PROCESAMIENTO DE MATERIALES CERAMICOS PRENSADO DE ARCILLA ROJA

PROCESAMIENTO DE MATERIALES CERAMICOS

PRENSADO DE ARCILLA ROJA

Nombres:

Maha Laksmy García Amariles

Diego Alejandro Betancur Cano

Jorge Mario Tirado Flórez

Katherine Berrío Moná

Materia:

Ciencia de materiales I

(Laboratorio)

Profesora:

Beatriz Elena Jaramillo Tabares

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

MEDELLÍN

2015

OBJETIVO GENERAL

Elaborar una muestra de arcilla roja empleando la técnica de prensado uniaxial y realizar proceso de sinterizado, además de validar la resistencia a la flexión, contracción inicial y absorción de la muestra.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar una probeta con el procedimiento indicado para la técnica de presado unixial.

Reconocer la materia prima que se va a emplear, como la arcilla roja.

Identificar cuáles son las normas que determinan el proceso de ensayo para una muestra.

Establecer en la muestra de arcilla roja, los diferentes tipos de ensayos para validar sus propiedades.

Determinar la importancia de las condiciones adecuadas y tiempo, para el secado e ingreso al horno de la muestra.

Observar las gráficas obtenidas según la prueba de flexión, cómo es el comportamiento de la muestra.

MARCO TEÓRICO

El conformado de una pieza tiene por finalidad darle una forma por medio de una técnica que transforma un dicho producto en un producto en verde, que posee una forma, dimensiones y superficies controladas, como también la densidad y la micro estructura. Entre las técnicas de conformado se tiene el prensado que es la compactación y conformado simultáneos de un polvo cerámico o material granular premezclado con ligantes y lubricantes adecuados y se lleva a cabo confinando el material de un molde rígido y aplicando una presión elevada para lograr la compactación. Existen dos tipos de prensado: uniaxial e isostático; el uniaxial es usado comúnmente para obtener piezas de espesor mayor de 0.5mm y con relieves en la superficie en la dirección de prensado, y el prensado isostático se usa para la obtención de productos con relieves o tres dimensiones, formas alargada como barras y tubos y productos muy masivos con una sección de gran espesor.

El prensado se realiza colocando el polvo cerámico en un molde de la forma deseada y sometiéndolo por medio de una prensa, la materia prima en polvo en este caso la arcilla roja, se pre consolida de modo que fluya fácilmente y permita un llenado fácil y completo del molde. Por ser un prensado uniaxial la presión se aplica en una sola dirección por un pistón rígido. En la técnica de prensado en seco (prensado seco, semiseco o prensado de polvo): casi todo el prensado se realiza con polvos granulados 0-4% de humedad en peso. La prueba de compactación requiere el uso de altas presiones y la adición de lubricante. La ventaja principal de hacerlo en seco es por su tolerancia dimensional que se puede alcanzar (1% o mejor) como también en húmedo: requiere un polvo con 10-15% de humedad y se usa frecuentemente para materiales arcillosos que se deforman plásticamente, permite reproducir detalles muy finos del molde, pero tiene como inconvenientes la mala tolerancia dimensional (superior al 2%) y la formación de rebabas entre las piezas del molde.

El proceso de compactación de una matriz consta de tres pasos, el primero el llenado de la matriz que se puede hacer por peso o volumen, segundo, la compactación donde se llega hasta el valor de la presión adecuada donde se da la salida de los gases atrapados en partículas, ésta se debe realizar lentamente para propiciar el re apilamiento de las partículas, y por último la expulsión, mediante un punzón inferior que está diseñado para no formar agrietamientos en el compacto, comprimiendo contra la pared de la matriz; por ello es importante la lubricación.

El resultado final será un compacto en verde, poroso y con una densidad y resistencia tanto mayor cuanto mayor sea la presión aplicada, después de este procedimiento es necesario un proceso de cocción, durante éste la pieza se encoje y experimenta una reducción de porosidad y un aumento en su integridad mecánica, estos cambios ocurren por coalescencia de las partículas de polvo en una masa densa en un proceso denominado sinterizacion que se realiza por debajo de la temperatura de fusión, durante esta etapa se forman cuellos a lo largo de la regiones de contacto entre las partículas adyacentes: además se forma un límite de grano dentro de cada cuello y cada intersticio entre las partículas se convierte en un poro, a medida que progresa la sinterización los poros se hacen más menores y mas esféricos. La fuerza motriz para la sinterizacion es la reducción total de las superficies de las partículas.

La arcilla roja ha sido utilizada como materia prima en la industria de la construcción por miles de años y actualmente sigue siendo un material deconstrucción de gran uso para la fabricación de ladrillos estructurales y de enchape, baldosas, tejas, etc. Es un material económico, ambientalmente amigable, de gran disponibilidad y de fácil acceso.

PROCEDIMIENTO

El ensayo de prensado de arcilla en el laboratorio se llevó a cabo básicamente en cuatro epatas, las cuales se describen a continuación:

Primero se mezcló arcilla roja y arena con un porcentaje de agua adecuado según el tipo de arcilla y el proceso de conformado de la pieza (entre el 13-17% de agua), una vez obtenida la consistencia y granulometría necesaria en la mezcla procedimos a verterla en un molde de acero inoxidable previamente rociado en su interior con un lubricante liquido con el fin de facilitar el desmolde de la pieza; Este molde con forma rectangular de dimensiones especificas (50x10x130 mm), posteriormente se ensamblo y llevo a una prensa hidráulica con capacidad de 20 toneladas y se aplicó un esfuerzo de contracción uniaxial al molde de 10 toneladas de presión durante aproximadamente 60 segundos y pasado este tiempo se retiró lentamente la carga. Se desmoldeó la pieza cuidadosamente evitando quebrarla o dañarla.

Una vez obtenida la pieza se tomaron medidas de longitud para los tres lados diferenciables a simple vista, se hicieron dos marcas sobre la superficie más larga tomando nota de la distancia entre ellas para más adelante hacer cálculos en cuanto a la contracción del material. La pieza se dejo secar durante 24 horas aproximadamente a una temperatura de 60°C para luego programar el horno con una rampa de calentamiento de 1.66°C/min hasta llegar a 1000°C donde se tuvo durante 3 horas más o menos para el proceso de sinterizado o cocción, finalmente se dejo enfriar la pieza lentamente dentro del horno apagado con el fin de evitar que esta se quebrara por el cambio repentino de temperatura y para que no absorbiera la humedad del medio.

En la segunda etapa del proceso se volvieron a tomar después del tratamiento térmico las medidas de longitud de la pieza y de las dos marcas antes mencionadas y se calculó el porcentaje de contracción del material.

Como tercera etapa se hizo el ensayo de absorción por inmersión, el cual consiste en que una vez la pieza de arcilla se enfrió completamente después del tratamiento térmico se pesó y tomó nota; Luego se sumergió la pieza en agua durante 24 horas aproximadamente. Una vez transcurrido este tiempo se sacó y se secó superficialmente la pieza para pesarla nuevamente antes de que pasaran 5 minutos para poder obtener un resultado preciso del porcentaje de absorción.

Por último se realizó la prueba de flexión llevando la probeta o pieza obtenida a una Máquina Universal, se utilizaron como base dos barras de acero para colocar la pieza sobre ellas; Dejando un espacio ya establecido entre los bordes de la pieza y las barras. Con la ayuda de otra pequeña placa de metal colocada entre la superficie de la probeta y el cabezal móvil de la maquina se aplicó una carga a velocidad controlada hasta que se produjo la fractura de la pieza y la computadora arrojó la grafica respectiva.

DATOS Y RESULTADOS

Elaboración de la pieza:

Para la elaboración de la pieza, se mezclaron 200g de arcilla roja en XXg de agua (XX% del peso total de la arcilla)

La pasta obtenida se vertió en un molde de forma rectangular y se sometió a una prensa con una presión de 10 ton por un período de 60 seg.

La siguiente tabla muestra las medidas de la pieza antes de someterse al proceso de secado

Medidas Largo Ancho Altura

Inicial

Entre puntos H

Entre puntos V

Luego de tomar las medidas, la pieza se somete a un tratamiento de secado durante 24 horas a 60°C y posteriormente a una rampa de calentamiento de 1.66°C/min hasta alcanzar los 1000°C, proceso que tarda unas 10 horas aproximadamente, al llegar a los 1000°C se deja estable en esa temperatura por 3 horas; luego se deja enfriar dentro del horno para evitar el contacto con la humedad del ambiente.

Una vez fría y seca la pieza, se realizan las mediciones que se muestran a continuación:

Medidas Largo Ancho Altura

Pieza seca 131.70 mm 52.30 mm 15.00 mm

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