INTRODUCCIÓN
La palabra cerámica (derivada del griego κεραμικός keramikos, "sustancia quemada") es el término que se aplica de una forma tan amplia que ha perdido buena parte de su significado. No sólo se aplica a las industrias de silicatos (grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyen más del 95% de la corteza terrestre), sino también a artículos y recubrimientos aglutinados por medio del calor, con suficiente temperatura como para dar lugar al sinterizado. Este campo se está ampliando nuevamente incluyendo en él a cementos y esmaltes sobre metal.
Los cerámicos son compuestos o soluciones compuestas, cuyos átomos se unen químicamente mediante enlaces iónicos y covalentes. Los cerámicos son duros pero frágiles. Y tienen un alto punto de fundición y son muy resistentes a la compresión.
Los materiales cerámicos son malos conductores tanto térmica como eléctricamente, pero tienen una gran estabilidad química y eléctrica.
CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
Los materiales cerámicos se clasifican según su capacidad de absorción de agua en cuatro tipos: porcelana, gres cerámico, semigres cerámico, y loza porosa. Dicha característica física se relaciona con tres aspectos fundamentales de su proceso productivo:
· Temperatura de Cocción
· Presión de Moldeo
· Granulometría de la Mezcla Base.
Así, los cuatro tipos cerámicos básicos y su capacidad de absorción de agua se relacionan con la temperatura de cocción según la siguiente tabla:
| Clasificación | Absorción De Agua | Temperatura De Cocción |
| Porcelana | 0 % | > 1200 º C |
| Gres Cerámico | 0,50 % a 3,00% | 1200 ºC a 1050 ºC |
| Semi Gres Cerámico | 3,00% a 6,00% | 1200 ºC a 1050 ºC |
| Loza Porosa | > 6,0% | 1050 ºC a 890 ºC |
Según la clasificación anterior, los productos fabricados por ZANON S.A. (junto con las restantes características asociadas) quedan encuadrados del siguiente modo:
| Producto ZANON | Uso ó Destino | Tipo de Material | Presión de Moldeo (Manométrica) | Absorción de Agua | Temp. De Cocción | Residuo(en tamiz #230) |
| Porcellanato | Piso / Pared | Gres Apor- celanado | 500 kg./cm2 | < 0,05% | >1200 ºC | <1% |
| Monococción | Piso | Semi Gres | 205/240 kg./cm2 | 4 a 6% | 1200 ºC a 1050 ºC | 8% a 10% |
| Monoporosa | Pared | Loza Porosa | 150/180 kg./cm2 | 13 a 14% | 1050 ºC a 890 ºC | 6% a 8% |
La formulación de la Mezcla Base difiere según el producto. La menor presencia de hierro en los empastes de porcellanato se evidencia en la ausencia de un color característico. Ciertas adiciones tienen por objeto adecuarse a la temperatura y tipo de cocción perseguida. Por ejemplo, el empaste utilizado para las piezas Monoporosas es el mismo que el empleado en Monococción, mas la adición de Carbonato de Calcio[i] a los efectos de lograr una mayor estabilidad dimensional dentro del horno. Esta mayor estabilidad dimensional se ve reflejada en la ausencia de necesidad de clasificar en calibres los revestimientos.
TÉCNICAS DE OBTENCIÓN DE CERÁMICOS
En este primer grupo de los métodos del procesamiento de los cerámicos se da forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia.
La fundición por revestimiento es un método interesante y casi único en cuento una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. Generalmente el molde se hace de yeso, con porosidad controlada, de modo que parte de agua de la suspensión entre en la pared del molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El líquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.
La conformación plástica en húmedo se efectúa por medios diversos. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una
forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Por otra parte, cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta.
Prensado con polvo seco. Esto se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después de haberse llevado a cabo cualquiera de los procesos anteriores, la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.
El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Las ventajas que se obtienen sobre el prensado en seco son: mayor densidad y tamaño mas fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.
La compactación isostatica. Es una manera muy especial de prensar polvos en un fluido comprensible para evitar la compactación no uniforme que a veces se observa en los troqueles. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frió.
COMFORMACIÓN DE MATERIALES
Los cerámicos son fabricados compactando polvos en matrices que son posteriormente calentados a altas temperaturas para enlazar las partículas entre sí.
Las etapas son las siguientes:
1. Preparación del material.
Los productos están fabricados por aglomeración de partículas. (exceptuando el vidrio y el hormigón)
Se pueden añadir aglutinantes y lubricantes, tanto en seco como en húmedo.
Materias primas variadas en función de de las propiedades requeridas.
2. Procesado. Tipos:
o Prensado en seco:
Se utiliza para fabricar productos refractarios y componentes cerámicos electrónicos.
Tiene lugar al compactar polvos finamente granulados de materias primas con pequeñas cantidades de agua o pegamentos de origen orgánicos en un troquel.
Se procede a un calentamiento (sinterizado) con el fin de que la pieza adquiera las fuerzas y microestructura deseadas.
o Compactación isostática:
Los polvos cerámicos se cargan en una matriz flexible (caucho).
La matriz se encuentra dentro de un fluido hidráulico al que se le aplica presión.
Las fuerzas compactan el polvo de manera uniforme en todas las direcciones.
Se somete al calentamiento para obtener la microestructura.
o Compresión en caliente:
Se obtienen piezas de alta densidad y propiedades mecánicas optimizadas.
Combinación de la presión y los tratamientos térmicos.
Utilización de presiones unidireccionales como isostáticas.
o Moldeo en barbotina:
Proceso de fundición por revestimiento.
Etapas:
1. Preparación del material cerámico en polvo y de dura emulsión (arcilla y agua) que forman una mezcla estable (barbonita).
2. Moldeo de la barbonita en un molde poroso (yeso), que permite la absorción de la parte líquida por el molde. A medida que se absorbe el líquido, se forma una capa de material más o menos dura en la pared del molde.
3. Cuando se a conseguido el grosor deseado el exceso de barbonita se desaloja de la cavidad.
4. Podemos dejar que el molde se llene totalmente, este método se denomina fundición compacta.
5. Se deja el material dentro del molde hasta que alcance la resistencia necesaria para posteriormente desmoldear.
6. Se efectúa un calentamiento para conseguir las propiedades y microestructura deseadas.
o Extrusión:
Los materiales cerámicos en estado plástico se pueden extrusionar a través de un troquel de embutir.
3. Tratamiento térmico por secado u horneado a altas temperaturas.
o Tratamientos térmicos
Ultima etapa a seguir en el proceso de conformación de un material cerámico. Existen varias formas para llevarlo a cabo:
§ Secado y eliminación de aglutinante:
Es necesario eliminar el agua antes de someter el cuerpo a altas temperaturas.
La humedad se elimina calentando a 100ºC.
Los aglutinantes orgánicos se eliminan a partir de los 200ºC hasta los 300ºC.
§ Sinterización:
Pequeñas partículas se unen pos difusión al estado sólido.
OBJETIVO: transformación de un producto poroso en compacto. Se conseguirá calentando a altas temperaturas sin sobre pasar el punto de fusión.
§ Vitrificación:
Determinados productos cerámicos tienen una base vítrea.
Esta fase sirve como medio de reacción para que la difusión pueda tener lugar a menos temperatura que el resto de materiales cerámicos.
Mientras dura el tratamiento a altas temperaturas, la fase vítrea se licua y rellena los poros del material.
Esta fase puede reaccionar con algún producto restante del material refractario.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
Los materiales cerámicos son buenos aislantes y que además tienen la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia en compresión elevadas. Así mismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también es muy elevado (lo que llamamos fragilidad).
Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza en la cual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a tracción, por los poros y un elevado módulo de Young (fragilidad elevada) y al tener un enlace iónico covalente, es imposible de realizar.
Existen materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos poros la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros.[cita requerida]
Las propiedades de un material cerámico pependen de la naturaleza de la arcilla empleada, de la temperatura y de las técnicas de cocción a las que ha sido sometido. Así tenemos:
- Materiales cerámicos porosos. No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:
- Arcillas cocidas. De color rojizo debido al óxido de hierro de las arcillas que la componen. La temperatura de cocción es de entre 700 a 1.000 °C. Si una vez cocida se recubre con óxido de estaño (similar a esmalte blanco), se denomina loza estannífera. Se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.
- Loza italiana.- Se fabrica con arcilla entre amarillenta y rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción varia entre 1.050 a 1070 °C.
- Loza inglesa. Fabricada de arcilla arenosa de la que se elimina mediante lavado el óxido de hierro y se le añade silex (25-35%), yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. La cocción se realiza en dos fases:
1) Cocido entre 1.200 y 1.300 °C.
2) Se extrae del horno y se cubre de esmalte. El resultado es análogo a las porcelanas, pero no es impermeable.
- Refractarios. Se trata de arcillas cocidas porosas en cuyo interior hay unas proporciones grandes de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C. El enfriamiento se debe realizar lenta y progresivamente para no producir agrietamientos ni tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son:
a) Ladrillos refractarios, que deben soportar altas temperaturas en el interior de hornos.
b) Electrocerámicas: Con las que en la actualidad se están llevando a cabo investigaciones en motores de automóviles, aviones, generadores eléctricos, etc., con vistas a sustituir elementos metálicos por refractarios, con los que se pueden obtener mayores temperaturas y mejor rendimiento. Una aplicación no muy lejana fue su uso por parte de la NASA para proteger la parte delantera y lateral del Challenger en el aterrizaje.
- Materiales cerámicos impermeables y semiimpermeables . Se los ha sometido a temperaturas bastante altas en las que se vitrifica completamente la arena de cuarzo. De esta manera se obtienen productos impermeables y más duros. Los más destacados:
- Gres cerámico común.- Se obtiene a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos.
- Gres cerámico fino.- Obtenido a partir de arcillas refractarias (conteniendo óxidos metálicos) a las que se le añade un fundente (feldespato) con objeto de rebajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos de sal marina. La sal reacciona con la arcilla y forma una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico.
- Porcelana. Se obtiene a partir de una arcilla muy pura, denominada caolín, a la que se le añade fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Son elementos muy duros soliendo tener un espesor pequeño (de 2 a 4 mm), su color natural es blanco o translucido. Para que el producto se considere porcelana es necesario que sufra dos cocciones: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.). Según la temperatura se distinguen dos tipos:
· Porcelanas blandas. Cocidas a unos 1.000 °C, se sacan se les aplica esmalte y se vuelven a introducir en el horno a una temperatura de 1.250 °C o más.
· Porcelanas duras. Se cuecen a 1.000º C, a continuación se sacan, se esmaltan, y se reintroducen en el horno a unos 1.400 °C o más. Si se decoran se realiza esta operación y luego se vuelven a introducir en el horno a unos 800 ºC.
CAMPOS DE APLICACIÓN INDUSTRIAL Y DOMESTICOS
· Teniendo estos procedimientos en mente, podemos ahora describir las características especiales de los productos cerámicos, comenzando con el ladrillo y productos de barro cosido para la construcción. Como base de estos se emplea la arcilla de bajo costo y de fácil fusión, la cual contiene un alto contenido de sílice, álcalis, alto FeO, materiales arenosos que se encuentran en depósitos materiales.
· MATERIALES REFRACTARIOS Y AISLANTES.
· Para los hornos y para las cucharas se emplean recubrimientos ya sean de ladrillo o monolíticos. Para manejar metales líquidos y escoria esencial distinguir entre refractarios ácidos, neutros y básicos . las características de estos ladrillos son la resistencia a la escoria. Resistencia a los efectos de temperatura y capacidad aislante.
· Los ladrillos ácidos son menos costosos, pero en muchos hornos se emplean escorias para refinar el metal .
· El ladrillo aislante contiene mucho espacio poroso y en consecuencia, no es tan resistente a la escoria como el recubrimiento interior del recipiente.---INDUSTRIAL O DOMESTICA.
· Loza de barro. Se hace de arcilla, aunque en algunos casos están presentes el sílice y feldespato, como el K. La característica importante es que se la somete al fuego a baja temperatura, comparada con la de otros productos de este grupo. Ello produce una fractura terrosa relativamente porosa.-------DOMESTICA
· Losa semivitre, se fabrica empleando mezclas de arcilla-sílice-feldespato, las cuales se denominan triaxiales, por la presencia de estos tres ingredientes. La temperatura de cocido es mayor , dando por resultado la formación de vidrio, menor porosidad y mayor resistencia.----- DOMESTICO.
· Loza de piedra. Difiere de la loza de barro , en que se emplea una mayor temperatura de cocido lo cual produce una porosidad menor del 5% comparado con el 5 a 20 % de la loza de barro. Por lo general la composición se controla mas cuidadosamente que la loza de barro y el producto no lustroso tiene el acabado mate de la piedra fina. Este es un excelente material para loza de hornear, tanques de sustancias químicas y erpentines.----INDUSTRIAL
· Loza china. Se obtiene cociendo la mezcla triaxial antes mencionada u otras mezclas a alta temperatura para obtener un objeto traslucido.---DOMESTICO
· La porcelana. Es la que se cuece a las mas altas temperaturas del grupo y esta muy relacionada con la loza china que acabamos de describir.
· En general la no utilización de fundentes y las temperaturas mas altas dan como resultado un producto denso y muy duro.----INDUSTRIAL Y DOMESTICO.
RECICLADO Y USO DE MATERIALES
· ¿Qué es reciclar?
· Se piensa que la popularidad del término reciclar ayuda al acuerdo global de una verdadera definición. Sin embargo, en nuestros tiempos encontramos que no existe una verdadera definición de lo que este término implica.
· Para el público en general, reciclar es sinónimo de recolectar materiales para volverlos a usar. Sin embargo, la recolección es sólo el principio del proceso de reciclaje.
· Una definición bastante acetada nos indica que reciclar es cualquier proceso donde materiales de desperdicio son recolectados y transformados en nuevos materiales que pueden ser utilizados o vendidos como nuevos productos o materias primas.
· ¿Por qué reciclar?
· Reciclar es un proceso simple que nos puede ayudar a resolver muchos de los problemas creados por la forma de vida moderna.
· Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales reciclados. Los recursos renovables, como los árboles, también pueden ser salvados. La utilización de productos reciclados disminuye el consumo de energía. Cuando se consuman menos combustibles fósiles, se generará menos CO2 y por lo tanto habrá menos lluvia ácida y se reducirá el efecto invernadero.
· En el aspecto financiero, podemos decir que el reciclaje puede generar muchos empleos. Se necesita una gran fuerza laboral para recolectar los materiales aptos para el reciclaje y para su clasificación. Un buen proceso de reciclaje es capaz de generar ingresos.
· Obstáculos para el reciclaje
· El reciclaje tiene beneficios obvios, sin embargo también existen algunos obstáculos que hay que superar.
· Tal vez, el principal problema al que se enfrentan las personas cuando quieren generar un proceso de reciclaje, es la falta de educación de la sociedad en general sobre este aspecto. Las sociedades en general no entienden lo que le está pasando al planeta, especialmente en lo que se refiere a los recursos naturales.
· Los problemas sociales relacionados con el reciclaje no se solucionan solamente con la educación. Las sociedades tienden a resistirse a los cambios. El ciclo tradicional de adquirir - consumir - desechar es muy difícil de romper. Reciclar en la oficina o en el hogar requiere de un esfuerzo extra para separar los materiales. Siempre será más conveniente el hábito de arrojar todo hacia afuera.
· La investigación ha hecho que sea posible la reducción de residuos, conduciendo al desarrollo de nuevas tecnologías, garantizando que el índice de recuperación y de reciclado de compuestos de cloro y productos derivados se incremente en el futuro.
· La instalación de varias plantas de reciclado de Materiales, da lugar a la creación de puestos de trabajo y un mejor empleo de los recursos en comparación a la Incineración.
· Reflexionando esta cuestión, parece extraño que las ventajas económicas y laborales, relacionadas con el reciclado de materiales, no se propicie suficientemente, dando la sensación de una falta de interés por parte de las Administraciones.
· RECICLAJE Y USO DE MATERIALES
· ¿Qué se puede producir con los desechos?
· El camino a seguir en materia de recuperación de materiales no es copiar, sino adaptar en mayor o menor medida a nuestra realidad las buenas experiencias externas tanto en materia de recolección como de reutilización y reciclaje. Lo que fundamentalmente deberá existir es un estudio de precios de los desechos con y sin valor agregado, un modelo de gestión propio, y un conjunto de tecnologías apropiadas a la realidad nacional.
· A modo de ejemplo y a los efectos de aproximarnos a una alternativa viable al actual "problema de la basura" enumeramos que se podría y debería hacer con desechos:
· Con resto de alimentos: abono orgánico, tierra para plantas, lumbricultura y alimentación de cerdos y otros animales.
· Con plásticos: mediante el reciclaje se pueden hacer bolsas, bancos, juegos para parques, postes para campo, baldes, baldosas, balizas, útiles escolares, láminas para carpetas o tarjetas, cerdas para diversos cepillos. Mediante reutilización las botellas se pueden lavar para rellenado, y los vasos descartables pueden utilizarse de macetines.
· Con botellas y bollones de vidrio: reutilización luego de lavados o nuevas botellas y otros productos de vidrio mediante el reciclaje.
· Con envases tetra brick: recuperación del papel o planchas de aglomerado para confección de distintos muebles.
· Con escombros: relleno de terrenos, de caminos, y en general rellenos de construcción.
· Con maderas: diversos muebles, láminas, juguetes o fuente de energía
· Con cajones de madera: juguetes y juegos.
· Con restos de poda y de jardinería: abono o fuente de energía.
· Con papeles y cartones: mediante reciclado otros papeles y cartones.
· Con muebles y electrodomésticos rotos: reparación o recuperación de materiales.
· Con metales en general: mediante el reciclaje se evita usar nueva materia prima a la vez que se ahorra energía. Algunos metales que deben ser recuperados para reciclar son: oro, plata, cobre, bronce, estaño, plomo, aluminio y hierro.
· Con latas de aluminio: mediante el reciclaje se pueden hacer nuevas latas.
· Con latas de acero: se pueden reutilizar como macetas para plantas, o fundir.
· Con tanques y bidones plásticos y de acero: juegos para parques, depósito para clasificación diferenciada de desechos o recipientes de basura.
· Con trapos y restos de ropa vieja: nuevos tejidos.
· Con huesos de animales: fertilizante y alimento para animales.
· Con neumáticos gastados: juegos de parques, vallas de seguridad y relleno de carreteras.
· Con tubos a gas de mercurio: recuperación del mercurio.
........ses
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