ceramicos 1.pdf

7/25/2019 ceramicos 1.pdf

1/14

1

TEMA 2. CERAMICAS TRADICIONALES

ESQUEMA:

- Porcelanas

- Esteatitas y Cordieritas


2/14

2

Porcelanas. Fabricacin

Barros como la kaolinita, silicato de aluminio hidratado: Al2O3.2SiO2.2H2O

A 600C se pierde el agua y se forma meta-kaolinita: Al2O3.2SiO2

A 1000C se produce la descomposicin de la meta-kaolinita formndosemullita (1830C) y slice (1724C)

3(Al2O3.2SiO2) = (3Al2O3.2SiO2) + 4SiO2

SiO2 Al2O3

A+L

A+M

1830

1595

1724

2050

T (C)

%MOLAR0.6M

L+M

LIQUIDO

SiO2 Al2O3

A+L

A+M

1830

1595

1724

2050

T (C)

%MOLAR0.6M

SiO2 Al2O3

A+L

A+M

1830

1595

1724

2050

T (C)

%MOLAR0.6M

L+M

LIQUIDO

A DIFERENCIA DE LA ARCILLACONTAMINADA CON OXIDOS DEFE, LA PORCELANA ES BLANCA

Por encima de 1595C la kaolinitaproduce un lquido. Sin embargo loshornos antiguos no tenan

semejante capacidad

FUNDENTES


3/14

3

El feldespato es un aditivo que permite la formacin de fase lquida ams baja temperatura (vitrea), lo que adems permite la vitrificacin de la

pieza sinterizada (mejor acabado)

K2O.Al2O3.6SiO2

El feldespato tiene una reaccin eutctica a 1150C ( formndoseleucita (K2O.Al2O3.4SiO2) y lquido. Mejor an, en presencia de SiO2

forma lquido a 990C.

LEUC SiO2F

L

F+L

SiO2 + L

LEUC + L

LEUC + F

1150C

990C

LEUC SiO2F

L

F+L

SiO2 + L

LEUC + L

LEUC + F

1150C

990C



4/144

Las porcelanas comerciales tienen composiciones que combinan estostres elementos:

K2O.Al2O3.SiO2

El feldespato tiene una reaccin eutctica a 1150C ( formndoseleucita (K2O.Al2O3.4SiO2) y lquido. Mejor an, en presencia de SiO2forma lquido a 990C.

556.611Feldespato

258.24.32KaolinitaMasa mol.% molarMasa

Frac. molarK2O: 0.05

Al2O3: 0.25SiO2: 0.70

A la temperatura de sinterizado: mullita + liquido. En las siguientes proporciones:

T(C) M/L1127 41:59

1227 40:601327 39:611427 37:63



5/145

Esta fraccin de lquido es muy elevada y aparece rapidamente atemperaturas alrededor de 1000C. INESTABILIDAD MECNICA:

DISTORSIN. (Baja viscosidad)

=T

BexpAT 1000

( )711270 .B.expA =

SiO2

Al2O3MOo

M2O

60

20

Log

T (C)1000 1200 1400

80%SiO2

70%SiO2

5

2



6/146

En la prctica se aade un tercer aditivo: cuarzo < 10 micras.

COMPOSICION:

1Feldespato

1Silice

2Kaolinita

MasaFrac. molar

K2O: 0.03Al2O3: 0.18SiO2: 0.79

=10 - 100

M: mullita 3Al2O3.2SiO2L: leucita K2O.Al2O3.4SiO2F: feldespato K2O.Al2O3.6SiO2

SiO2

Al2O3K2O

25C

M

F

L

En la prctica, el silicato lquido es muylento de cristalizar por lo que al final seobtiene un 40-60% de fase vitrea



7/147

Durante el calentamiento se pueden distinguir los siguientes procesos:1- Descomposicin de la meta-caolinita a mullita y silice (en la prctica seforma un silicato vitreo por la presencia de un 2-3% de impurezas en el

polvo)

2- Formacin de ms lquido por reaccin del feldespato con la silice

3- Disolucin de la meta-caolinita residual en el lquido

4- Cristalizacin de la mullita

5- Densificacin en fase lquida (distribucin del lquido entre laspartculas slidas de mullita) REAGRUPAMIENTO Y DISOLUCIN-PRECIPITACION. VITRIFICACIN



8/148

Porcelanas. Propiedades

Las propiedades dependen de la composicin y la microestructura:COMPOSICION: Mullita, vidrio, porosidad (1-5% inaccesible) cuarzoresidual (si el polvo de partida es grueso)

1150 1250

2.30

2.35

Densidad(g/cc)

Porosidad(%)

T(C)Sinterizado

5

8

Bloating Descomposicin desulfatos o C

( ) MPabpexp 120600

==

c

E

Resistencia terica delenlace Si O = 20 GPa =E/4 Granos cuarzo: DEFECTOS () GRIETAS

35e-6 vs. 5.7 e-6 K-1


9/149

Porcelanas. Propiedades.

( )

E.T f

C

=

152

Tc= 200-250C

Cambios rpidos de temperatura inducen prdidas deresistencia por microagrietamiento. MEJORAS:-ELIMINAR POROS-AUMENTAR (+Al2O3)-ELIMINAR EL CUARZO RESIDUAL

-CREAR ESTADOS SUPERF. COMPRESIVOS (GLAZING)(a = 0.5e-6 K-1)

Retencin deresistencia

100%

T200 300

Retencin deresistencia

100%

T200 300

100%

T200 300

Shock trmico


10/1410

Porcelanas. Otras Propiedades. Aplicaciones

Densidad: 2.28-2.37 g/cc (91-96%D.T.)Densidad terica:2.5-2.46 g/cc

BUEN AISLANTE T


11/1411

Esteatitas y Cordieritas. Generalidades

Estos materiales tienen composiciones en el sistema:MgO.Al2O3.SiO2Materiales base:Talco: 0.8-0.85Caolinita: 0.1

Alumina: 0.05

S: sapphirine 4MgO.5Al2O3.2SiO2C: cordierita 2MgO.2Al2O3.5SiO2Talco 3MgO.H2O.4SiO2

Generacin ms gradual de la fase lquida

SiO2

Al2O3

MgO F

C

Talco

S

100% liquido1400C

Dentro zona roja: 2 eutcticos: 1345-1360C

El talco ayuda a la compactacin(LUBRICANTE). (contiene 63% silice)

El talco no es estable, como la caolinitapierde el agua a unos pocos cientos degrados. Funde bruscamente a 1543C(Eutect. MgO-SiO2

Mas refractarios que laporcelana


12/14

12

Esteatitas

Materiales base:Talco: 0.8-0.85Caolinita: 0.1

Feldespato: 0.05

Sinterizacin: 1250-1300C (bajo costo).Formacin 30%vol. Lquido (1345C)El feldespato ayuda a aumentar laventana de sinterizacin

1200 1600

25

%l

iquido

T(C)Sinterizado

50

75

100

1400

Talco

Esteatita

cordierita

MgO.Al2O3.SiO2

Se puede controlar mejor lacantidad de lquido en el sistema

Mediante la temperatura desinterizacin

Resistencia: 150 MPaCoef. Dilat: 8.5e-6 K-1

Max. Temperatura uso: 600C

Aplicaciones:Conectores electricos baratos

(cuidado impurezas Na, K)


13/14

13

Cordieritas

Mayor contenido de Al2O3 (ms kaolinita)

SiO2

Al2O3

MgO F

C

Talco

S

100% liquido1400C

cordierita 2MgO.2Al2O3.5SiO2PUNTO FUSION. 1460C

Muy REFRACTARIO

MgOSiO2

Al2O3

0.1470.105

0.174

Moles

54.7Talco22.4Alumina

22.9Kaolinita

%molar

MAS: FUSIN + TRAT. CRISTALIZACIN

Resistencia: 100 MPaCoef. Dilat BAJO: 1.6 e-6 K-1(anisotropo: crack on cooling)Buena resistencia al choque trmico

Temp fusin: 1540C

Aplicaciones:Ladrillo refractario

Soportes elementos calefactoresExtruido: celda abeja catalizadoresTubo escape


14/14

14

RESUMEN

1540CCordieritaCordierita2054C

1557C

1000C ablandamientoPROPIEDAD

Alumina

Enstatita (20% vidrio)

vidrioFASE MAYORITARIA

Esteatita

Alumina

PorcelanaMATERIAL

ceramicos 1.pdf

Documents

Transcript of ceramicos 1.pdf