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TEMA 2. CERAMICAS TRADICIONALES
ESQUEMA:
- Porcelanas
- Esteatitas y Cordieritas
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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
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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
Porcelanas. Fabricacin
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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
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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
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Porcelanas. Fabricacin
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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
Porcelanas. Fabricacin
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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
Porcelanas. Fabricacin
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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RESUMEN
1540CCordieritaCordierita2054C
1557C
1000C ablandamientoPROPIEDAD
Alumina
Enstatita (20% vidrio)
vidrioFASE MAYORITARIA
Esteatita
Alumina
PorcelanaMATERIAL