CERAMICOS

Los productos cerámicos tienen una enorme variedad de aplicaciones, comenzando con el ladrillo comun para la construcción, pasando por la porcelana delicadas y llegando al vidrio optico especializado.

1.2 OBTENCIÓN DE CERÁMICOS

En este primer grupo de los métodos del procesamiento de los cerámicos se da forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia.

La fundición por revestimiento es un método interesante y casi único en cuento una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. Generalmente el molde se hace de yeso, con porosidad controlada, de modo que parte de agua de la suspensión entre en la pared del molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El liquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.

La conformación plástica en húmedo se efectúa por medios diversos. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Por otra parte, cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta.

Prensado con polvo seco. Esto se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después de haberse llevado a cabo cualquiera de los procesos anteriores, la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.

El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Las ventajas que se obtienen sobre el prensado en seco son: mayor densidad y tamaño mas fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.

La compactación isostatica. Es una manera muy especial de prensar polvos en un fluido comprensible para evitar la compactación no uniforme que a veces se observa en los troqueles. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frió.

1.3 CAMPOS DE APLICACIÓN INDUSTRIAL Y DOMESTICOS.

Teniendo estos procedimientos en mente, podemos ahora describir las características especiales de los productos cerámicos, comenzando con el ladrillo y productos de barro cosido para la construcción. Como base de estos se emplea la arcilla de bajo costo y de fácil fusión, la cual

contiene un alto contenido de sílice, álcalis, alto FeO, materiales arenosos que se encuentran en depósitos materiales.

MATERIALES REFRACTARIOS Y AISLANTES.

Para los hornos y para las cucharas se emplean recubrimientos ya sean de ladrillo o monolíticos. Para manejar metales líquidos y escoria esencial distinguir entre refractarios ácidos, neutros y básicos . las características de estos ladrillos son la resistencia a la escoria. Resistencia a los efectos de temperatura y capacidad aislante.

Los ladrillos ácidos son menos costosos, pero en muchos hornos se emplean escorias para refinar el metal .

El ladrillo aislante contiene mucho espacio poroso y en consecuencia, no es tan resistente a la escoria como el recubrimiento interior del recipiente.---INDUSTRIAL O DOMESTICA.

Loza de barro. Se hace de arcilla, aunque en algunos casos están presentes el sílice y feldespato, como el K. La característica importante es que se la somete al fuego a baja temperatura, comparada con la de otros productos de este grupo. Ello produce una fractura terrosa relativamente porosa.-------DOMESTICA

Losa semivitre, se fabrica empleando mezclas de arcilla-sílice-feldespato, las cuales se denominan triaxiales, por la presencia de estos tres ingredientes. La temperatura de cocido es mayor , dando por resultado la formación de vidrio, menor porosidad y mayor resistencia.----- DOMESTICO.

Loza de piedra. Difiere de la loza de barro , en que se emplea una mayor temperatura de cocido lo cual produce una porosidad menor del 5% comparado con el 5 a 20 % de la loza de barro. Por lo general la composición se controla mas cuidadosamente que la loza de barro y el producto no lustroso tiene el acabado mate de la piedra fina. Este es un excelente material para loza de hornear, tanques de sustancias químicas y erpentines.----INDUSTRIAL

Loza china. Se obtiene cociendo la mezcla triaxial antes mencionada u otras mezclas a alta temperatura para obtener un objeto traslucido.---DOMESTICO

La porcelana. Es la que se cuece a las mas altas temperaturas del grupo y esta muy relacionada con la loza china que acabamos de describir.

En general la no utilización de fundentes y las temperaturas mas altas dan como resultado un producto denso y muy duro.----INDUSTRIAL Y DOMESTICO

Clasificación de Materiales Cerámicos:

Los materiales cerámicos se clasifican según su capacidad de absorción de agua en cuatro tipos: porcelana, gres cerámico, semigres cerámico, y loza porosa. Dicha característica física se relaciona con tres aspectos fundamentales de su proceso productivo:

Temperatura de Cocción

Presión de Moldeo

Granulometría de la Mezcla Base.

Así, los cuatro tipos cerámicos básicos y su capacidad de absorción de agua se relacionan con la temperatura de cocción según la siguiente tabla:

Clasificación Absorción De Agua Temperatura De Cocción

Porcelana 0 % > 1200 º C

Gres Cerámico 0,50 % a 3,00% 1200 ºC a 1050 ºC

Semi Gres Cerámico 3,00% a 6,00% 1200 ºC a 1050 ºC

Loza Porosa > 6,0% 1050 ºC a 890 ºC

Según la clasificación anterior, los productos fabricados por ZANON S.A. (junto con las restantes características asociadas) quedan encuadrados del siguiente modo:

Producto ZANON

Uso ó Destino

Tipo de Material

Presión de Moldeo (Manométrica)

Absorción de Agua

Temp. De Cocción

Residuo

(en tamiz #230)

PorcellanatoPiso / Pared

Gres Apor- celanado

500 kg./cm2 < 0,05% >1200 ºC <1%

Monococción Piso Semi Gres205/240 kg./cm2

4 a 6%1200 ºC a 1050 ºC

8% a 10%

Monoporosa ParedLoza Porosa

150/180 kg./cm2

13 a 14%1050 ºC a 890 ºC

6% a 8%

La formulación de la Mezcla Base difiere según el producto. La menor presencia de hierro en los empastes de porcellanato se evidencia en la ausencia de un color característico. Ciertas adiciones tienen por objeto adecuarse a la temperatura y tipo de cocción perseguida. Por ejemplo, el empaste utilizado para las piezas Monoporosas es el mismo que el empleado en Monococción, mas la adición de Carbonato de Calcio a los efectos de lograr una mayor estabilidad dimensional

dentro del horno. Esta mayor estabilidad dimensional se ve reflejada en la ausencia de necesidad de clasificar en calibres los revestimientos.

1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS POR LAS CUALES SE UTILIZAN LOS CERÁMICOS.

Las propiedades físicas de los materiales cerámicos pueden ser medidas y cuantificadas a través de ensayos y pruebas de laboratorio. Es más, muchas de estas pruebas se hallan normalizadas y cuentan con protocolos exactos que describen la forma de desarrollarlas y llevarlas a cabo.

Los procedimientos y mediciones realizados habitualmente (entre muchos otros) son:

Absorción de Agua: este ensayo es fundamental a los efectos de clasificar los distintos tipos de materiales cerámicos y influye sobre otras características de los mismos (resistencia al congelamiento, entre otros). Consiste en la inmersión de la pieza en un recipiente con agua, con una presión estipulada, y llevar a punto de ebullición por un tiempo predeterminado. La pieza es luego escurrida y secada superficialmente a los efectos de ser pesada, y medir así el % de variación de peso sufrido contra el peso de la misma pieza totalmente seca.

Indice PEI (Porcelain Enamel Institute): Se rigen por la norma ISO 10545-7 y es un ensayo diseñado específicamente para comprobar la resistencia al desgaste de los esmaltes que recubren a la cerámica tanto monoporosa o monococción, clasificando al material ensayado en 5 grupos o grados, desde GRADO I (No recomendado para uso en pisos) hasta GRADO V (Tránsito Extra Pesado) según el siguiente cuadro:

Grado P.E.I. Situación de Uso Definición del Tipo de Uso

GRADO I Tránsito Liviano

Ambientes con transito liviano con calzados normales, sin contacto con el exterior, poco expuesto a la acción de calzado con polvillo. Ej.: Dormitorios

GRADO II Tránsito Moderado

Ambientes con transito liviano con calzados normales, sin contacto con el exterior. Ej.: Baños, locales interiores en viviendas unifamiliares, con excepción de escaleras cocinas y pasillos.

GRADO III Tránsito Normal Ambientes donde pueda darse desgaste por rozamiento con el polvillo que se arrastran con el

calzado normal. Locales interiores de vivienda unifamiliar en contacto con el exterior. Ej.: escaleras, cocinas, estares, balcones y pasillos.

GRADO IV Tránsito Elevado

Ambientes con solicitaciones relativamente fuertes, con movimiento constante y grandes posibilidades de polvillo que se arrastran con el calzado normal. Locales comunes de vivienda colectiva, externos de vivienda en contacto con el exterior, con excepción de locales con gran afluencia de publico. Ej.: oficinas privadas, terrazas, salas de hospitales, etc.

GRADO V Tránsito Severo

Ambientes con solicitaciones fuertes, con gran movimiento constante y presencia de polvillo que se arrastran con el calzado. Bancos, peluquerías, bares, ingreso a hoteles, etc. con excepción de locales con tránsito de elementos fuera de lo común: zapatos de golf, ruedas de carritos de supermercado sin adecuada protección, etc.

El ensayo consiste en la apreciación visual del desgaste producido en probetas del material sometidas a distintos grados de agresión superficial. En general, para esmaltes de colores lisos y muy oscuros o claros, con brillo, se obtienen clasificaciones más bajas que para esmaltes con combinación de colores o matices neutros y poco o nada de brillo. Por ser un ensayo especifico para materiales con superficies con terminación esmaltada, este ensayo no es aplicable a los Porcellanatos.

Es altamente recomendado el empleo de felpudos, alfombras o esteras en el ingreso a las viviendas, para mantener alejado de los pisos cerámicos el polvillo ambiental y su acción abrasiva.

Escala Mohs de Dureza Superficial: Otro ensayo habitual es la comprobación de la dureza de la superficie del material. Se rige por la norma UNI EN 101 y el ensayo consiste en la utilización de punzones con distintos tipos de puntas, graduadas según su dureza, determinando cuales son capaces de dejar su impronta en el material y cuales no, siendo las superficies más duras clasificadas con el grado #10, y en forma decreciente las más blandas, hasta el grado #1. La escala completa de referencia es la siguiente:

Talco #1 Ortosa #6

Yeso #2 Cuarzo #7

Calcita #3 Topacio #8

Fluorita #4 Corindon #9

Apatita #5 Diamante #10

Resistencia a Agentes Químicos: este ensayo permite cuantificar la resistencia a la agresión de ácidos y bases, utilizando respectivamente ácido clorhídrico y hidróxido de potasio para esta prueba. Para la prueba se aplican en superficie, y al cabo de una semana (normas europeas EN 106/122) se observa el estado de la probeta. Los resultados a esta prueba se clasifican en:

Grado Resultado Observado

GRADO AA No se observa alteración alguna.

GRADO A Leve variación en el aspecto.

GRADO B Se nota claramente la acción del químico.

GRADO C Perdida parcial de la superficie.

GRADO D Perdida total de la superficie.

Tanto las cerámicas esmaltadas (Monoporosas y Monococción) como los Porcellanatos califican con el grado AA. Pero cabe destacar que en el caso de las cerámicas esmaltadas, solamente el esmalte es el que es ensayado, y que cualquier fisura en él permitiría al ácido atacar la base, variando su clasificación.

En el caso del Porcellanato, además de cumplir con este ensayo normalizado, se lo somete al ataque de ácido láctico al 5% y ácido sulfúrico al 100%, ambos casos por inmersión total, resultando totalmente inmune al ataque de los mismos.

Cuando se considera la necesidad de contar con pisos o recubrimientos antiácidos, no debe olvidarse que tanto la junta como el mortero adhesivo a utilizar también deben tener probada resistencia a los ácidos (generalmente se utilizan productos de formulación epoxídica).

o Resistencia a la Abrasión Profunda: Consiste en someter a una probeta de material a la acción abrasiva conjunta de una rueda metálica con polvo de corindón.

Luego de un tiempo determinado (200 revoluciones) se procede a medir el hueco dejado en el material, en mm3. A menor volumen de material removido, mayor resistencia del material ensayado. Este ensayo de abrasión profunda busca reproducir en condiciones de laboratorio la respuesta que puede esperarse de un producto dado, luego de varios años de uso.

Este es un ensayo específico para los Porcellanatos, por ser un material de constitución homogénea en toda su masa. Este ensayo carece de sentido tanto con material monoporoso como monococción, dado que la capa superficial esmaltada solo tiene un espesor de décimas de milímetro.

La comparación entre los distintos tipos de materiales cerámicos es posible solo en algunas instancias. Este es el caso de la dureza superficial de la pieza (escala Mohs), donde la comparación sería la siguiente:

Producto Clasif. Zanon Normas EuropeasResultados Zanon

Gres Aporcelanado Porcellanato 6 min. (CEN EN 101) 7 a 8

Semi Gres Cerám. Monococción 5 a 7 (CEN EN 101) 5 a 9

Loza porosa Monoporosa No tiene una rutina de ensayo habitual

Las restantes características medidas habitualmente (resistencia superficial del acabado y resistencia a la abrasión profunda) no pueden comparase por ser ensayos específicos para cada tipo de material (cerámicas esmaltadas y Porcellanatos respectivamente).

2.

Tipos de materiales cerámicos

Los materiales cerámicos usados para la construcción son de distintos tipos, pero

todos tienen un origen común: la arcilla. De los componentes agregados a la arcilla y

el proceso a la que se someta a estos materiales, dependerá el producto final que se

obtiene.

 

La diferencia básica entre los distintos tipos de cerámicos reside en su aspecto

(acabado final) y su resistencia, los cuales, a la vez, determinan el uso que se dará a

cada uno. Por sus características, los distintos tipos de cerámica industrial se pueden

usar tanto para pavimentos (interiores y exteriores) como para cubiertas y

revestimientos.

 

Materiales cerámicos

Podemos clasificar los materiales cerámicos en cuatro tipos básicos: porosos

(como los ladrillos, las tejas, etc); semicompactos (no absorben la humedad, como los

azulejos vidriados); compactos (totalmente impermeables, como la loza, la porcelana,

el gres, etc); y tenaces (como el ladrillo refractario, que se caracteriza por soportar

altas temperaturas y se usa para interiores de hogares, parrillas, etc. ).

 

Revestimientos cerámicos

En lo que se refiere a revestimientos cerámicos, estos pueden usarse en cualquier

ambiente de la casa, en paredes y pisos. Dependiendo del tipo de terminación que

nos guste o necesitemos, del aspecto que queramos dar al ambiente, y del tránsito

que se espere, será el tipo de material que elegiremos.

 

Los azulejos son el revestimiento cerámico más conocido. Tienen un acabado

vitrificado que los hace resistentes al agua y son muy fáciles de limpiar. El antiguo

azulejo de vidrio, de colores clásicos, ha sido reemplazado por modernos azulejos

cerámicos con una inmensa variedad de colores y posibilidad de combinaciones. Su

uso habitual es en paredes de baños y cocinas.

 

La cerámica rústica viene en baldosones o baldosas de distintas formas, y se

caracteriza por un acabado natural, que a la vista y el tacto semeja terracota. Aunque,

por lo general, se le realiza un tratamiento impermeabilizante, es poco resistente a

manchas y el desgaste; pero, como contrapartida, brinda un aspecto natural y fresco

al ambiente. Se usa, principalmente, para pisos interiores.

 

El gres esmaltado o porcelánico es el más resistente de los revestimientos

cerámicos comunes (excepto el porcelanato). Puede usarse para exterior o interior,

para pisos o paredes, y viene en distintos colores y acabados (mate, semi-mate).

El porcelanato es un tipo de gres porcelánico con un tratamiento especial que le

otorga 0% de absorción de agua, resistencia a los cambios de temperatura bruscos y

gran durabilidad. Por su proceso de fabricación, se le puede dar textura.

 

Por último tenemos el gresite, más conocido como “venecitas”. Son pequeñas

baldosas de vidrio cocido a alta temperatura (no cerámicas) que se usan, en general,

para baños y piscinas. Para facilitar su aplicación, vienen en forma de planchas, que

se fijan a la pared o el piso como cualquier otro revestimiento. Para decoración las

encontramos también en planchas autoadhesivas.

3.

Dependiendo de la naturaleza y tratamiento de las materias primas y del proceso de cocción, se distinguen dos grandes grupos de materiales cerámicos: las cerámicas gruesas y las cerámicas finas.

Materiales cerámicos porosos o gruesos. No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:

o Arcilla cocida: de color rojiza debido al óxido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de cocción es de unos 800ºC. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (óxido de estaño) y se denomina loza estannífera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

o Loza italiana: Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción ronda los1000ºC. Se emplea para fabrijar vajillas baratas, adornos, tiestos....

o Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el óxido de hierro y se le ha añadido silex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. Se emplea para vajillay objetos de decoración.La cocción se realiza en dos fases: 

1. Se cuece a unos 1100ºC. tras lo cual se saca del horno y se recubre con esmalte.

2. Se introduce de nuevo en el horno a la misma temperatura

o Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con óxidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos ytensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electrocerámicas (usados en automoción, aviación....

Materiales cerámicos impermeables o finos: en los que se somenten a temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la arena de cuarzo. Así, se obtienen productos impermeables y más duros. Los más importantes son:

o Gres cerámico común: obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.

o Gres cerámico fino: Obtenido a partir de arcillas conteniendo óxidos metálicos a las que se le añade un fundente (feldespato) para bajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos de sal marina que reacciona con la arcilla formando una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico. Se emplea para vajillas, azulejos...

o Porcelana: obtenido a partir de una arcilla muy pura, caolín,mezclada con fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Su cocción se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y, tras aplicarle un esmalte otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de café, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).

Procesado de Materiales cerámicosLas etapas básicas en la fabricación de productos cerámicos son :

Extracción: obtención de la arcilla, en las canteras, llamadas barrenos, que además de ser a cielo abierto, suelen situarse en las inmediaciones de la fábrica de arcilla.

Preparación: Consiste en la molienda primero y la mezcla de las diferentes materias primas que componen el material. La composición variará en función de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una practica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos. 

Conformación: los métodos de modelado de cerámica que se utilizan mas comúnmente.

o Prensado. La materia prima puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados 8Ver vídeo como se fabrican los azulejos más abajo).

o 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. Después del estampado en frío, las partículas son normalmente calentadas (sinterizadas) a fin de que se consigan la fuerza y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas

o Extrusión. Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de embutir. (Ver vídeo como se fabrican los ladrillos más abajo).

Secado: Las piezas recién moldeadas se romperían si se sometieran inmediatamente al proceso de cocción, por lo que es necesario someterlas a una etapa de secado con el propósito es eliminar el agua antes de ser sometida a altas temperaturas. Generalmente, la eliminación de agua se lleva a cabo a menos de 100ºC y puede tardar tanto como 24h. para un trozo de cerámica grande.

Cocción: al cocer las arcillas a alta temperatura se producen una serie de reacciones que desembocan en una consistencia pétrea y una durabilidad

adecuada para el fin para el que se destinan. Como se ha dicho antes la temperatura dependerá del tipo de material.