Optimización de Propiedades en Materiales Cerámicos y Refractarios

Optimización de Propiedades en Materiales Cerámicos

Control de Porosidad y Tenacidad (K1c)

• Aumentar porosidad:
  • Uso de mezclas húmedas combustibles (serrín, corcho).
  • Incorporación de sólidos volátiles (naftaleno).
  • Aplicación de aire a presión.
  • Mezcla de componentes que generen gases durante el proceso.
• Aumentar K1c (Tenacidad a la fractura):
  • Generación de microporosidad.
  • Creación de regiones a presión localizada.
  • Refuerzo de la matriz (MC).
  • Refuerzo con ZrO2 (Zirconia).

Sistemas de Zirconia: PSZ y PCT

• PSZ (Zirconia parcialmente estabilizada): Obtenida mediante recocido y revenido.
• PCT (Policristales tetragonales de ZrO2): Se añade Y2O3 para obtener una estructura densa y de grano fino, lo que incrementa significativamente la K1c.

Estrategias de Selección Estructural

Se clasifican en óxicas o no óxicas, buscando optimizar:

• Al2O3 (Alúmina).
• Incremento de la resistencia mecánica.
• Incremento de la K1c (incluso a altas temperaturas).
• Propiedades como aislante y bajo coeficiente de expansión térmica (alfa).

Cerámicas Tradicionales y Refractarios

Las cerámicas tradicionales combinan arcilla, caolín y arena para mejorar propiedades mecánicas, reducir el coeficiente de expansión térmica y disminuir la fragilidad.

• Fundentes: Reducen la refractariedad y la temperatura de cocción.
• Refractarios: Basados en Al2O3 para aumentar la refractariedad. Se evalúan mediante densidad, absorción de agua y helabilidad.

Materiales Refractarios: Clasificación y Selección

Son aislantes térmicos compuestos por C, N, B, O o Si. Pueden ser ácidos o básicos.

• Tipos comunes: Al2O3 refractaria, alta alúmina, ladrillo de MgO (estabilidad térmica) y ladrillo de SiO2 (requiere aditivos para la sinterización).
• Criterios de selección:
  • Coste y temperatura máxima de trabajo.
  • Resistencia al choque térmico.
  • Resistencia al aplastamiento en frío (grado de cocción).
  • Ensayo pirométrico (CPE): A mayor CPE, mayor temperatura soportada.
  • Termofluencia: Comportamiento bajo carga a altas temperaturas.
  • Resistencia al CO: Evitar la deposición de carbono que genera tensiones internas.

Vidrios y Vitrocerámicas

Composición del Vidrio

• Formadores: B2O3, SiO2, Al2O3 (aumentan la viscosidad).
• Intermedios: TiO2, ZnO (modifican la red amorfa y la viscosidad).
• Modificadores: PbO2, MgO (rompen cadenas, facilitando el procesado).

Vitrocerámicas

Vidrios tratados térmicamente para inducir una fase cristalina. Destacan por su contracción nula, alta resistencia y estabilidad térmica.

• LAS: Aluminosilicato de litio (Li2O-Al2O3-SiO2).
• MAS: Aluminosilicato de magnesio (MgO-Al2O3-SiO2).