Practica 4 - Pastas Ceramicas PDF

Pastas cerámicas
Laboratorio de materiales
Ingeniería Mecánica y de producción
Práctica 4
1 INTRODUCCIÓN
Objetivos
La cerámica tradicional (Figura 1) se utiliza ampliamente en aplicaciones
de uso cotidiano como ladrillos, tejas, porcelana de mesa, cerámica
• Realizar ajustes de humedad sanitaria y revestimientos. Esta se fabrica a partir de materias primas
para dos tipos de pasta naturales que de acuerdo con su función pueden ser plásticas o no
cerámica diferente. plásticas.
• Analizar el comportamiento Las plásticas son esencialmente arcillas, las no plásticas aportan
elementos a la pasta los cuales pueden cambiar sus propiedades. Estas
mecánico de diferentes pueden ser clasificadas en diferentes grupos:
pastas cerámicas.
o Desgrasantes: las cuales reducen la plasticidad de la pasta y
facilitar el proceso de secado.
o Fundentes: Las cuales permiten una cocción a menor

temperatura y permite la formación de nuevas fases cristalinas.
o Quemantes: Las cuales aumentan la porosidad del cerámico y

favorecen la sinterización de la pasta cerámica.
o Plastificantes: Las cuales aumentan la plasticidad de la pasta.
Figura 1. Ejemplo de productos

fabricados en cerámica tradicional. Por otro lado existe la llamada cerámica técnica (Figura 2), algunos
ejemplos de esta son las biocerámicas, las cerámicas ferroeléctricas,
piezoeléctricas y electroópticas. Estas se diferencian de la cerámica
tradicional en tres aspectos fundamentales:
o Están fabricadas a partir de polvos de alta pureza a base de

óxidos de Al, Si, Zr, Be, B, además de nitruros y boruros.
o Pasan por procesos de conformado y densificación mucho más

exigentes que en la cerámica tradicional.
o El control de calidad de los productos es extremadamente

estricto en cuanto a microestructura y propiedades físicas.
Figura 2. Ejemplo de piezas fabricadas

en cerámica técnica.
2 PROCESO DE FABRICACIÓN DE UN PRODUCTO CERÁMICO
La Figura 3 muestra un diagrama que resume el proceso de fabricación de productos de cerámica tradicional. Los
pasos para la fabricación incluyen la preparación de la pasta, el conformado de la pieza, el secado, el esmaltado (que
es opcional y puede modificar las condiciones de la cocción) y la cocción.
•Durante la cocción, la
•La preparación Conformado pieza cerámica
puede hacerse por de la pieza adquiere sus
•Aquí se extrae el
vía seca o por vía propiedades finales.
exceso de humedad
húmeda. •Entre los procesos de Se eleva la dureza y la
de la pieza resistencia mecánica.
conformado más cerámica.
Preparación habituales se encuentran el
prensado, la extrusión y el Secado Esmaltado Cocción
de la pasta colado.
•El esmaltado permite
cambiar las
propiedades estéticas
y mecánicas de los
productos cerámicos.
Figura 3. Proceso de fabricación de un producto cerámico.
3 PROPIEDADES DE LAS PASTAS CERÁMICAS

Las propiedades de la pasta cerámica dependen de sus condiciones de humedad, se la considera en estado húmedo
cuando las partículas son de naturaleza coloidal y por lo tanto la presencia de agua es determinante, se la considera
en estado seco cuando a la pieza se le extrae el exceso de humedad durante el proceso de secado, el cual se realiza
antes de la cocción y se la considera en estado cocido después de realizar la cocción.
3.1 EN ESTADO HÚMEDO

Las propiedades principales en estado húmedo son la plasticidad y la tixotropía.
o Plasticidad: Se define como la capacidad para deformarse ante un esfuerzo mecánico conservando la
deformación al retirarse la carga. Según su grado de plasticidad las arcillas se clasifican en magras o
grasas. Las grasas son las que poseen una gran plasticidad, incluso a baja humedad, estas se moldean
con facilidad pero pueden tener problemas de exceso de adherencia durante el proceso de desmolde.
Por su parte, las arcillas magras son las que poseen una baja plasticidad.
o Tixotropía: Es una propiedad de flujo dependiente del tiempo, concretamente de períodos anteriores de
reposo o de movimiento. Desde el punto de vista fisicoquímico, este comportamiento se evidencia como
un aumento de la viscosidad de la suspensión cerámica con el tiempo de reposo.
3.2 EN ESTADO SECO
La etapa del secado es fundamental durante el proceso de fabricación de la pieza cerámica, durante esta etapa se
elimina el exceso de agua dentro de la pieza al mismo tiempo que se prepara el material para el proceso de cocción.
Un incorrecto ciclo de secado puede inducir a complicaciones durante la cocción como estallidos, fisuras o
deformaciones.
Durante el proceso posterior al conformado y al secado ocurre un fenómeno de expansión debido a la

reacomodación de las partículas de la pasta, esta expansión puede ser evaluada en términos porcentuales
comparando las dimensiones del molde con las dimensiones de la pieza después del proceso de secado.
Por otro lado, las propiedades mecánicas de una pieza cerámica se pueden evaluar mediante ensayos de flexión.
Esta resistencia será más alta cuanto mayor sea la proporción de arcilla en la pasta y en la medida que la cantidad de
poros sea menor. La figura 4 muestra un diagrama de una prueba de flexión a 3 puntos.
Figura 4. Esquema de un ensayo de flexión.
3.3 EN ESTADO COCIDO

La cocción de pastas previamente conformadas y secadas, provoca una modificación fundamental en sus
propiedades dando lugar a un material duro de consistencia pétrea. Después de la cocción, la forma de la pieza se
vuelve inalterable y adicionalmente su dureza, resistencia mecánica y resistencia al agua se incrementan.
La cocción se considera la fase más delicada de todo el proceso de fabricación cerámica, porque la mayoría de los
defectos que pueda tener una pieza se manifiestan durante este proceso, aunque el origen de estos defectos se
haya producido en etapas anteriores.
De manera similar al proceso de expansión después del secado, las piezas cerámicas sufren de contracciones
dimensionales después de la cocción, la cual depende de la capacidad de la pasta para formar fases vítreas.
Asimismo, durante el proceso de cocción se da una movilidad atómica que conduce a la unión de las partículas y a la
disminución de la porosidad, estos cambios tienen un gran impacto en la resistencia mecánica de las piezas cocidas,
la cual puede ser igualmente evaluada mediante ensayos de flexión (Figura 4).
4 PROCEDIMIENTO
4.1 AJUSTE DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD
1. Medir el porcentaje de humedad en una pasta cerámica roja (rica en montmorillonita) y una blanca (rica en
caolinita).
2. Pesar 150 gr de cada una de las pastas.
3. Calcular el peso seco de la pasta y el peso del agua de la pasta.
4. Calcular la cantidad de agua que se debe añadir a cada pasta para alcanzar un porcentaje de humedad del 8%.
5. Añadir la cantidad de agua adecuada a cada pasta y mezclar hasta obtener una masa homogénea.
4.2 FABRICACIÓN DE PROBETAS PARA ENSAYOS DE FLEXIÓN

1. Por cada pasta cerámica se deben fabricar 2 probetas mediante un proceso de conformado por
compactación en un molde de 50mm x 50 mm.
2. Aplicar para cada probeta una carga de compactación de 62,5 kN. La totalidad de la carga debe ser aplicada
de manera escalonada con incrementos de 15 kN y tiempos de sostenimiento de 10 segundos. Esta forma de
aplicación de la carga evita delaminaciones.
3. Desmoldar la probeta con cuidado y marcarla debidamente como probeta para secar o para cocer.
4.3 DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN ESTADO SECO

1. Medir las dimensiones de las baldosas secas.
2. Calcular el porcentaje de expansión lineal de la probeta con la siguiente ecuación, teniendo en cuenta que
las dimensiones del molde corresponden a 50mm x 50mm.
𝐿𝑠 − 𝐿𝑚
𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 = ∗ 100
𝐿𝑚
𝐿𝑠: Promedio de las longitudes de la pieza en estado seco
𝐿𝑚: Promedio de las longitudes del molde (50mm)
4.4 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN EN ESTADO COCIDO

1. Medir las dimensiones de las baldosas cocidas.
2. Calcular el porcentaje de contracción lineal de la probeta utilizando la siguiente ecuación, teniendo en cuenta
las dimensiones de la probeta seca.
𝐿𝑐 − 𝐿𝑠
𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑐𝑖𝑑𝑜 = ∗ 100
𝐿𝑠
𝐿𝑐: Promedio de las longitudes de la pieza en estado cocido
𝐿𝑠: Promedio de las longitudes de la pieza en estado seco
4.5 ENSAYO DE FLEXIÓN

1. Utilizar la máquina universal de pruebas para ensayar a flexión las 4 probetas de la práctica (una blanca seca,
una blanca cocida, una roja seca y una roja cocida), usando una separación entre apoyos de 46mm.
2. Hacer uso de la siguiente ecuación para calcular la resistencia a flexión de las 4 probetas.
!∗#!"# ∗$
𝜎=
%∗&∗'%
𝜎: Esfuerzo por flexión

𝐹!"# : Fuerza máxima soportada por la probeta
𝐿: Distancia entre los apoyos, también conocida como “claro”
𝑤: Longitud del lado apoyado como se muestra en la figura
ℎ: Espesor de la probeta
Informe
Pastas cerámicas
Laboratorio de materiales Fecha:
Ingeniería Mecánica y de producción
Grupo:
Práctica 5
Nombres: __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
1 AJUSTE DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD

En la tabla 1, indique la cantidad de humedad para cada pasta, por otro lado calcule la cantidad de agua que debe
adicionar para lograr un porcentaje de humedad del 8%.
Tabla 1. Porcentaje de humedad y cantidad de agua.
Pasta Porcentaje de Peso seco de Peso del agua dentro Cantidad de agua
cerámica humedad inicial la pasta (g) de la pasta (g) adicional (g)
Roja
Blanca
2 DETERMINACIÓN DE EXPANSIÓN EN ESTADO SECO

En la tabla 2, anote el promedio de las dimensiones de la probeta seca y calcule el porcentaje de expansión con
respecto a las dimensiones del molde (50mm x 50mm)
Tabla 2. Expansión en estado seco
Pasta Promedio de longitudes de Promedio de longitudes Porcentaje de

cerámica la probeta seca (mm) del molde (mm) expansión
Roja 50
Blanca 50
3 DETERMINACIÓN DE CONTRACCIÓN EN ESTADO COCIDO
En la tabla 3, anote el promedio de las dimensiones de la probeta cocida y calcule el porcentaje de contracción con
respecto a las dimensiones de la probeta seca.
Tabla 3. Contracción en estado cocido

Pasta Promedio de longitudes de Promedio de longitudes Porcentaje de
cerámica la probeta cocida (mm) de la probeta seca (mm) contracción
Roja
Blanca
4 ENSAYO DE FLEXIÓN
En la tabla 4, anote la fuerza máxima que soporta cada probeta y midiendo la longitud del lado apoyado y el espesor,
calcule el esfuerzo que soporta cada una.
Tabla 4. Cálculo del esfuerzo flector

Claro Longitud del lado Espesor Fuerza Esfuerzo de
Probeta
(mm) apoyado (mm) (mm) máxima (N) flexión (MPa)
Roja seca 46
Roja cocida 46
Blanca seca 46
Blanca cocida 46
5 ANÁLISIS Y CONCLUSIONES
Recuerden que las conclusiones son las ideas principales a la que se llega después de considerar y analizar los
resultados.

Practica 4 - Pastas Ceramicas PDF

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Practica 4 - Pastas Ceramicas PDF

Cargado por

Información del documento

Título original

Derechos de autor

Formatos disponibles

Compartir este documento

Compartir o incrustar documentos

Opciones para compartir

¿Le pareció útil este documento?

¿Este contenido es inapropiado?

Copyright:

Formatos disponibles

Practica 4 - Pastas Ceramicas PDF

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Pastas cerámicas

o Fundentes: Las cuales permiten una cocción a menor

o Quemantes: Las cuales aumentan la porosidad del cerámico y

o Plastificantes: Las cuales aumentan la plasticidad de la pasta.

Figura 1. Ejemplo de productos

o Están fabricadas a partir de polvos de alta pureza a base de

o Pasan por procesos de conformado y densificación mucho más

o El control de calidad de los productos es extremadamente

Figura 2. Ejemplo de piezas fabricadas

Figura 3. Proceso de fabricación de un producto cerámico.

3 PROPIEDADES DE LAS PASTAS CERÁMICAS

3.1 EN ESTADO HÚMEDO

Durante el proceso posterior al conformado y al secado ocurre un fenómeno de expansión debido a la

Figura 4. Esquema de un ensayo de flexión.

3.3 EN ESTADO COCIDO

4.2 FABRICACIÓN DE PROBETAS PARA ENSAYOS DE FLEXIÓN

4.3 DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN ESTADO SECO

4.4 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN EN ESTADO COCIDO

4.5 ENSAYO DE FLEXIÓN

𝜎: Esfuerzo por flexión

1 AJUSTE DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD

Tabla 1. Porcentaje de humedad y cantidad de agua.

2 DETERMINACIÓN DE EXPANSIÓN EN ESTADO SECO

Tabla 2. Expansión en estado seco

Pasta Promedio de longitudes de Promedio de longitudes Porcentaje de

Tabla 3. Contracción en estado cocido

Tabla 4. Cálculo del esfuerzo flector

También podría gustarte