La Aglomeración en Procesos para Materiales Cerámicos

PROCESAMIENTO DE CERAMICOS  AGLOMERACIÓN DE PARTICULAS PARTICULAS La aglo aglome mera raci ción ón es la opera operaci ción ón bsi bsica ca op!es op!es"a "a a la re#! re#!cci cción ón #e "ama "ama$o $os% s% Los Los "&rm "&rmin inos os aglomeración' gran!lación ( pele"i)ación #esignan el proceso #e a!men"o #e "ama$o #e los granos #e las s!s"ancias sóli#as% El ma"erial *inamen"e #i+i#i#o ,pol+o- se aglomera en con.!n"os #e par"/c!las ms gran#es% Los con.!n"os #e par"/c!las p!e#en recibir nombres "ales como0 copos' gr!mos' aglomera#os' pelle"s' bri1!e"as o pas"illas% El mo"i+o #e aplicar !n m&"o#o #e aglomeración p!e#e ser la necesi#a# #e me.orar el compor"amien"o #el *l!.o o *acili"ar el me)cla#o' re#!cirla *ormación #e pol+o o a.!s"ar #irec"amen"e la *orma' el "ama$o' la porosi#a#' la rob!s"e)' e"c% La aglomeración es la operación bsica op!es"a a la re#!cción #e "ama$os% Los "&rminos aglomeración' gran!lación ( pele"i)ación #esignan el proceso #e a!men"o #e "ama$o #e los granos #e las s!s"ancias sóli#as% El ma"erial *inamen"e #i+i#i#o ,pol+o- se aglomera en con.!n"os #e par"/c!las ms gran gran#es #es%% Los Los con. con.!n" !n"os os #e par" par"/c /c!l !las as p!e# p!e#en en recib recibir ir nomb nombres res "ales "ales como0 como0 copo copos' s' gr!mo gr!mos' s' aglomera#os' pelle"s' bri1!e"as o pas"illas% El mo"i+o #e aplicar !n m&"o#o #e aglomeración p!e#e ser la necesi#a# #e me.orar el compor"amien"o #el *l!.o o *acili"ar el me)cla#o' re#!cirla *ormación #e pol+o o a.!s"ar #irec"amen"e la *orma' el "ama$o' la porosi#a#' la rob!s"e)' e"c%  A gran#es rasgos' se p!e#en #i*erenciar los sig!ien"es m&"o#os #e aglomeración0 Aglomeración por deposición

Las par"/c!las in#i+i#!ales libres se re2nen *orman#o con.!n"os #e ma(or "ama$o o bien se #eposi"an sobre con.!n"os #e par"/c!las (a e3is"en"es% Con *rec!encia' se !"ili)a l/1!i#os como agen"es aglomeran"es% La aglomeración por #eposición p!e#e "ener l!gar en lec4os *l!i#i)a#os% En la aglomeración por ro#a#!ra se *orman con.!n"os ma(ores #e par"/c!las' seg2n el principio #e la bola #e nie+e% La aplicación "&cnica "iene l!gar con #iscos o "ambores gran!la#ores o me)cla#oras% Aglomeración por compresión

 A par"ir #e !n ma"erial p!l+er!len"o se *orma !n aglomera#o por e*ec"o #e *!er)as #e presión e3"ernas% En la *abricación #e pas"illas' el pol+o se compac"a #en"ro #e !na ma"ri) con !n p!n)ón% O"ras aplicaciones0 el prensa#o con cilin#ros' en #on#e se emplean #os ro#illos lisos ,res!l"an#o aglomera#os irreg!lares- o ro#illos con o1!e#a#es ,res!l"an#o pie)as con*orma#as' "ales como bri1!e"as-% O"ros O"ros m&"o#os m&"o#os00 floculación s!s"ancias en s!spensión #e l/1!i#os' la sinterización% floculación para separar s!s"ancias Depen#ien#o Depen#ien#o #el m&"o#o' m&"o#o' ac"2an #i+ersos mecanismos mecanismos #e aglomeración aglomeración con #i*eren"es #i*eren"es *!er)as #e a#4erencia% 5sicamen"e se p!e#en #is"ing!ir' al respec"o' mecanismos con ( sin !nión ma"erial% Los ms es"ables son las !niones ob"eni#as por sin"eri)ación' pero es"as !niones se p!e#en *ormar  "ambi&n por o"ros proce#imien"os' si se !"ili)an aglomeran"es 1!e se en#!re)can o cris"alicen% En la aglomeración aglomeración por #eposición #eposición #esempe$a !n papel primor#ial primor#ial la a#4erencia a#4erencia por !nión l/1!i#a% l/1!i#a% Depen#ien#o #e la relación l/1!i#o6sóli#o' #e la na"!rale)a #el l/1!i#o' as/ como #e la *orma ( el "ama$o #e los poros' se *orman capas #e a#sorción !ni#as *irmemen"e a la s!per*icie o bien se pro#!cen !niones l/1!i#as con mo+imien"o libre% En el caso #e e3is"ir *!er)as #e +an #er 7aals ( *!er)as elec"ros""icas' no e3is"e enlace ma"erial% Las *!er)as #e +an #er 7aals #esempe$an !n papel impor"an"e en la aglomeración por compresión% Las !niones en"rela)a#o mecnico se presen"an en los ma"eriales *ibrosos' "ales como el papel ( el *iel"ro% Preparación #el Ma"erial0

La ma(or/a #e los pro#!c"os cermicos es"n *abrica#os por aglomeración #e par"/c!las% Las ma"erias primas para es"os pro#!c"os +ar/an #epen#ien#o #e las propie#a#es re1!eri#as por la pie)a cermica "ermina#a% Las par"/c!las ( o"ros ingre#ien"es' "ales como agl!"inan"es ( l!brican"es' p!e#en ser me)cla#os en seco o en 42me#o% Para pro#!c"os cermicos 1!e no necesi"an "ener  propie#a#es m!( 8e3igen"es8' "ales como la#rillos com!nes' "!ber/as para alcan"arilla#os ( o"ros pro#!c"os arcillosos es !na prc"ica com2n me)clar los ingre#ien"es con ag!a% Para o"ros ma"eriales cermicos' las ma"erias primas son par"/c!las secas con agl!"inan"es ( o"ros a#i"i+os% Alg!nas +eces se combinan ambos procesos 942me#o ( seco:% Por e.emplo' para pro#!cir !n ar"/c!lo cermico con gran proporción #e Al;O< 1!e sea b!en aislan"e' las par"/c!las #e ma"eria prima se me)clan con ag!a ( .!n"o con !n agl!"inan"e #e cera para *ormar !na s!spensión 1!e pos"eriormen"e se a"omi)a ( seca para ob"ener pe1!e$as par"/c!las es*&ricas Mol#eo por cola#a0 El Mol#eo por cola#a o +acia#o por cola#a' es !na "&cnica #e mo#ela#o' a#ap"a#a a la cermica ar"/s"ica #es#e s! #esarrollo en la in#!s"ria cermica% Consis"e en +er"ir #en"ro #e !n mol#e poroso' !na barbo"ina l/1!i#a% En es"e mol#e' ,normalmen"e #e esca(ola ( 1!e p!e#e es"ar *orma#os por  +arias pie)as-' se reali)a !n *enómeno #e in"ercambio elec"rol/"ico ,osmosis- como consec!encia el ag!a ( ma"eriales sol!bles pasan a la esca(ola' #e.an#o !na capa #e arcilla en es"a#o sóli#o% Depen#ien#o #el "iempo 1!e se #e.e la barbo"ina #en"ro #el mol#e' ( #el es"a#o #e es"e' as/ ser el grosor #e la pie)a' !na +e) ob"eni#o es"e #a"o solo 1!e#a' #arle la +!el"a al mol#e ( +aciar el e3ceso #e barbo"ina% En el proceso #el +acia#o por cola#a #e la barbo"ina' el mol#e #e (eso s!*re por ac!m!lación #e sales sol!bles presen"es en la barbo"ina ,con lo 1!e se "apan los poros #e es"e-' como carbona"o clcico' s!l*a"o #e so#io' ( por o"ro la#o "iene !na !"ili#a#' b!sca#a #es#e an"ig!o' me)clar barbo"ina n!e+a' con la +ie.a #e o"ros cola#os' para me.orar la "i3o"rop/a% T=CNICAS DE CON>ORMADO Prensa#o en seco0 Es"e m&"o#o se !sa *rec!en"emen"e para pro#!c"os re*rac"arios ,ma"eriales #e al"a resis"encia "&rmica- ( componen"es cermicos elec"rónicos% El prensa#o en seco se p!e#e #e*inir como la compac"ación !nia3ial sim!l"nea ( la con*ormación #e los pol+os gran!la#os con pe1!e$as can"i#a#es #e ag!a (6o pegamen"os orgnicos en !n "ro1!el% Desp!&s #el es"ampa#o en *r/o' las par"/c!las son normalmen"e calen"a#as ,sin"eri)a#as- a *in #e 1!e se consigan la *!er)a ( las propie#a#es microes"r!c"!rales #esea#as% El prensa#o en seco se !"ili)a m!c4o por1!e permi"e *abricar !na gran +arie#a# #e pie)as rpi#amen"e con !na !ni*ormi#a# ( "olerancia pe1!e$as% Compac"ación Iso"c"ica0 El proceso #e compac"ación isos""ica en calien"e some"e a !n componen"e a la +e) a ele+a#as "empera"!ra ( presión #e gas isos""ica en !n recipien"e con"ene#or #e al"a presión% El gas #e pres!ri)ación ms !"ili)a#o es el argón% Se !"ili)a !n gas iner"e' #e manera 1!e el ma"erial no reaccione 1!/micamen"e% La cmara se calien"a' 4acien#o 1!e la presión #en"ro #el recipien"e a!men"e m!c4o% M!c4os sis"emas emplean bombeo #el gas asocia#o para lograr el ni+el #e presión necesaria% La presión se aplica a la ma"eria por ig!al en "o#as las #irecciones ,#e a4/ el "&rmino 8isos""ico8-% Para la *abricación #e pie)as #e *!n#ición' el gas iner"e se aplica a presiones compren#i#as en"re ?<@ psi ,@'? MPa- ( B@% psi ,< MPa-' sien#o la ms com2n !na presión #e @% psi , MPa-% Se precalien"a el ma"erial a !n rango #e "empera"!ras #e  > ,BF; C- para pie)as #e *!n#ición #e al!minio a ;%B > ,%<; C- para s!peraleaciones #e n/1!el% La "empera"!ra se p!e#e ele+ar 4as"a <C me#ian"e cale*ac"ores #e gra*i"o% Permi"e ob"ener  pie)as #e *ormas comple.as con propie#a#es m!( reg!lares%

Es necesario aislar la porosi#a# #el me#io #e pres!ri)ación por lo 1!e se rec!rre a0 : Encaps!lar en !na bolsa cerra#a capa) #e impermeabili)ar al ma"erial compac"o ( "ransmi"ir presión% : Alcan)ar  me#ian"e sin"eri)ación pre+ia !n es"a#o #e porosi#a# cerra#a ,proceso Sin"er:HIP en !n ciclo' o bien prensa#o isos""ico en calien"e en !n 4orno #esp!&s #e sin"eri)ar en o"ro 4orno pre+io-% Es"os ciclos son largos ,4as"a B 4oras- ( la encaps!lación res!l"a laboriosa% Compresión en calien"e0 En es"e proceso se consig!en pie)as #e al"a #ensi#a# ( propie#a#es mecnicas op"imi)a#as combinan#o la presión ( los "ra"amien"os #e sin"eri)ación% Se !"ili)a "an"o la presión !ni#ireccional como los m&"o#os isos""icos% Mol#eo por barbo"ina0 Proceso #e *!n#ición por re+es"imien"o% E"apas0 :Preparación #el ma"erial cermico en pol+o ( #e #!ra em!lsión ,arcilla ( ag!a- 1!e *orman !na me)cla es"able ,barboni"a-% :Mol#eo #e la barbo"ina en !n mol#e poroso ,(eso-' 1!e permi"e la absorción #e la par"e l/1!i#a por  el mol#e% A me#i#a 1!e se absorbe el l/1!i#o' se *orma !na capa #e ma"erial ms o menos #!ra en la pare# #el mol#e% :C!an#o se 4a conseg!i#o el grosor #esea#o el e3ceso #e barboni"a se #esalo.a #e la ca+i#a#% :Po#emos #e.ar 1!e el mol#e se llene "o"almen"e' es"e m&"o#o se #enomina *!n#ición compac"a% :Se #e.a el ma"erial #en"ro #el mol#e 4as"a 1!e alcance la resis"encia necesaria para pos"eriormen"e #esmol#ear% :Se e*ec"2a !n calen"amien"o para conseg!ir las propie#a#es ( microes"r!c"!ra #esea#as% Tra"amien"os "&rmicos0 Seca#o ( eliminación #el agl!"inan"e0 El propósi"o #el seca#o #e cermicas es eliminar el ag!a #el c!erpo cermico pls"ico an"es #e ser  some"i#a a al"as "empera"!ras% Generalmen"e' la eliminación #e ag!a se lle+a a cabo a menos #e C ( p!e#e "ar#ar "an"o como ;B4s% para !n "ro)o #e cermica gran#e% La ma(or/a #e los agl!"inan"es orgnicos p!e#en ser elimina#os #e pie)as cermicas por calen"amien"o en el rango #e ; a <C' a!n1!e alg!nos resi#!os 4i#rocarbona#os p!e#en re1!erir !n calen"amien"o a "empera"!ras ms ele+a#as% Sin"eri)ación0 El proceso por el c!al se consig!e 1!e pe1!e$as par"/c!las #e !n ma"erial se man"engan !ni#as por  #i*!sión al es"a#o sóli#o se llama sin"eri)ación% En la *abricación #e cermicas es"e "ra"amien"o "&rmico se basa en la "rans*ormación #e !n pro#!c"o poroso en o"ro compac"o ( co4eren"e% La sin"eri)ación se !"ili)a #e mo#o generali)a#o para pro#!cir *ormas cermicas #e' por e.emplo' al2mina' berilia' *erri"a ( "i"ana"os% En el proceso #e sin"eri)a#o las par"/c!las coalescen por #i*!sión al es"a#o sóli#o a m!( al"as "empera"!ras pero por #eba.o #el p!n"o #e *!sión #el comp!es"o 1!e se #esea sin"eri)ar% En la

sin"eri)ación' la #i*!sión a"ómica "iene l!gar en"re las s!per*icies #e con"ac"o #e las par"/c!las a *in #e 1!e res!l"en 1!/micamen"e !ni#as% i"ri*icación0 La +i"ri*icación es el proceso #e con+ersión #e !n ma"erial en !n sóli#o amor*o similar al +i#rio' caren"e #e "o#a es"r!c"!ra cris"alina% Es"o se consig!e por me#io #e calen"amien"o o en*riamien"o m!( rpi#o o me#ian"e la me)cla con !n a#i"i+o% El proceso #ebe ser lo ms rpi#o o ins"an"neo posible' por ese mo"i+o se emplea el sis"ema #enomina#o crio"op% C!an#o el ma"erial #e par"i#a es sóli#o' la +i"ri*icación normalmen"e conlle+a el calen"amien"o #e la s!s"ancia a m!( al"as "empera"!ras% M!c4os ma"eriales cermicos se pro#!cen #e es"e mo#o% Es"e "ipo #e +i"ri*icación "ambi&n p!e#e s!ce#er #e mo#o na"!ral c!an#o !n ra(o cae sobre arena0 las al"as "empera"!ras p!e#en crear !nas es"r!c"!ras rami*ica#as llama#as *!lg!ri"as% C!an#o el ma"erial #e par"i#a es !n l/1!i#o' necesi"aremos !n en*riamien"o m!( rpi#o o la in"ro#!cción #e agen"es 1!e impi#an la *ormación #e cris"ales% De *orma na"!ral' las ranas las mariposas ( los ga"os ' peces e insec"os r"icos pro#!cen glicerol ( gl!cosa para re#!cir la *ormación #e 4ielo% La soli#i*icación #e !n sóli#o +/"reo se pro#!ce a la "empera"!ra #e "ransición +/"rea' 1!e es menor  1!e la "empera"!ra #e *!sión%

El +iernes F #e oc"!bre el Ing% Me./a nos ci"ó a los  primeros al!mnos #e la lis"a para la reali)ación #e !na pe1!e$a prc"ica' la c!al consis"ió en la *abricación #e !n cermico sencillo a par"ir #e arena #e barranco' es"i&rcol ( ag!a% Para no +ariar' no "ra/amos el ma"erial necesario para reali)ar la prc"ica' (a 1!e sólo se 4i)o el mol#e para la *abricación #e los la#rillos ( el es"i&rcol nos lo proporciono !n compa$ero #e la ma"eria% A *al"a #e la "ierra #e barranco' 1!e era el ingre#ien"e 1!e "en/amos 1!e conseg!ir' "!+imos 1!e b!scar en"re los .ar#ines #el Tec' pero al principio nos con*!n#imos ( "omamos "epe"a"e ro.o' #esp!&s le preg!n"amos a Pepe' el encarga#o #el labora"orio' c!al po#/amos !sar ( &l nos orien"ó sobre c!al "ierra "omar% >inalmen"e conseg!imos la "ierra para la prc"ica% Primero "en/amos 1!e 4acer la preparación #e la me)cla para los "abi1!es' #e eso se encargó el compa$ero EricJ Omar >lores' la c!al consis"/a en la "ierra 1!e conseg!imos' el es"i&rcol' el c!al es"aba m!( pas"oso ( era !n poco #i*/cil #es4acerlo ( ag!a% Desp!&s #e 1!e el compa$ero 4i)o la me)cla' se p!so la me)cla en el mol#e #e ma#era 1!e 4icieron los compa$eros' para po#er me"erlo a la m!*la ( po#er 4ornear los la#rillos% Se esperó !n momen"o para 1!e la me)cla secara !n poco ( "omara la *orma #el mol#e para in"ro#!cir los "abi1!es a la m!*la% El maes"ro abrió la m!*la ( el compa$ero K!an l+are) *!e el encarga#o #e colocar los la#rillos en la m!*la a !na "empera"!ra #e B
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES INGENIERA MECNICA MECNICA DE >LUIDOS ING% RA>AEL REES CORT=S UNIDAD I ANLISIS DIMENSIONALQ NOEL EMMANUEL 5ERNAL DE LIRA EMANUEL ALADE LOA ERI OSALDO MARTNE GONLE  ALEKANDRO MARES HERNNDE GRUPO ;  AGUASCALIENTES' AGS% A < DE DICIEM5RE DE ;B