PROCESAMIENTO DE CERAMICAS, PROCESOS DE MANUFACTURA

1. Procesamiento de cerámicas y cermets

2. Procesamiento de cerámicas tradicionales
• Las cerámicas tradicionales se hacen a
partir de minerales que se encuentran
en la naturaleza e incluyen alfarería,
porcelana, ladrillos y cemento.
• El material inicial para todos estos
artículos es polvo.
• En el caso de las cerámicas
tradicionales, los polvos se mezclan
usualmente con agua para aglutinar
temporalmente las partículas y lograr
una consistencia adecuada para darles
forma.

3. • 1.- Preparación de polvos
Secuencia de manufactura para cerámicas
tradicionales
• 2.- Formado de barro
húmedo
• 3.- Secado
• 4.- Cocido
2
1
3
4

4. Preparación de las materias primas
• Los procesos de formado de los
productos cerámicos tradicionales
requieren que el material inicial
tenga la forma de una pasta
plástica, compuesta de finos polvos
cerámicos mezclados con agua; su
consistencia determina la facilidad
para formar el material y la calidad
del producto final.

5. Creación del polvo
• Las técnicas para reducir el tamaño de las
partículas en el procesamiento de las cerámicas
aportan varias formas de energía mecánica, como
impacto, compresión y frotamiento.
• El término pulverización se usa para estas
técnicas, las cuales son más efectivas en materiales
frágiles, incluidos el cemento, las menas metálicas
y los metales frágiles. Se distinguen dos tipos
generales de operaciones de pulverización:
- Triturado
- Molienda.

6. • El triturado se refiere a la ruptura de
grandes trozos provenientes de la mina
en tamaños más pequeños para su
reducción posterior.
• El triturado de minerales se realiza por
compresión contra superficies rígidas o
por impacto contra superficies rígidas
con movimiento restringido.
Triturado

7. Trituradores de
quijada
Trituradores
giratorios
Trituradores de
rodillos
• Una quijada grande se
mueve hacia delante y
hacia atrás para
triturar los terrones
contra una superficie
dura y rígida.
• Usan un cono giratorio
para comprimir los
trozos contra una
superficie dura y
rígida.
• Los trozos de cerámica
se aprietan entre
tambores rotatorios.

8. • Se refiere a la operación de reducir las piezas pequeñas después del triturado a
polvos finos. La molienda se realiza por abrasión e impacto del mineral triturado
por el libre movimiento de un medio duro y suelto, como bolas, piedras o barras.
•
• a) molino de balines.
• b) molino de rodillos.
• c) molienda por impacto.
Molienda

9. Molino de balines
Molino por
impacto
Molino de rodillos
• Contiene esferas duras mezcladas
con el material a pulverizar, que
giran dentro de un recipiente
cilíndrico grande. El movimiento
arrastra a los balines y el material
hacia arriba en la pared del
recipiente y los hace caer para
realizar la molienda por una
combinación de impacto y
frotamiento. Estas operaciones
frecuentemente añaden agua a la
mezcla, de manera que se forme
una pasta aguada.
• las partículas del material se
proyectan contra una
superficie plana dura, ya sea
por corriente de aire a alta
velocidad o mediante un
chorro de una pasta muy
fluida a alta velocidad. El
impacto fractura las piezas
en partículas más pequeñas.
• El material se comprime
contra la mesa horizontal del
molino mediante rodillos que
giran sobre la superficie de la
mesa. Aunque no se muestra
claramente en el diagrama, la
presión de los rodillos sobre la
mesa se regula por resortes
mecánicos o medios
hidroneumáticos.

10. • Las proporciones óptimas de polvo y agua
dependen del proceso de formado que se
usa. Algunos procesos de formado
requieren alta fluidez; otros actúan sobre
una composición que tiene bajo contenido
de agua.
• Los procesos de formado pueden dividirse
con base en la consistencia de la mezcla.
Procesos de formado

11. • El vaciado deslizante se usa en metalurgia de polvos,
pero su aplicación en cerámica es mucho más común. En
este método se vacía una suspensión de polvos
cerámicos en agua, llamada pasta líquida, dentro de
un molde poroso de yeso donde el agua de la mezcla es
absorbida de manera gradual por el yeso y se forma una
capa de arcilla firme en la superficie del molde.
• La composición de la pasta líquida es típicamente de 25
a 40% de agua, y el remanente es arcilla mezclada de
manera frecuente con otros ingredientes.
• Debe ser lo suficientemente fluida para penetrar en los
resquicios de la cavidad del molde, pero también es
conveniente que el contenido de agua sea bajo para
lograr mayores velocidades de producción.
Fundición o vaciado deslizante

13. • Esta categoría incluye varios métodos manuales y mecanizados. Todos ellos
requieren que la mezcla inicial tenga consistencia plástica, lo cual se logra
generalmente con un contenido de agua de 15 a 25%. Para los métodos manuales se
usan generalmente arcillas en el límite superior del rango, que constituyen un
material más fácil de formar; sin embargo, esto viene acompañado de mayor
contracción en el secado. Los métodos mecanizados emplean por lo general
mezclas con menor contenido de agua y por tanto la arcilla inicial es más espesa.
Formado plástico

14. • El modelado a mano involucra la creación del producto cerámico por manipulación
de la masa de arcilla plástica a fin de darle la forma deseada. Además de las piezas
de arte, se hacen por este método los patrones para los moldes de yeso en el
vaciado deslizante.
Modelado a mano

15. • El torneado a mano sobre un torno
de alfarero es otro refinamiento de
los métodos artesanales. El torno
de alfarero es una mesa redonda
que gira en una flecha vertical
accionada por un motor o por un
pedal.
Torneado a mano

16. • El torneado ligero es una extensión del método del alfarero, en el cual el
modelado a mano se remplaza por técnicas mecanizadas. Se usa para producir
grandes cantidades de artículos idénticos, como platos y tazones para uso
doméstico.
Torneado ligero

17. • Prensado semiseco En el prensado semiseco las proporciones de agua en la
arcilla inicial están típicamente en el rango de 10 a 15%. Los procesos
semisecos usan alta presión para superar la baja plasticidad del material y
forzado dentro de la cavidad de un troquel.
• Prensado seco La diferencia principal entre el prensado semiseco y el
prensado seco es el contenido de humedad del material inicial. El contenido
de humedad de la arcilla inicial en el prensado seco está típicamente por
debajo de 5%. Como la arcilla seca no fluye durante el prensado, la forma
de la pieza es relativamente simple. No se forman rebabas en el prensado
seco y no ocurre contracción de secado, así que el tiempo de secado se
elimina, lográndose una buena precisión en las dimensiones del producto
final.
Prensado

18. Prensado

19. Secado
• El agua juega un papel importante
en la mayoría de los procesos
tradicionales de formado
cerámico. Pero en adelante ya no
tiene ningún objeto y debe
removerse del cuerpo de la pieza
antes de cocerla. La contracción
es un problema durante este paso
porque el agua aporta volumen a
la pieza y cuando se retira, el
volumen se reduce.

20. Secado

21. Cocimiento (Sintetizado)
• La pieza fresca carece de dureza y
resistencia, debe cocerse para fijar la forma
de la pieza y lograr dureza y resistencia en el
producto final.
• El cocimiento es el proceso de tratamiento
térmico que sinteriza al material cerámico y
se realiza en un horno cerámico. En el
sinterizado se desarrollan uniones entre los
granos cerámicos y esto va acompañado de
densificación y reducción de porosidad. Por
tanto, ocurre una nueva contracción en el
material policristalino, además de la que ya
ha ocurrido en el secado.
• Este proceso se usa para cocinar las piezas
para compactar su estructura aumentando la
dureza densidad y disminuyendo la
porosidad.

22. 17.2) Procesamiento de cerámicas nuevas
• Compuestos químicos simples como óxidos, carburos y
nitruros.
• Los polvos deben combinarse con otros ingredientes para
lograr la plasticidad y otras propiedades convenientes durante
el formado y aplicar así los métodos convencionales.
• Aplicaciones de alta resistencia y dureza.

23. Secuencia de manufactura para cerámicas
nuevas
01
02
03
04
Preparación de
materiales
iniciales
Formado
Acabado Sinterizado

24. Preparación de materiales iniciales
• Mayor resistencia que en cerámicas
tradicionales.
• Polvos homogéneos en tamaño y
composición.
• 2 métodos de preparación:
• Mecánicos
• Químicos

25. Métodos químicos
• Se usan dos métodos químicos para lograr mayor homogeneidad en los polvos de los nuevos
cerámicos: 1) secado por congelación y 2) precipitación de una solución.
• En secado por congelación, las sales de un producto químico inicial apropiado se disuelven en
agua y la solución se rocía para formar gotas pequeñas que son rápidamente congeladas.
Después, se remueve la humedad de las gotas en una cámara de vacío; la sal resultante
secada por congelación se descompone por calentamiento para formar polvos cerámicos. En la
precipitación de una solución, el compuesto cerámico deseado se disuelve a partir del mineral
inicial, permitiendo filtrar las impurezas. Entonces se precipita un compuesto intermedio de
la solución, que se convierte en el compuesto deseado por calentamiento.

26. Métodos químicos

27. Métodos mecánicos
• Los métodos mecánicos constan de
las mismas operaciones de molienda
que se llevan a cabo en el molino de
balines utilizado con las cerámicas
tradicionales. La dificultad con estos
métodos es que las partículas
cerámicas se contaminan con el
material de los balines y paredes del
molino. Esto compromete la pureza
de los polvos cerámicos y como
resultado aparecen grietas
microscópicas que reducen la
resistencia del producto final.

28. Formado
• Prensado caliente
• Prensado isostático
• Procesos de bisturí
• Moldeo por inyección de polvos (PIM)

29. Sinterizado
• Las funciones de sintetizado mismas que en cerámicas tradicionales:
1) Unir los granos individuales en una masa sólida.
2) Incrementar la densidad.
3) Reducir o eliminar la porosidad.
• El mecanismo de sinterizado es la difusión de masa a través de las superficies de contacto
de las partículas, probablemente acompañada de algún flujo plástico. Este mecanismo
ocasiona que los centros de las partículas se muevan para juntarse más; el efecto se
traduce en una densificación del material final.

30. Sinterizado

31. Acabado
• Las piezas hechas con la nueva cerámica requieren algunas
veces acabado. En general esta operación tiene uno o más
de los siguientes propósitos:
• 1) incrementar la precisión dimensional.
• 2) mejorar el acabado de la superficie.
• 3) hacer cambios menores en la forma de la pieza.
• Las operaciones de acabado involucran generalmente
esmerilado y otros procesos abrasivos. Se necesita usar
abrasivos de diamante para cortar los materiales cerámicos
endurecidos.

32. Carburos cementados
• Son una familia de los
materiales compuestos que
consisten en partículas de
carburos cerámicos
incorporadas en un metal
aglutinante. Para proveer
una pieza fuerte y libre de
poros, los polvos de carburo
deben sinterizarse con un
aglutinante metálico.

33. Consideraciones para el diseño de
productos
• Los materiales cerámicos son varias veces más fuertes a la compresión que a la tensión; los componentes deben diseñarse
para soportar esfuerzos de compresión, mas no esfuerzos de tracción.
• Las cerámicas son frágiles y casi no poseen ductilidad. Las piezas cerámicas no deben usarse en aplicaciones que impliquen
cargas de impacto o altos esfuerzos que puedan causar fractura.
• Debe evitarse perforaciones profundas, canales y muescas, así como grandes proyecciones en voladizo.
• Los bordes exteriores y las esquinas deben contener radios o chaflanes, y las esquinas inferiores deben ser redondeadas
• La contracción de la pieza en el secado y cocimiento (para cerámicas tradicionales), y en sinterizado (para cerámicas
nuevas) puede ser significativa y el diseñador debe tomarla en cuenta para establecer dimensiones y tolerancias.