8/6/2019 Informe-lab-2-Conformado de Polvos Version 2

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ETSEIB

Escuela Tcnica Superior de Ingeniera Industrial de Barcelona

Conformado de Polvos

cermicos

Nombres:

Arturo Jimnez Arellano

Lucas Martn Muoz

Daniel Garca Sabido

Profesor:

Emilio Jimnez Pique

8/6/2019 Informe-lab-2-Conformado de Polvos Version 2

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Barcelona, 18 de mayo de 2010

Contenido

1) Describir brevemente los mtodos de procesado.

2) Discutir qu tipo de aditivos puede tener el material utilizado para

realizar el compactado.

3) Comentar los valores experimentales obtenidos y las diferencias entre

mtodos, as como las caractersticas de las piezas obtenidas.

4) Graficar la variacin de densidad en funcin del mtodo utilizado y de la

temperatura de sinterizacin (incluyendo las piezas en verde).

5) Explicar a qu se debe la cada de la fuerza aplicada observada en la

prensa uniaxial con el tiempo.

6) Explicar a qu se debe la variacin en peso observada antes y despus

de la sinterizacin.

7) Explicar a qu se debe la variacin de densidad entre la pieza procesada

isoestticamente a 1200 C y la sumergida en agua a 2h.

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Desarrollo

1) Descripcin de los mtodos de procesado. Prensado uniaxial y

isoestctico.

Prensado uniaxial

El proceso de prensado uniaxial consiste en tres pasos;

En el primer paso se llena el molde, en la segunda se compactan los

componentes y finalmente se extrae el slido prensado.

En esta prctica se ha compactado el polvo a 200 MPa. Teniendo en cuenta

que la obertura del molde usado es de 62,6 x 12,7 mm la fuerza uniaxialque se ha aplicado durante el prensado ha sido de 160 KN

aproximadamente.

Este proceso es bastante simple y conlleva una bajo coste en los

equipamientos necesarios, con lo que es ampliamente usado en los

procesos de conformado de materiales cermicos.

Prensado isoesttico

Hay una gran variedad de opciones para realizar procesos basados en el

proceso isoestctico. En el proceso usado en el laboratorio se ha llenado elmolde de goma con el polvo cermico y se ha introducido adems un tapn

metlico. El molde se ha introducido en una cmara de presin que es

llenada con un fluido (aceite) que es presurizado hidroestticamente. En

este caso se ha realizado una presin de 2000 bar (200 MPa).

Este proceso es utilizable en un amplio rango de tamaos y formas,

obteniendo una densidad uniforme en el producto prensado y con costes

relativamente bajos. El principal inconveniente es que el control dimensional

es bajo sobretodo en formas complejas.

2) Aditivos que se pueden usar en el material para el compactado.

Los aditivos principales que se deben usar son aglutinantes para aportar la

plasticidad necesaria para el conformado. Adems da a la pieza en verde la

suficiente resistencia para aguantar el paso hasta el sinterizado donde

puede pasar por varios tipos de manipulaciones. Los aglutinantes ms

utilizados son polimricos para lograr que durante el sinterizado el

aglutinante sea eliminado sin ninguna consecuencia para la pieza.

3) y 4) Comentar los valores experimentales obtenidos y las diferencias

entre mtodos, as como las caractersticas de las piezas obtenidas. Graficar

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la variacin de densidad en funcin del mtodo utilizado y de la

temperatura de sinterizacin (incluyendo las piezas en verde).

La diferencia principal entre el compactado isosttico y el compactado

uniaxial es el estado de carga del polvo: en el primero hay un estado

hidrosttico puro y homogneo, mientras que en la segunda hay un estado

hidroesttico sumado a un estado uniaxial, y no es homogneo debido a

rozamientos con las paredes del molde. Debido a esto, con el prensado

isoesttico se alcanzan piezas de mayor calidad, con densidad ms

uniforme. Adems, se pueden conseguir formas ms complejas.

Se calcularon las densidades a partir de la medicin de las masas de las

piezas en aire y sumergidas en agua. Los datos medidos, as como los

valores calculados se presentan a continuacin:

Tipo decompactacin

T desintarizacin

[C]

masa enaire [g]

masa enagua [g]

densidad[g/cm3]

isoesttica

verde 16,69 11,75 3,38

1200 10,67 8,4 4,70

1300 11,8 9,76 5,78

1450 14,74 12,31 6,07

uniaxial

verde 6,74 4,64 3,21

1200 14,35 11,21 4,57

1300 15,41 12,79 5,881450 13,69 11,43 6,06

isoesttica1200 con 2h en

agua13,58 10,6 4,56

El siguiente grfico ilustra los valores de densidades presentados

recientemente.

Se puede ver que la densidad al comprimir isostticamente es mayor que enla compresin uniaxial. Este efecto es ms marcado a en las piezas en verde

y a temperaturas bajas de sinterizacin (1200 C). Este resultado es lgico,

ya que si bien las presiones de compactacin son iguales tanto para la

compresin uniaxial como para la isoesttica, solo en la compresin

isosttica esta presin llega a ser uniforme en toda la pieza. En la

compresin uniaxial puede haber zonas donde la presin fue ms baja y no

se compact tanto el polvo.

A altas temperaturas de sinterizacin, las diferencias de densidades se

vuelven menos marcadas, porque la disminucin de porosidad rige de igual

forma para piezas con cualquier mtodo de compactacin y todas tienden al

valor de densidad de la circona sin porosidad.

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5) Explicar a qu se debe la cada de la fuerza aplicada observada

en la prensa uniaxial con el tiempo.

Durante el prensado, se ajusto la mquina para someter a la muestra a 15

Tn, lo que en un rea de 795 mm2. Al inicio de la compactacin la fuerza

aplicada sobrepaso las 15 Tn despus la fuerza se redujo y se estabilizo.

Este comportamiento se debe a que en un principio el polvo de libre

movimiento y no esta bien compacto, por lo que en un principio lo que

sucede es que el punzn precompacta el polvo. Durante el prensado las

partculas se mueven para poder llenar uniformemente el volumen del

molde.

6) Explicar a qu se debe la variacin en peso observada antes y

despus de la sinterizacin.

Tipo Peso inicial (g) Peso sinterizada

(g)

Peso (g)

Uniaxial 13,97 13,49 0.48

Isoesttica 13,19 12,73 0.46

De acuerdo a los datos, vemos que hay una disminucin de masa de cerca

del 3.4 % despus de sinterizada.

La prdida de peso podra ser la consecuencia de varios factores:

1. Los aditivos se queman durante el carburizado.

2. Perdida de aire. Al parecer esta reduccin de peso se debe que el aire

que estaba atrapado antes del sinterizado sale de la muestra.

3. Perdida de oxgeno. Sabemos que las cermicas son muy

susceptibles a la presin parcial de oxgeno, por lo que puede haber

una ganancia o prdida de oxgeno.

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7) Explicar a qu se debe la variacin de densidad entre la pieza

procesada isoestticamente a 1200 C y la sumergida en agua a 2h.

(g/cm3)

Isosttica a 1200 C 4,7

Isosttica a 1200 C sumergida en

agua 2 h

4, 56

La 3Y-TZP, Zircona Policristalina Tetragonal con un contenido del 3 % de Ytria producida mediante prensado isotctico puede producir el

hinchamiento de la pieza debido a la presencia de agua en los poros

existentes en el material. El agua se introducira en los poros creando

presiones internas que expandira ligeramente la pieza produciendo una

leve disminucin de su densidad.

Bibliografa

S. P. Badwal,M. J. Bannister,R. H. J. Hannink, Science and Technology ofZirconia