EDI: EDI: Tr ansform ación de los Ma teriales en Los Procesos Procesos Productivos Productivos
M aterial at eriales es Cerá m icos P r o f e s o r a d e Te Te c n o l o g í a : A lv lv a r e z C in in t i a E s t e f a n i a
¿ Qu é e n t e n d e m o s p o r m a t e r ia le s c e r á m ic o s ? Entendemos por materiales cerámicos las piezas formadas por mezclas de arcilla y otros componentes sometidos a un proceso de cocción y a una determinada temperatura, que puede llegar incluso a la fusión. Según el proceso de fusión. Según el proceso
Ca n t e r a d e a r c il il l a , m a t e r i a p r i m a p a r a l a f a b r i ca ca c i ó n d e cerámicos
de cocción y el tipo de componentes, los materiales cerámicos se clasifican en: productos de alfarería (tierra cocida), azulejos, gres, porcelana, loza, refractarios y abrasivos. Cada uno de estos tipos tiene características especiales y son objeto de aplicaciones diversas en la construcción, pudiéndose emplear como elementos resistentes de separación,
decoración y múltiples usos más. MATERIAS PRIMAS
La materia prima es la arcilla, roca que procede de la desinProdu ctos correctores fu n d e n t e s ) tegración de otras que contie- ( d e s e n g r a s a n t e s y fu nen principalmente feldespa- Algunas veces tiene importancia tos y micas. Los minerales el color final de los productos arcillosos que tienen imporcerámicos, la coloración puede conseguirse por la adición de tancia en la industria cerámica son tres: la ciertos minerales compuestos de caolinita (caolín), la hierro o variando las fases de cocción. montmorillonita y la illita, no se encuentran Las modificaciones de la plasticipuros sino mezclados, dad dependen si la arcilla es grasa aunque predomine un (gran plasticidad) o magra( con material determinado. componentes arenosos, y por lo Las a r c i ll ll a s c a o l i n i tanto poco plástico). ca s tienen gran porcentaje de alúmina y elevado Cuando la arcilla es de gran plastipunto de fusión con pro- cidad tiene mucha adherencia. Y piedades refractarias notables dificulta el manejo y moldeo, por lo que hay que adicionarle prodespués de la cocción, por lo ductos d e s e n g r a s a n t e s , el más que se emplean en la fabricausado es el polvo de ladrillo molición de Loza. do. Alas arcillas magras se le deLas m o n t m o r i l l i t i c a s son ben adicionar otras más grasas poco empleadas. Las illiticas son las mas utili- para conseguir una plasticidad idónea. También se emplean los zadas por ser las más comunes, entre ellas se encuentran f u n d e n t e s , materiales que favorecen la cocción y vitrificación de las arcillas m i c á c e a s , muy los productos cerámicos . abundantes y empleadas en la fabricación de ladrillos .
P r o p i e d a d e s d e l a a r c i ll ll a . Plasticidad: Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede adquirir la forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del grano (cuanto más pequeña y aplanada), la atracción química entre las partículas, la materia carbonosa así como una cantidad adecuada de materia orgánica. Merma: Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un encogimiento o merma durante el secado. Refractariedad: Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones, aunque
Una de las principales características de las arcillas es la plasticidad, condición indispensable para el moldeo.
cada tipo de arcilla tiene una temperatura de cocción. Porosidad: El grado de porosidad varia según el tipo de arcilla. Esta depende de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas. Color: Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico…
L a a r c il ill a : d e s d e e l p u n t o d e v is is t a : •
•
•
Mineralógico: engloba un grupo de minerales (minerales de arcilla) Petrológico: es una roca natural sedimentaria. De un ceramista: es un material natural que cuando se mezcla con agua se convierte en pasta plástica.
A P L I C AC A C I O N E S I N D U S T R I A LE LE S Desde el punto de vista industrial, la mayor parte de las aplicaciones no requieren especificaciones estrictas en cuanto a composición química.
Son así mismo son utilizadas en la manufactura de cementos, como fuente de alúmina y sílice, y en la producción de áridos ligeros (arcillas expandidas).
ARCILLAS ARCILLAS COMUNE S
CAOLIN
El principal uso de estos materiales arcillosos se da en el campo de la cerámica de construcción (tejas, ladrillos, tubos, baldosas....), alfarería tradicional, lozas, azulejos y gres. Uso al que se destinan desde los comienzos de la humanidad.
Se trata de un mineral muy importante desde el punto de vista industrial. Es blancuzco y altamente refractarios y poco plástico . Ha sido utilizado desde la antigüedad . En el siglo XVI adquirió gran fama entre la nobleza la porcelana fabriPrácticamente todas las cada a base de pastas ceráarcillas son aptas para estos micas ricas en caolín. usos, primando las consideraciones económicas.
Página 2
M a t e r i a l e s Ce Ce r á m i c o s
P R O D U C T O S D E AL A L F AR AR E R I A
D i ve ve r s a s p i e za za s d e alfarería
El térm ino “c e r á m i c a ” prov iene de la palabra griega “K e r á m i cco os”
La fabricación de estos productos mediante la aportación de calor. comprende una serie de operacio4)C o c c i ó n : una técnica antigua nes que pueden resumirse en las para el ladrillo, ladrillo, se realiza discodiscosiguientes: locando las piezas en hiladas y 1)P r e p a r a c i ó n de las arcillas filas paralelas separadas entre si adecuadas ala tipo de piezas cerá- por un hueco igual al grueso de micas a fabricar, consiguiendo el un ladrillo, disponiéndose en el grado de plasticidad plasticidad necesario. mismo combustible (Hormiguero). 2)M o l d e o d e p i e za za s (dar forma). Realizado a mano mediante También la cocción se ha realigradillas o moldes de madera o zado con hornos intermitentes, mediante maquinas llamadas uno típico era el Horno Hoffgalleteras o bien con prensas o man, aunque actualmente se con tornos. lleva a cabo en hornos continuos eléctricos, de carbón o fuel oil. 3)D e s e c a c i ó n : para perder el La introducción de las piezas en agua de amasado. Puede ser al horno ha de efectuarse menatural, colocando las piezas en diante un sistema lento, en el cobertizos ventilados y resguarcual el calor aumente progresidadas del sol, o bien, artificial vamente.
Una vez que las piezas han sido han sido cocidas, se pasa a la fase de enfriamiento, que tam bién debe ser lenta, y posteriormente, se procede al almacenaje y embalaje en condiciones adecuadas hasta la puesta en obra.
Horno túnel
q u e s i g n i f ic ic a “cosa quemada”
M o r f o l o g ía í a d e l a s d i ve v e r s a s p i e za z a s d e a l fa fa r e r í a A) P o r s u f o r m a :
C) Por su cocción:
- L a d r i l l o s , piezas de forma prismática -T e j a s , piezas curvas -P i e z a s e s p e c i a l e s , bovedillas, bandejas, bloques, vasijas, etc
- adobes, secados al sol (sin cocción) -santos, vitrificados por exceso de cocción -recochos, los de cocción correcta -pintones, falta de uniformidad y con manchas negras y rojas -pardos, de color insuficiente y de color pardo. -porteros, mal cocidos por su situación en el horno.
B) Por su proceso de fabricación:
-Manuales de tejar y de mesa -Mecánicos -Prensados
L a d r i ll ll e r o m o l d e a n d o c o n gradilla
H o r n o a ga ga s
Ladrillos Son piezas prefabricadas de material cerámico que constituyen uno de los principales materiales de construcción, utilizándose para la formación de todo tipo de muros, paredes, pilares, arcos y bóvedas.
Ladrillo perforado:
C la la s e s d e l a d r i l lo lo s
L a d r i l l o h u e c o : son aquellos
tienen forma de ortoedro compacto, para aligerar su peso y facilitar la trabazón con el mortero, pueden llevar unos rebajes de profundidad no superior a 0,5 cm. L a d r i l l o m a c i zo zo :
que son todos aquellos que tienen perforaciones en la tabla que ocupen más del 10% de la superficie de la misma. Muy popular para la ejecución de fachadas de ladrillo visto.
que poseen perforaciones en el canto o en la testa que reducen el volumen de material empleado en ellos.
Geometría
Página 3
TEJAS Elementos para la construcción empleados en la formación de cubiertas con la misión de recibir y dejar escurrir el agua de la lluvia. Se fabrican con arcilla y su proceso de obtención es similar al ya explicado para los ladrillos. Las tejas son de color rojizo, aunque también se pueden colorear. Si sobre una teja en fase de cocción se queman materias orgánicas se obtienen colores muy decorativos, también se pueden conseguir otras tonalidades mediante barnices, vidriados y esmaltes.
Las tejas deben ser: impermea bles, resistir a la flexión, tener cantos vivos, rectos y superficies lisas, no ser heladizas, carecer de manchas y si son golpeadas con una herramienta, debe dar un sonido claro y metálico. T i p o s d e t e j a s : árabe, plana y
flamenca
T e ja j a s e n e t a p a d e c o c c ió ió n ( H o r n o tú tú n e l )
“L a g r a n a p l i ca ca c i ó n d e L o s m a t e r ia l e s
AZULEJOS Esta capa de esmalte puede ser lisa o con dibujos en diferentes serigrafía).
El azulejo es una pieza de pasta cerámica de poco espesor, recu bierta por una capa de esmalte que le proporciona impermeabilidad y resistencia al desgaste.
La parte estructural del azulejo o soporte recibe el nombre de “galleta” o “Bizcocho” y está formada por arcillas seleccionadas, plásticas , ricas en cuarzo y caolín y en hierro. La capa de esmalte es mucho más fina, cu bre una de las caras de la pieza y
está formada por óxidos metálicos fundidos con silicatos. Los azulejos corresponden a la categoría de materiales de revestimiento y protección.
P r o c e s o d e f a b r i ca ca c ió n d e l a z u l e jo La fabricación comprende las siguientes operaciones: io n y t r i t u r a c ió ió n 1)E x t r a c c io de las arcillas, secado de las mismas en eras al sol y posterior almacenamiento en grandes depósitos, donde se someten a largos periodos de reposo. 2)M o l t u r a c i o n de las arcillas oportunamente dosificadas controlando el grado de finura y humedad. io n de los 3) P r e n s a d o y f o r a c io bizcochos en prensas de 180 a 200 Tm por golpe. ci ó n de las 4) S e c a d o y c o c ci
piezas a una temperatura aproximada a los 900ºC, llevando un control estricto porque de este depende la calidad final, ya que en esta fase las arcillas adquieren la consistencia y resistencia. 5) E s m a l t a d o , que consiste en aplicar sobre una de las caras de la pieza una composición fusible en la que intervienen: plomo, estaño y diversos óxidos de hierro, manganeso, cobre y cobalto, lo cual se aplica en frio, a mano o a máquina, por inmersión, por riego y a veces, a pincel. En el caso de dibujos se adaptan plan-
tillas perforadas con los dibujos que se superponen. 6)Coccion del esmalte, que puede ser m u l t i s t r a d o , en el que el material entra en vagonetas, refractarios dentro del horno a 980ºC durante 14 horas. Tam bién puede ser m o n o s t r a d o : en este caso el material entra sobre unos rodillos de acero refractario y es sometido al fuego durante 30 minutos a la temperatura entre 950 y 1050ºC. 7) C l a s i f i c a c i ó n de las piezas según su calidad, e m b a l a j e y puesta en obra.
c e r á m i co co s e s e n la i n d u s t r i a d e l a c o n s t r u c ci ci ó n ”
Página 4 E s c a le le r a d e G r e s
Materiales Cerámicos
GRES
G r e s r ú s t i co co
El gres es un material cerámico Se fabrican dos tipos de gres: cuya masa, a diferencia de los El gres porcelánico sin esmaltar, en el azulejos, es compacta y no que el color afecta toda la pieza, y el porosa; dicha masa se obtiene gres esmaltado de m o n o c o c c i ó n , en por la mezcla de arcillas muy el que l a unión entre el esmalte y el seleccionadas, capaces de vitri bizcocho es intima, dado que no ficar a bajas temperaturas, ocurre en los procesos de bicocción de obteniéndose una gran imper- la cerámica porosa. meabilidad, dureza y durabilidad. El bizcocho puede ser de “pasta Fabricación
Suele recurrirse a uno o dos materiales para la fabricación del gres. Uno de ellos por lo general, la arcilla refractaria y los demás componentes son materiales muy fusibles (arcillas especiales y feldespatos)
blanca” o de “pasta roja” compuesta esta ultima por una o más arcillas rojas, cuya coloración es debida a la contaminación por óxidos de hierro, mientras que la pasta blanca consiste en la mezcla de arcillas puras, más la adición de cuarzo y feldespato. La homogeneidad de las materias primas es la base de la calidad del material a obtener, más fácil con pasta blanca
debido a la utilización de cuarzo y feldespato, que son productos más constantes que las arcillas naturales. El proceso de fabricación es complicado y debe ser cuidado, por que el empleo y selección de materias primas superiores a la de los demás materiales cerámicos, exige un tamaño de partículas muy pequeño en la masa y una homogeneidad tal que es necesaria la molienda por vía húmeda. Las piezas se moldean por prensado en seco. La cocción antes se realizaba en hornos túnel de amplia sección donde las piezas se cocían dispuestas en varios pisos, sin embargo existía diferencias de temperatura a lo largo de la sección del túnel originando piezas de diferentes características físicas.
En la actualidad, la cocción se realiza en hornos monoestratos de rodillos. Las piezas se colocan sobre rodillos de material refractario, desplazándose a través del horno por el movimiento giratorio de los mismos. Así el calor se reparte uniformemente sobre las dos caras de la pieza, por lo que el proceso de gresificación del bizcocho y vitrificación del esmalte es más homogénea.
P r o p i e d a d e s y a p l i ca c i o n e s d e l gr e s Dureza 6 a 7 en la escala de Mohs, resistencia al desgaste por abrasión, y resistencia a las heladas, tanto el porcelánico como el esmaltado; resistencia a la flexión; buenas condiciones higiénicas (al no tener poro no permite penetrar materias extrañas); mejor agarre al cemento. El gres se ha convertido en en material idóneo para aplicar en exteriores, ya sea como pavimento o revestimiento de paredes.
De forma general podemos establecer dos grupos de piezas de gres: el primero, de baldosas (piezas grandes), y el segundo, de piezas pequeñas de varios colores y formas que se combinan formando mosaicos. También se realizan tubos para desagües de aguas residuales y fabricas de productos químicos, ya que es un material resistente a los ácidos.
LA PORCELANA
La porcelana tiene, como materias básicas, el caolín 50%, el feldespato 30% y el cuarzo 20%, todas ellas deben ser primera calidad y estar molidas finísimamente.
La porcelana sufre una primera cocción a una temperatura de 1100 a 1200 ºC, seguido del esmaltado y una segunda cocción a una temperatura que puede llegar a los 1500 ºC. Propiamente solo pueden llamarse porcelanas los productos que han sufrido estas dos cocciones, aunque muchas veces se aplica este mismo nombre a productos obtenidos en una única cocción (siempre que hayan utilizado materias primas de primera calidad). Para la construcción solo se emplea la porcelana vitrificada, s e m i p o r c e l a n a o l o z a , destinada a la fabricación de aparatos sanitarios.
LOZA
La loza es un producto cerámico de color blanquecino, muy poroso y absorbente, y con superficies esmaltadas para mayor impermeabilidad y dureza. La composición de esta semiporcelana es del 26% de caolín, 30% de cuarzo, 26% de feldespato y 18% de arcilla muy plástica, pobre en hierro y con cantidades considerables de aluminio. Los elementos sanitarios se forman con moldes de yeso en los que se vierte la pasta en forma de colada y se seca gradualmente por absorción del molde; al cabo de cierto tiempo, se saca la pieza del molde y se elige un esmalte adecuado que tenga la misma dilatación con la finalidad de que no aparezcan grietas. Una vez desecadas, las piezas pasan a la fase de cocción entre 1000 y 1200ºC, obteniéndose el producto llamado bizcocho, de estructura muy porosa. A continuación se recu bren de esmalte las partes deseadas y se someten a una nueva cocción, pero a menor temperatura. La calidad se comprobará por su sonido largo y metálico.
Página 5 REFRACTARIOS Son materiales cerámicos capaces de resistir temperaturas superiores a 1500ºC sin reblandecerse ni sufrir cambios de volumen apreciables, deben resistir la abrasión en caliente y tener una conductividad térmica baja. Los materiales refractarios fundamentales forman tres grupos principales según su composición: ácidos, básicos y neutros. Ácidos: formado por arcillas con alto porcentaje de silicato cálcico. Básico: formado por materiales aluminosos como la bauxita, el corindón y la magnesita. Neutro: lo forman materiales que contienen diversos porcentajes de carborundum, grafito y cromita entre otros. Su fabricación es por prensado en moldes adecuados, y las fases de desecación y cocción son similares ala de los productos de alfarería. La forma y tamaño varían según su fabricante. La colocación de estos productos se realiza a base de morteros refractarios con cemento aluminoso.
EDI:T.M.P.P
Su utilización está destinada a la industria, para revestir materiales normales sujetos a fuertes temperaturas, como hornos rotatorios de cemento, chimeneas o conductos de humos.
ABRASIVOS Son productos destinados a rebajar, pulir y cortar otros elementos de menor dureza. Se trata de materiales abrasivos: el diamante para usos industriales, el corindón, el carborundum (carburo de silicio), la alúmina fundida, el sílice (arena cuarcita pedernal).. Los materiales abrasivos se encuentran en el mercado en forma de productos aglutinados (ruedas, discos, bloques), revestimiento de papel o tela y en grano. Para su fabricación se mezclan los granos de abrasión con una pasta de base de arcilla, cuarzo, feldespato, se moldean por colada o prensado y se cuecen a 1250ºC aproximadamente
