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CRISTALOQUIMICA DE LAS CERMICAS
TRES FACTORES SON CRTICOS A LA HORA DEDETERMINAR LA ESTRUCTURA DE LOS
COMPUESTOS CERMICOS:
1.- BALANCE DE CARGAS PARA MANTENER LANEUTRALIDAD ELCTRICA GLOBAL(ESTEQUIOMETRA DEL CRISTAL).
LA SUMA DE LAS CARGAS POSITIVAS DEBE SERBALANCEADA POR UN NMERO IGUAL DE
CARGAS NEGATIVAS. ESTE HECHO SE REFLEJA
EN LA FORMULA QUMICA
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CRISTALOQUIMICA DE LAS CERMICAS
2.- TAMAO DE LOS DIFERENTES TOMOS (RELACIN ENTRE RPARA LOGRAR EL ESTADO DE MS BAJA ENERGA LOS CATIONES Y LOS A
A MAXIMIZAR LAS ATRACCIONES Y MINIMIZAR LAS REPULSIOLAS ATRACCIONES SE MAXIMIZAN CUANDO CADA CATIN DE RODEA DE T
COMO SEA POSSIBLE Y VICIVERSA
CADA CATIN PREFIERE TENER A SU ALREDEDOR TANTOS ANIONES VECINOS MAS PRXIMO
LOS ANIONES TAMBIN DESEAN UN NMERO MXIMO DE CATIONES COMO VECINOS M
LAS ESTRUCTURAS ESTABLES DE LOS MATERIALES SE FORMAN CUANDO LOS
RODEAN UN CATIN ESTN TODOS EN CONTACTO CON EL CATI
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INESTABLE ESTABLECRTICAMENTE
ESTABLE
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CRISTALOQUIMICA DE LAS CERMICAS
3.- GRADO DE DIRECCIONALIDAD DE LOS ENLACES (TENDENCIAPOR LA COVALENCIA Y LA COORDINACIN TETRDRICA).
ESTA COMBINACIN TIENDE A AUMENTAR EL CARCTER COVALENTEDEL ENLACE Y A FAVORECER LA COORDINACIN TETRDRICA
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DENSIDAD
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MgO SiC
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Caractersticas deseadas del polvo para cermicas avanzadas
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LAS CARACTERSTICAS DEL POLVOTIENEN UNA INFLUENCIA
SIGNIFICATIVA EN LA HOMOGENEIDADDEL EMPAQUETAMIENTO DE LA PIEZA
CONSOLIDADAYEN LA EVOLUCIN
MICROESTRUCTURAL Y PROPIEDADESDE LA PIEZA SINTERIZADA
OBJETIVOS:DENSIDAD ALTA (MINIMA POROTAMAO DE GRANO PEQUEOMICROESTRUCTURA UNIFORM
Caracterstica del polvo Propiedad deseadaTamao de partcula Fina ( < 1 m)Superficie especfica GrandeDistribucin granulomtrica Estrecha o monodispersaForma de la partcula Esfrica o equixicaRugosidad de la superficie BajaEstado de aglomeracin No aglomerados o aglomerados dbiles
Composicin qumica Pureza altaComposicin de fases Simple faseAptitud a la sinterizacin Buena
Caractersticas deseadas del polvo para cermicas avanzadas
PEQUEAS VARIACIONES EN LACOMPOSICIN QUMICA Y EN LA PUREZA
DEL POLVO PUEDE PROVOCARSIGNIFICATIVOS EFECTOS EN LA
MICROESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE
LOS MATERIALES CERMICOS AVANZADOS
EL TAMAO DE PARTICULA TIENE UN GRANEN LA SINTERIZACION. LA VELOCIDAD A L
DENSIFICA UN CUERPO AUMENTADE FORMA SIGNIFICATIVA AL DISMINUIR EL T
DE PARTICULA. UN TAMAO DE PARTICULA PERMITE ALCANZAR DENSIDADES ALTAS
PERIODO DE TIEMPO RAZONABLE, POR EJUNAS POCAS HORAS
PROCESOS DE CONFORMADO
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DEBIDO A SU ALTO PUNTO DE FUSIN LOS COMPONENTES CERMICOS NOFABRICADOS, EN GENERAL, POR LOS PROCESOS EN FASE LIQUIDA QUE SE U
METALES Y POLMEROSSU FABRICACIN SE EFECTA POR SINTERIZADO, ENTRANDO DE ESTE MODO EN
METALURGIA DE POLVOS
PROCESOS DE CONFORMADO
PROCESOS DE CONFORMADO
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ESTADOS DE CONSISTENCIA CUANDO SE MEZCLAN UN LIQUO UNA SOLUCIN DEL LIGANTE CON EL POLVO CERAMICO:
1.- POLVO SECO (NO LIQUIDO)2.- AGLOMERADOS (GRANULOS)
3.- CUERPO PLASTICO4.- PASTA5.- PAPILLA (SLURRY)
PROCESOS DE CONFORMADO
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CERAMICAS / CONFORMADO PRENSADO
MODOS DE COMPACTACIN: DEFINIDOS EN TERMINOS DEL MOVIMIENDEL MOLDE Y DE LOS PUNZONES
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CERAMICAS / CONFORMADO PRENSADO
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EFECTO DE LA FRICCIN DEL POLVO CON LA PARED DE LA MA
P
P - dP
0, 0P P P P Pf fPA P dP A F PA PA dPA F P A dP
Por otraparte:
nf
n rL
r
F F
F A P
PK
P
m
P A dP m
dPK
P m
Fn = Fuerza normalPr = Presin radial = Coeficiente de friccin entrela masa de polvo y la matriz
AL = rea lateral
A Simple Modelfor Density Variations.
The simplest model for density
variationsin a cylindricalspecimen assumesthat the axial
pressure is constant in a plane
perpendicular to the compaction
axis.
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EFECTO DE LA FRICCIN DEL POLVO CON LA PARED DE LA MA
L
P
AdPK
P Am P
L
A
A
Luego:
24
4
dP Ddx K K dx
P DD
mm
L
P
AdPK
P A
Ajuste de signos
m
Integrando:
0 00
4 4
,
P x
P
dP K K P
dx Ln xPP D D
m m
4
0
xK
DP P em
This model is of course far too simple and shows that tdensity variations along the mold height depend mainlpressure coefficient Kand on the wall friction coefficie
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4
0
xK
DP P em
4
0
xKD
Pe
P
m
x
x/D
DEFINICIN SINTERIZACIN
http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?cache=cache&media=sintering.pnghttp://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?cache=cache&media=sintering.png -
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PROCESO DE TRATAMIENTO TRMICO (COCCIN), CON O SINAPLICACIN DE PRESIN EXTERNA, DE UN SISTEMA DE
PARTCULAS INDIVIDUALES (METLICAS, CERMICAS,POLIMRICAS) EN FORMA DE UN AGLOMERADO POROSO
COMPACTO (PREVIAMENTE CONFORMADO), CON EL OBJETO DE
TRANSFORMARLO EN UN PRODUCTO DENSO (REDUCCIN DE LAPOROSIDAD, TENDIENDO A QUE SEA NULA) Y RESISTENTE, COMORESULTADO DE LA UNIN ENTRE LAS PARTCULAS ADYACENTES
DEL MATERIAL.
LA UNIN DE LAS PARTCULAS SE PRODUCE A UNA TEMPERATURA SUFICIENESTIMULAR LOS MECANISMOS DE TRANSPORTE DE MASA
Obtener la densidad terica a la menor temperatura posible
LA PRINCIPAL DIFICULTAD PARA LOGRAR DICHO FIN RADICA EN EL HECHO DE QUEIMPLICADA EN LA SINTERIZACIN ES BASTANTE PEQUEA, USUALMENTE DEL ORD
J/mol, COMPARADOS CON UNOS POCOS KJ/mol DE LAS REACCIONES QCONSECUENTEMENTE, A MENOS QUE LA SINTERIZACIN SE LLEVE CON SUM
COMPLICADO LOGRAR UNA DENSIFICACIN TOTAL
DEFINICIN SINTERIZACIN
NO SE LLEGA A LA FUSIN TOTAL
2.- En un punto cualquiera, N, de la superficie de las esferas:
http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?cache=cache&media=sintering.pnghttp://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?cache=cache&media=sintering.png -
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2. En un punto cualquiera, N, de la superficie de las esferas:
1 2r r r
21
m
V
VCLn
C RTr
V
C
C
,
Se concluye que
en la proximidadde las
superficiesconvexas (r>0)
existe undefecto, C
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,
ESTE EXCESO O DEFECTO DEVACANTES, NO ES MS QUE
UN GRADIENTE DECONCENTRACIONES QUE
ORIGINAR UN FLUJO(DIFUSIN) DE VACANTES
DESDE LAS SUPERFICIESCNCAVAS (CUELLOS) A LASCONVEXAS (PARTCULAS),
A LO QUECORRESPONDER UNFLUJO DE TOMOS, DEMATERIA, EN SENTIDO
CONTRARIO (DIFUSIN ENESTADO SLIDO)
EN LA PROXIMIDAD DE LAS SUPERFICIES CONVEXAS (r>0) EXUN DEFECTO, C
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1
0 1 2
1 1m
P VLn
P RT r r
r1 = xr2 =
EN LAS PROXIMIDADES DE UNA SUPERFICIE CNCAVAHAY UNA DISMINUCIN DE LA PRESIN DE VAPOR C
RESPECTO AL DE UNA SUPERFICIE PLANA
2 E t l i N d l fi i d l f
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2.- En un punto cualquiera, N, de la superficie de las esferas:
1 2r r r
0
21 m
VPLn
P RTr
0
22 am VVP
P RTr kTr
,
,
LA ECUACIN NOS INDICA QUEEN LAS PROXIMIDADES DE UNA
SUPERFICIE CONVEXA (r > 0)
HAY UN AUMENTO DE LAPRESIN DE VAPOR CON
RESPECTO AL DE UNASUPERFICIE PLANA.
0 0
22
1 1
am
CURVA
VV
P P PRTr kTr
SE CONCLUYE QUE:
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,
,
EN LAS PROXIMIDADES DE UNA SUPERFICIE CNCAVA (r < 0) HAY UNDISMINUCIN DE LA PRESIN DE VAPOR CON RESPECTO AL DE UNA
SUPERFICIE PLANAEN LAS PROXIMIDADES DE UNA SUPERFICIE CONVEXA (r > 0) HAY U
AUMENTO DE LA PRESIN DE VAPOR CON RESPECTO AL DE UNASUPERFICIE PLANA
SER, POR TANTO, ENERGTICAMENTE FAVORABLE LA TRANSFERENCDEL VAPOR DE LAS SUPERFICIES CONVEXAS (PARTCULAS) A LASCNCAVAS (CUELLO) EN LOS PROCESOS DE SINTERIZACIN.
LUEGO, PUEDEESTABLECERSE UN
TRANSPORTE DE MATERIA, ENFASE VAPOR, DESDE LASSUPERFICIES CONVEXASHACIA LAS CNCAVAS,
MECANISMO QUE SECONOCE CON EL NOMBRE
EVAPORACIN-CONDENSACIN.
22 VV
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221 1
am
CURVA
VVP P P
RTr kTr
PORO PARTICULA
IT IS ONLY BY APPRECIATING THIS FACT THATSINTERING CAN BE UNDERSTOOD.
SUPERFICIE PLANA
Given that the radius of cu rvature is defined as negative for a consurfaceand posi t ive for a convex su rface, the pressure of a matabove a convex surface is greater than that over a flat surface, a
viceversa for a concave surface. For example, the pressure inside of radius r would be less than that over a flat surface
Conversely, the pressure surrounding a collection of fine spherparticles will be greater than that over a flat surface
To recap: curvature causes local
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The thermodynamic driving force for sintering is the reduction in total inteenergy
However, in terms of kinetics, the differences in bulk pressure, vapour prand vacancy concentration due to interface curvature induce material tra
Note that the three kinds of thermodynamic phenomena (differences in pressure, vapour pressure and vacancy concentration) occur simultaneou
independently.
To recap: curvature causes localvariations in partial pressures and
vacancy concentrations.The partial pressure over a convexsurface is higher than that over a
concave surface.Conversely, the vacancy
concentration under a concavesurface is higher than that below a
convex surface.In either case, a driving force is
present that induces the atoms tomigrate from the convex to the
concave areas, i.e., from themountaintops to the valleys.