INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES CERÁMICOS

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Autores: Franco Paucar Rodriguez, Jhordan Sucasaire Gutiérrez, Greysi Zavala Muñoz, Giuliano Ascarza Mamani

Figura 1. Recubrimiento cerámico de una bomba industrial (Fuente: http://www.ehanoia.com/recubrimientos-ceramicos_es.php)

ESCENARIO

Los materiales cerámicos refractarios son de gran interés debido a sus propiedades termomecánicas, que los hace de gran aplicabilidad en el revestimiento de hornos en siderurgia, industria del vidrio, etc.

Un grupo de investigación está buscando obtener un material cerámico refractario de base mullítica. La mullita es una fase cristalina en el sistema SiO2-Al2O3, que tiene propiedades muy interesantes, como, por ejemplo: altos módulos de ruptura, buena resistencia al choque térmico, resistencia a la abrasión, resistencia al ataque de metales fundidos y escorias, estabilidad química, etc. Su punto de fusión es bastante elevado (>1800°C), por todo ello es un material de interés tecnológico y de gran aplicación en procesos industriales a altas temperaturas.

El objetivo de los investigadores es obtener un material cerámico refractario de base mullítica cuya densidad sea menor que la mullita y mayor que la de un material refractario aislante. Para ello trabajaron con: dos arcillas denominadas T-super y T-blend, con y sin activación térmica, un agente ligante denominado MAP y distintos tipos de materiales carbonosos. Se hicieron mezclas con diferentes proporciones de estos materiales y a los productos obtenidos se les evaluó sus propiedades. Algunos de los resultados más importantes fueron:

  • Producto obtenido con arcilla T-blend activada térmicamente: porosidad abierta (%) 22,15 (a 1350 °C) y 4,52 (a 1450 °C); densidad aparente (g/cm3 ) 1,73 (a 1350 °C) y 1,96 (a 1450 °C).
  • Producto obtenido con arcilla T-super sin activación térmica: porosidad abierta (%) 21,82 (a 1500 °C) y 0,76 (a 1550 °C); densidad aparente (g/cm3 ) 1,89 (a 1500 °C) y 2,00 (a 1550 °C).
  • Producto obtenido con arcilla T-blend activada térmicamente: módulo de rotura a la flexión (expresa la resistencia a la flexión del material, se mide en MPa) 17,66 MPa (a 1350 °C) y 26,87 MPa (a 1450 °C).
  • Producto obtenido con arcilla T-super sin activación térmica: módulo de rotura a la flexión (expresa la resistencia a la flexión del material, se mide en MPa) 10,48 MPa (a 1350 °C) y 23,24 MPa (a 1450 °C).

Con relación a las distintas fuentes de carbón empleadas como agente generador de poro, se observó que a 1550 °C el carbón vegetal y el carbón residual de petróleo no poseen diferencias significativas en la mayoría de sus propiedades, pero el segundo presenta menor contracción debido al secado, luego de la calcinación. ¿cuál sería una buena combinación de materiales para contribuir a alcanzar el objetivo de los investigadores?

Cerámicos:

Históricamente, los cerámicos se cuentan entre los materiales más antiguos hechos por el Hombre. Si bien su invención data del Neolítico, el primer pueblo que desarrolló técnicas para elaborar la cerámica fue el chino, pasando el conocimiento a Japón, la India, Medio Oriente, Egipto, Grecia y finalmente Europa. Estas civilizaciones, en contraposición a las culturas prehistóricas que simplemente dejaban secar las piezas de cerámicas al sol o junto a una fogata, fueron desarrollando métodos de cocción en hornos, lo que mejoró las prestaciones del material y sus diversas estéticas.

DEFINICIÓN:

Cerámicos son materiales inorgánicos compuestos por elementos metálicos y no metálicos vinculados químicamente. Pueden ser cristalinos, no cristalinos o una mixtura de ambos. Poseen una alta dureza y resistencia al calentamiento, pero tienden a la fractura frágil. Se caracterizan principalmente por su bajo peso, alta rigidez y baja tenacidad, alta resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y buenas propiedades aislantes.

Figura 2. Clasificación de materiales cerámicos

Continúa revisando la información en el documento CERAMICOS – GRUPO 2

Propuesta del grupo

A partir de los datos dados se realizó la siguiente tabla:

Arcilla T-Blend activada térmicamente Arcilla T-Super sin activación térmica
Temperatura

(°C)

1350 °C 1450 °C 1500 °C 1550 °C
Porosidad Abierta (%)
22,15 4,52 21,82 0,76
Densidad Aparente (g/cm3) 1,73 1,96 1,89 2,00
Módulo de la rotura frente a la flexión (MPa) 17,66 26,87 10,48 23,24

Todas las mezclas son menores a 2 g/cm3, lo que está dentro del rango pedido.

Se observan mejores propiedades para la mezcla T-Super sin activación térmica a 1.550 ◦C. ya que esta tiene una mejor resistencia mecánica. Además, al aumentar la temperatura, aumenta la densidad del material lo que disminuye la porosidad abierta y aumenta la resistencia a flexión (lo que se puede observar en la tabla). Es más rentable por tanto la mezcla T-Super sin activación térmica.

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