C14 Tehnologii Ceramice.ppt

download C14 Tehnologii Ceramice.ppt

of 45

Transcript of C14 Tehnologii Ceramice.ppt

  • C14 Curs MMDP 1

    TEHNOLOGII DE FABRICAIEA PRODUSELOR CERAMICE

  • Curs MMDP 2C14

    Tehnologia ceramicii Procesul tehnologic de fabricare a produselor ceramice cuprinde

    succesiunea operatiilor i proceselor, (tabelul 1), prin care una sau mai multe materii prime convenabil alese, sunt preparate, fasonate, supuse tratamentului termic i finisate corespunztor caracteristicilor i cerintelor de utilizare ale produselor respective.

    Materialul preparat poart numele de mas ceramic. Pn la efectuarea tratamentului termic masa ceramic se numete crud iar apoi poart denumirea de mas ars.

    Masele ceramice sunt amestecuri complexe de diversi oxizi, acizialcalini, sau alcalino-pamantosi, oxizi de metale grele, carburi . Combinarea in diverse proportii a acestor componente dau calitatilemasei argiloasesi deci domeniul ei de utilizare.Tehnologia cuprindeurmatoarele etape prezentate in tabelul urmator.

  • Curs MMDP 3C14

    Faze i operatii tehnologice

  • Prepararea masei ceramice Masa ceramic const dintr-un amestec omogen de

    materii prime caracterizate printr-o anumit compoziie chimic, granulometric i un anumit coninut de umiditate.

    Procedee de preparare: procedeul uscat procedeul umed

    Masele ceramice se numesc: -barbotine (umiditate 30-50%) Turnare -paste (umiditate 18-24%) Fasonare plastica (extrudare) -pulberi (umiditate

  • Procedeul uscat Prepararea prin procedeul uscat cuprinde operatiile de mruntire a

    componentilor degresanti i plastici, dozare, umezire i omogenizare n malaxoare, macerare. In comparatie cu procedeul umed, procedeul uscat necesit mai putine operatii, utilaj mai putin complex i spatiu mai mic. Controlul dozrii materialelor este n schimb mai deficitar deoarece umiditatea natural a acestora (3-13%) este un parametru mai greu de controlat.

    Avantaje preul de cost redus, numrul mic de utilaje, spaiul restrns, numrul mic de operaii;

    Dezavantaje mas cu omogenitate mai redus; umiditatea natural a materiilor (3-13%) este un parametru greu de controlat;

    Aplicaii materialele ceramice brute cu textur grosier (ceramic de construcii,

    refractare, porelanuri tehnice);

  • Procedeu umed Prepararea prin procedeul umed cuprinde urmtoarele

    operatii: mruntirea umed a componentilor neplastici si a componentilor

    plastici, dozarea, omogenizarea umed, separarea fazei lichide prin filtrare sau atomizare, macerare, dezaerare.

    Procedeul umed asigur controlul riguros al dozrii componentilor, o finete mai bun i o mai bun omogenizare a materiilor prime.

    Metode de realizare (a) amestecarea mpreun a materiilor prime plastice i

    degresante (b) amestecarea separat a materiilor prime plastice i

    degresante;

  • la nceput se introduc la mcinat degresanii cu o cantitate (5-20% din cantitatea de degresant) de material argilos pentru meninerea n suspensie a degresantului mcinat;

    atunci cnd degresantul este mcinat se introduce restul de material plastic i moara mai funcioneaz cteva ore pentru "desfacerea" acestuia;

    principalul dezavantaj al acestui procedeu este legat de utilizarea neraional a morii, folosit ca delaior;

    avantajele procedeului constau n calitatea mai bun a barbotinelor, numrul mic de utilaje i relativa simplitate

    (a) amestecarea mpreun a materiilor prime plastice i degresante

  • se aplic n special la obinerea ceramicilor fine; este un procedeu complex, relativ costisitor, dar flexibil,

    putndu-se adapta n funcie de specificul fasonrii; prin acest procedeu se pot obine barbotine de calitate

    (sub aspectul puritii i al fineii de mcinare); n cazul caolinurilor de calitate se poate elimina

    deshidratarea suspensiilor cu ajutorul filtrelor pres, fr a afecta calitatea barbotinelor de turnare; aceste utilaje periodice sunt greoaie i presupun un volum mare de munc;

    utilizarea filtrelor pres poate fi evitat prin atomizare, cnd se obin pulberi de presare. Masa granular de atomizare poate fi ns desfcut n ap i pregtit pentru turnare.

    (b) amestecarea separat a materiilor prime plastice i degresante

  • Curs MMDP 12C14

    Masa preparat se consider omogen atunci cnd, fiind constituit dintr-un sistem dispers, fazele devin uniform dispersate (amestecate omogen) sau exist o granulatie omogen.

    In faza de preparare pot s intervin operatii de prelucrare a materiilor prime (mruntire, clasare, sortare, etc.) de omogenizare a componentilor precum i de formare a unor mase fluide (barbotine), plastice (paste) sau granulare. Scopul final al tuturor acestor operatii este obtinerea sistemului dispers omogen, cu granulatie controlat, care s corespund att conditiilor reologice impuse de procedeul de fasonare ct i desfurrii proceselor fizico-chimice care, n urma tratamentului, determin compozitia fazal i formarea texturii corpului ceramic.

    Materiile prime, naturale sau de sintez, se aduc la gradul de dispersie necesar prin operatii de mruntire. In urma procesului de mruntire rezult, de obicei, granule care difer ca form i dimensiune Pentru produsele cu textur fin granulele trebuie s fie de ordinul 0,01 mm sau mai mici. Mruntirea se poate realiza uscat sau umed.

    Dup proportia de faz solid sistemele disperse se pot clasifica astfel: - sisteme cu comportare fluid (barbotine); - sisteme cu comportare plastic (paste); - mase granulare.

  • Curs MMDP 13C14

    Maruntirea sau macinarea

    Prelucrarea materiilor prime:Mruntire, clasare, sortare, omogenizareFormare mase fluide, plastice sau granulare

    Pentru maruntirea materialelor se utilizeazaconcasoare sau mori, in functie de granulatiace se doreste sa se obtina

  • Curs TMN 14C12

  • Curs MMDP 15C14

    Omogenizarea materialelor ceramice

    a. Utilaje pentru materiale solide Utilajele cele mai des folosite pentru omogenizarea,

    umezirea maselor ceramice in stare uscata sau sub forma de pasta, sunt malaxoarele

    Clasificare: Malaxoare cu palete

    cu un arbore cu doi arbori

    Malaxoare cu miscare cicloida cu un arbore cu doi arbori

  • Curs MMDP 16C14

    Malaxor cu palete

  • Curs TMN 17C14

    Malaxor cicloidal

  • Curs MMDP 18C14

  • Curs MMDP 19C14

    b. Utilaje pentru materiale fluidePentru masele ceramice cu continut ridicat de apa, omogenizarea se face cu amestecatoare (agitatoare)

  • Curs MMDP 20C14

  • Curs MMDP 21C14

    FASONAREA MATERIALELOR CERAMICE Prin fasonare se ntelege operatia prin care materialul ceramic capt forma

    final sau semifinal. Procedeul de fasonare se alege n functie de starea sau consistenta maselor fluide, plastice sau solide granulare i de forma pe care trebuie s o capete piesa n final. Stabilirea formei constructive a piesei din ceramic trebuie fcut n strns corelatie cu rolul su functional, cu modul de solicitare n exploatare i conditiile generale de lucru.

    Procedeele de fasonare ce utilizeaz sisteme fluide (barbotine) implic forme n care masa fluid curge sub propria greutate sau este injectat sub presiune. Procedeele care au n vedere comportarea plastic a materialului folosesc fenomenul de curgere a materialului care intervine atunci cnd forta aplicat depete valoarea de prag a sistemului. Procedeele care utilizeaz solidele granulare au n vedere procesele ce se desfoar la nivelul fiecrei granule n interior i la suprafat.

    Fat de procedeele conventionale de fasonare la rece, exist tehnici i utilaje pentru fasonarea la cald. Astfel, temperaturile de fasonare ajung la limita de comportare plastic a solidului nsui, neprelucrat cu liant. Exist n prezent procedee i tehnici care fac posibil obtinerea oricrei forme din aproape orice material. Fasonarea se poate rezuma la un material bine pregtit i un utilaj ales n mod convenabil.

  • Curs MMDP 22C14

    Prin fasonare se realizeazasemifabricate din mase ceramice care devin produse finite dupa ardere

    Alegerea procedeuluise realizeaza in functie de umiditateamasei ceramice

  • Curs MMDP 23C14

    a. Formarea prin presare a maselor granulare

    Presarea maselor granulare este procedeul de fasonare prin care se obtin mase ceramice compacte ca urmare a deformrii granulelor sub actiunea fortelor de presare. Mrimea granulelor din care se fasoneaz aceste produse poate varia de la 0,05 m la 1 mm. Masele formate din pulberi fine sau ultrafine se granuleaz cu ajutorul liantilor.

    Formarea prin presare direct Formarea prin presare umed (crud sau verde), figura a, se caracterizeaz prin

    faptul c, amestecul ceramic de formare contine pn la 8-12% ap iar presiunea de formare variaz ntre 1 i 20 MPa.

    Dac amestecul respectiv nu depete 8% n continutul de ap presarea este direct-uscat. In acest caz, presiunea de formare n matrit trebuie s depeasc 30 MPa.

    Prin presarea direct-umed sau uscat pot fi obtinute produse cu configuratii complicate i precise dimensional i ca form geometric. Indiferent de gradul de umiditate a amestecului ceramic, datorit frecrii acestuia cu peretii cavittii matritei i de-a lungul nltimii produsului, variaz i gradul de compactare a produsului format. Astfel, dac L/D=0,45, presiunea variaz de la 60 la 100 MPa de-a lungul nltimii L n timp ce pentru 0,45

  • Curs MMDP 24C14

    Cmp izobaric n produsele ceramice formate prin presaren functie de raportul L/D - a) L/D=0,45; b) L/D=1,75

  • Etapele presarii

  • Curs MMDP 26C14

    In cazul presrii izostatice, presiunea este exercitat uniform pe toate directiile i poate ajunge pn la 400 MPa. Dup umplerea camerei hidrostatice cu fluidul de lucru, pistonul ncepe s coboare determinnd ca forma flexibil s acioneze cu o presiune uniform asupra pulberii ceramice. In aceste conditii amestecul ceramic va rezulta cu o compactare uniform dup toate direciile. Sub actiunea presiunii compactarea granulelor de material ceramic este nsotit i de o autodifuzie intergranular (semi-sinterizare).

    Formarea prin presare izostatic-o distribuie uniform a presiunii se poate realiza prin presare izostatic-presiunea este uniform distribuit prin intermediul unui fluid, astfel nct atunci cnd se plaseaz o pulbere ntr-un container flexibil, aceasta va fi supus unei presri uniforme pe toat suprafaa ei;

  • Curs MMDP 28C14

    b. Formarea prin extrudare Extrudarea este procedeul de fasonare prin care masa ceramic preparat

    este fortat s treac printr-o filier avnd dimensiunile i forma sectiunii transversale a piesei.

    Se pot fasona prin extrudare mase ceramice cu comportare plastic. Curgerea materialului n timpul extrudrii se realizeaz sub actiunea fortei aplicate n corelatie cu tensiunea superficial a masei preparate. Conicitatea filierei se alege n functie de plasticitatea masei ceramice.

    Extrudarea cu piston imprim deformri ca urmare a vitezei de naintare mai mari a materialului n zona central i apropiat pistonului fat de zona periferic. Acest lucru se datorete frecrilor dintre material i filier i a transmiterii deformatiei prin material din aproape n aproape. Se constat aparitia unei destinderi a materialului n zona de ieire din filier, destindere care trebuie luat n calcul la stabilirea dimensiunii sectiunii transversale a piesei ceramice obtinute.

  • Curs MMDP 29C14

    Extrudarea maselor ceramice plasticea) plasticitate redus b) plasticitate bun

  • Produse extrudate

  • Curs MMDP 31C14

    Extrudarea cu melc

  • Curs MMDP 32C14

  • Curs MMDP 33C14

  • Curs MMDP 34C14

  • Curs MMDP 35C14

    c. Formarea prin matritare Acest tip de formare, implic

    formarea corpului ceramic cu ajutorul unui ablon.

    Amestecul ceramic este aezat pe o mas rotitoare confectionat dintr-un material absorbant (gips). Acest procedeu este utilizat ca tehnic de formare n fabricile mai mici obtinndu-se produse axial-simetrice.

  • Curs MMDP 36C14

    d. Formarea prin injectie n matritAcest tip de formare este folosit pe scar industrial n cazul fabricrii produselor din materiale ceramice fine, cu dimensiuni reduse i configuratii complexe. Amestecul este constituit din pulbere cermic cu un continut de pn la 20% liant organic termo- sau duroplastic. In scopul evitrii obtinerii unor produse cu defecte, liantul de legtur, dup injectare n cavitatea matritei, va fi supus unei nclziri la temperaturi mari i cu vitez extrem de redus.

    Formarea const n dozarea prealabil a amestecului ceramic i injectia acestuia n matrit. In aceste conditii se produce o super-comprimare a amestecului ceramic n cavitatea de formare pentru asigurarea unei bune compactri i completri cu topitur ceramic a golului de fomare rezultat n urma solidificrii amestecului. In acest fel se obtine un produs super-compactat cu foarte bune proprietti mecanice.

  • Curs MMDP 37C14

    e. Turnarea din barbotin Barbotinele de turnare reprezint

    suspensii de solide polidisperse n medii lichide.

    Turnarea din barbotin este procedeul prin care faza solid din barbotin se consolideaz ntr-o mas unitar n timp ce faza lichid se ndeprteaz partial prin intermediul formei poroase absorbante. Indeprtarea lichidului este un proces dinamic, provocat de fortele motrice capilare i controlat de masa de material depus.

    Fasonarea prin turnare din barbotin const n: pregtirea barbotinei i a formei, turnarea barbotinei n form, formarea peretelui, ndeprtarea excesului de barbotin, uscarea desprinderea piesei fasonate.

  • Etape

  • Curs MMDP 39C14

    f.Turnarea n forme Acest tip de formare const n topirea

    amestecului ceramic la temperaturi t>2000 C urmat de turnarea n forme refractare.

    Acest procedeu este folosit de obicei la ceramicele oxidice care, la temperaturi ridicate nu intr n contact cu oxigenul din atmosfer. In cazul celorlalte categorii de materiale ceramice, fabricarea produselor se realizeaz prin turnarea topiturii din material termoplastic combinat cu pulbere ceramic n suspensie avnd concentratia volumic de pn la 90%. In aceast stare topitura devine vscoas ceea ce face ca umplerea cavittii de formare s devin dificil. Pentru a evita acest incovenient cavitatea formei trebuie prevzut cu raze de racordare n zona trecerii de la o sectiune la alta. In cazul presrii la cald i fixrii gruntilor cu ajutorul unui liant de legtur, se reduce considerabil volumul initial al amestecului de formare. Astfel, n cazul formrii pieselor din ceramic oxidic comprimarea poate varia ntre 20 i 30%.

  • Curs MMDP 41C 14

    g.Turnarea barbotinei n foi

    Turnarea barbotinei n foi este un proces prin care se obtin plci ceramice subtiri, figura h.

    O foaie subtire se obtine prin ntinderea continu a barbotinei cu ajutorul unei lame pe o foaie suport. Dup uscarea barbotinei se obtine o foaie crud din care se decupeaz piese de forma dorit. Avantajul procedeului const n realizarea de plci cu dou dimensiuni mari i cea de-a treia foarte mic, grosimea fiind controlat i avnd valorile ntre 0,05 i 1,2 mm.

  • Curs MMDP 43C14

    3. USCAREA Uscarea este un proces fizic conditionat de fenomene termice i de

    difuzie. Procesul de uscare se bazeaz pe trecerea n faz gazoas a umidittii, aflat n materiale ca faz lichid. Procesul este posibil atunci cnd presiunea vaporilor la suprafata corpului este mai mare dect presiunea partial a acestora n mediul gazos nconjurtor. Uscarea produselor ceramice se realizeaz dup fasonarea acestora, pentru ndeprtarea apei introdus initial n masa ceramic, proces care i va conferi caracteristicile necesare unei bune fasonri. Eliminarea apei se poate face fie prin aplicarea unui cmp termic fie a unuia electric sau mecanic. Ca rezultat are loc schimbul de energie termic i de substant ntre corpul ceramic i agentul de uscare.

    Metode de uscare Uscarea cu aer cald (gaze calde) Uscarea cu vapori supranclziti Uscarea cu radiatii infraroii Uscarea prin nclzire electric .

  • Curs MMDP 44C14

    4. ARDEREA Scopul tehnologiei ceramicii este producerea unui corp

    solid. Legatura ceramica si soliditatea se obtine abiadupa arderea in cuptoare de sinterizare, la temperaturiinalte. Prin sinterizare si ardere ia nastere materiaceramica. Prin pasii din procesul de ardere, ia nastere o solidificare si o etansare a produselor, care se micsoreaza si devin mai putin poroase. Timpul de arderesi atmosfera influenteaza proprietatile ceramicii tehnice. Forma pieselor este de asemenea influentata de reteta: piesele mai subtiri si mai dese, se ard mai repede decatpiesele mari si mai groase.

    Arderea reprezint tratamentul termic aplicat produselor ceramice prin care se realizeaz transformrile fizico-chimice ce conduc la consolidarea produselor n forma n care au fost fasonate. Totodat, produselor obtinute li se confer caracteristicile fizico-mecanice corespunztoare scopului pentru care au fost fabricate

  • Procesul de ardere cuprinde att faza de nclzire ct i faza de rcire a produselor ceramice

    Transfomrile fizico-chimice care au loc n masa ceramic n timpul celor dou faze se pot grupa astfel:

    nclzire: procese fizice: transformri polimorfe, sublimarea unor faze

    solide, topirea unor componenti solizi i a eutecticilor, sinterizare, vitrificare;

    procese chimice: reactii n faz solid, inclusiv cu participarea fazei lichide sau gazoase;

    rcire: procese fizice: transformri polimorfe, cristalizare din faz

    lichid i solid, formarea fazei sticloase; procese chimice: reactii n faz solid, eventual reactii cu

    participarea fazei lichide sau gazoase.