Materiales Cerámicos PDF

5.pdf rdemh Materiales Cerámicos 2º Grado en Ingeniería de Materiales Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos Universidad Politécnica de Madrid Reservados todos los derechos. No...

5.pdf rdemh Materiales Cerámicos 2º Grado en Ingeniería de Materiales Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos Universidad Politécnica de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-5622392 PROPIEDADES TÉRMICAS I. INTRODUCCIÓN ∆𝑙 Cuando en material se calienta: absorbe calor 𝑐𝑝, se dilata α∆𝑇 = 𝑇 y transmite calor k. En materiales cerámicos, al estar el enlace covalente tan fuertemente unido. La dilatación es uy baja: 𝐿 = 𝑅 𝑘 ( ), donde Ω𝑊 𝐾 𝑘= λ II. COEFICIENTE DE EXPASIÓN TÉRMICA Depende de la fuerza de unión entre los átomos. Es bajo para diamante, carburo de silicio y nitruro de silicio. Para materiales compuestos: α𝑐𝑜𝑚𝑝 = α𝑐𝑒𝑟𝑉𝑐𝑒𝑟 + α𝑚𝑎𝑡𝑉𝑚𝑎𝑡, donde mat es el material no cerámico. Cuanto más covalente sea el cerámico, menos se va a dilatar. (𝑙𝑓−𝑙𝑖) Para calcular α: 𝑙𝑖 ( ) = α𝑙 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 III. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Los materiales cerámicos tienen bajas conductividades, debido a los fuertes enlaces iónico e iónico-covalentes. En general, los materiales cerámicos presentan bajas conductividades, excepto el grafito, SiC y AIN. La conductividad térmica varía con la temperatura. Influencia del procesado: porosidad. IV. RESISTENCIA AL CHOQUE (CALENTAMIENTO/ENFRIAMIENTO NO UNIFORME) Los materiales cerámicos son sensibles al choque térmico por: - Baja ductilidad y alta rigidez - Tensiones residuales durante el enfriamiento - Condiciones de carga σ𝑟𝑘 Para calcular la resistencia al choque térmico (TSR: termal strength resistance): 𝑇𝑆𝑅 = 𝐸α Donde - σ𝑟: resistencia fractura - 𝑘: conductividad térmica - α: coeficiente de dilatación - 𝐸: módulo elástico Los vidrios de borosilicato presentan menores coeficientes de dilatación y por ello, mejor TSR. Esfuerzos térmicos (σ) Al enfriar un vidrio o un cerámico, la velocidad de enfriamiento es distinta en su centro y en su superficie, por lo que la concentración es distinta y se generan deformaciones distintas y con ello aparecen tensiones por enfriamiento. Contra mayor sea el espesor del vidrio/cerámico mayores son las tensiones inducidas por enfriamiento, al existir un mayor gradiente de temperaturas usar espesores pequeños Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-5622392 Este esfuerzo se puede calcular como σ = α ∆𝑇 𝐸 Cunado el material se comprime (calentamiento del material): σ < 0 Cuando el material se contrae (enfriamiento del material): σ > 0 El método Hasselman es la determinación experimental de la resistencia residual después del choque térmico. V. VITROCERÁMIICAS Proceso de desvitrificación: proceso de transformación de material vítreo en uno cristalino, normalmente por tratamiento térmico y acción de activadores. Se mejor el coeficiente de expansión térmica y la conductividad térmica, pero se reduce sus propiedades ópticas (transparencia) y mecánicas por tensiones de contracción debida a esta transformación. Sin embargo, a nivel general aumenta su resistencia mecánica. La fase cristalina no es transparente, al presentar un índice de fracción anisotrópica y Presentarse orientaciones cristalográficas diferentes. Propiedades: - Anisotropía de la conductividad: la conductividad es muy baja en las direcciones contenidas en un plano, pero muy alta en la dirección perpendicular. - Tamaño (final) de grano fino y ausencia de porosidad: las fases cristalinas (0,1 y 1 µ𝑚) Están rodeadas por un vidrio residual (matriz) que rellena los poros, lo que le proporciona una gran resistencia. La ausencia de poros mejora su tenacidad. - Bajo coeficiente de dilatación térmica: confiere una gran resistencia al choque térmico. - Rotura por dilatación térmica en recubrimientos cerámicos VI. APLICACIONES Los materiales cerámicos son usados como refractarios en la industria metalúrgica, química, cerámica y del vidrio. Ejemplos de ellos son los ladrillos y morteros, recubrimientos de hornos y aislantes térmicos - Cerámicas con bajas conductividades: aislamiento térmico. Mejoran con la porosidad: el coeficiente de dilatación térmico (disminuye), la capacidad de aislamiento y la resistencia al choque térmico, pero baja la densidad, la resistencia mecánica y la resistencia a los materiales corrosivos. - Cerámicas con alta conductividad: tienen una elevada resistencia al choque térmico 2 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.