCESAMIENTO DE CERÁMICAS  Los productos cerámicos más tradicionales y técnicos son manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que son posteriormente calentados a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre si.  Las etapas básicas para el proceso de cerámica de aglomeración de partículas son: (1) preparación de material; (2) moldeado o fundido; (3) tratamiento térmico por secado y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.
  • 8. Propiedades mecánicas  En general, son frágiles, su resistencia a la tracción va desde 100 psi(0.69 MPa), hasta 106psi(7 x 103MPa). Pero en general pocos cerámicos alcanzan los 25ksi.  La resistencia a la compresión es en general de 5 a 10 veces mayor que la resistencia a la tracción. Su dureza depende del tipo de cerámico, siendo poca para cerámicos tradicionales y muy alta para cerámicos de ingeniería (herramientas de corte) y su resistencia al impacto es en general muy baja.  Superficie dura.  Resistentes a esfuerzos de compresión e impacto.
  • 9. Propiedades eléctricas  Enlace químico determina las propiedades eléctricas.  Electrones libres en los materiales (Ej. en los metales), permiten conductividad eléctrica a través del material.  Aislamiento eléctrico se obtiene cuando no hay electrones libres (Ej. en el diamante y la mayoría de las cerámicas).  Conducción eléctrica en cerámicas puede ocurrir a altas temperaturas - iones excitados y desprendimiento de las estructuras primarias, permitiendo “conductividad iónica”.  Optimizando y combinando la materia prima se logra mejorar las propiedades eléctricas de los aisladores.
  • 10. Propiedades térmicas  Punto de Fusión – Punto de fusión de cada cerámica es influenciada por el tipo de enlace: iónico, covalentemente/iónico o covalente. – Mientras mas fuerte sea el enlaces, mayor es el punto de fusión.  Resistencia al impacto térmico – Coeficiente de expansión térmica depende de la estructura cristalina y de la  Fuerza del enlace – Mientras mas fuerte sea el enlace en la estructura, menor será el coeficiente de expansión térmica – Porosidad y micro grietas ayudan a disipar el calor y evitar fallas por impacto térmico.  Aislamiento térmico – Parcialmente dependiente a la estructura de los cristales, (punto de fusión).
  • 12. Técnicas de conformado  Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden ser conformados mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o liquidas. Los procesos de conformado en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. Prensado en seco, por inyección y extrusión son los métodos de modelado de cerámica que se utilizan mas comúnmente.
  • 13. Prensado en seco  Este método se usa frecuentemente para productos refractarios (materiales de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultanea y la conformación de los polvos granulados con pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos en un troquel.  El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas.
  • 14. Inyección  Similar a la inyección de plástico mezclado y compactado por cilindro atornillado, con 30%-40% de plásticos/aditivos  Componente se remueve al enfriarse, y los plásticos por disolución o evaporación  Usado para componentes pequeños y complejos  Ciclo de inyección 10 segundos
  • 15. Extrucción  Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de embutir. Este proceso es de aplicación común en la producción.  Dos métodos de extrusión:“Ram o Pistón” e Indirecta.  Posible cortar a longitudes requeridas.
  • 16. “Gracias por su atención”