UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA

Laboratorio N° 1

Curso:

CERÁMICA Y REFRACTARIOS

Docente:

ING. ISMAEL PURIZAGA FERNÁNDEZ

Alumnos:

ALVA CRUZ, OSCARALVARADO SEVILLANO, RAUL.LAYZA GANOZA, VICTOR.MARTOS ESTRADA, ARTURO.MOSTACERO LLANOS, CARLOS.NEIRA ANTICONA, LUIS.SANTILLAN SANTOS, YAIR.

Trujillo - Perú 2008

I LABORATORIO DE CERAMICA Y REFRACTARIOS

1.- Prediga el número de coordinación para: a) BaO b) LiF ; , ,

, .DESARROLLO

a) Es una estructura tipo

b) Es una estructura tipo NaCl.

2.- Calcule la densidad en gramos por centímetro cúbico CsBr, que tiene una estructura tipo CsCl. , .

DESARROLLO

La celda tipo CsCl está conformada por aniones en los vértices del cubo y un catión en el centro.

En la dirección :

3.- Calcule la densidad lineal en iones por cm. en las direcciones y para a) NiO b) CdO ; los radios son: , , .

DESARROLLO

a) NiO posee una estructura tipo NaCl

Primero hallamos la longitud del parámetro “a”:

Reemplazando en la densidad lineal, tenemos:

b) CdO, posee una estructura tipo CsCl

Primero hallamos la longitud del parámetro “a”:

Reemplazando en la densidad lineal, tenemos:

4.- Calcule la relación de radios críticos para la coordinación octaédrica.

DESARROLLO

Estructura con coordinación octaédrica:

En la dirección : En el plano (100):

…. (1) …. (2)

(2) en (1):

5.- Dibuje la celda unitaria del que tiene la estructura cristalina de la fluorita ( ) si los iones ocupan las posiciones de la red FCC. ¿qué posiciones ocupan los iones de ?.

DESARROLLO

En todas las posiciones de los intersticios tetraédricos:

6.- El ZnTe tiene una estructura cristalina tipo AX sulfuro de zinc (blenda). Calcule la densidad,

radios son: y .

DESARROLLO

Hallamos el parámetro “a”:

Hallamos la densidad de la celda:

7.- Calcule la densidad del que tiene la estructura de la Perovsquita; si los radios iónicos son: , , .

DESARROLLO

Supongamos que el no se encuentra presente y determinamos el tamaño del hueco intersticial (en este caso los iones se tocarán a lo largo de una diagonal en una cara).

Del hueco intersticial será:

Este tamaño de hueco es menor que el del ión . Este ión tiene que empujar a los iones circundantes superpuestos con frecuencia cuando el ión está acomodado; los iones se tocan entre los de oxígeno y el . Su parámetro de red será:

Entonces la densidad será:

8.- Calcule el factor de empaquetamiento iónico para el que tiene la estructura de la Perovsquita. Los radios iónicos son: , , .

DESARROLLO

Hallamos el parámetro “a” de la celda cerámica:

Entonces el factor de empaquetamiento iónico será:

9.- Para la obtención de la cerámica se muele y calcina y carbonato de Bario para producir 1200 Kg. de cerámica , ¿cuánto carbonato de Bario y dióxido de Titanio se deben utilizar?.

DESARROLLO

10.- El titanato de Bario puede preparase utilizando un proceso hidrotérmico en el cual se hace reaccionar el con iones Bario en una solución alcalina con pH=10, suponiendo que en la solución acuosa existe un suministro prácticamente ilimitado de , ¿Cuánto se necesita para elaborar 10 Kg. de hidrotérmico?. Suponga que la reacción siguiente conduce a la formación del , hidrotérmico:

DESARROLLO

11.- Se tiene 2000 Kg. de Mullita ( ). ¿Cuál será el peso de en un refractario de Mullita.

DESARROLLO

Determinando el porcentaje de Sílice en la Mullita:

P.M. Mullita = 426.06024P.M. Alúmina = 101.96308

Tomando 2000 Kg. de Mullita, hallamos el peso de alúmina:

Peso de Kg.

12.- Se funde , y para obtener vidrio común de sosa-cal-sílice, los carbonatos se descomponen liberando burbujas de gas las cuales ayudan a mezclar el vidrio fundido. Para 1500 Kg. de vidrio común (16% peso , 9% peso , 75% peso de ).¿Cuál es el % y peso de , y ?.

DESARROLLO

Asumiendo 1000 Kg. de vidrio, le corresponde entonces: 160 Kg. de , 90 Kg. y 750 Kg. :

P.M. = 2(22.99) + 16.00 = 61.98P.M. = 2(22.99) + 12.00 + 3(16.00) = 105.98P.M. = 40.08 + 16.00 = 56.08P.M. = 40.08 + 12.00 + 3(16.00) = 100.08Entonces tenemos:

requerido =

requerido =

requerido = 750 Kg.

El porcentaje en peso de cada uno es:

% en peso de =

% en peso de =

% en peso de =

El peso de cada uno es:

= =

=

13.- Un tubo de cerámica de se encuentra constreñida dentro del horno que está calentado a 1000°C. ¿Cuál será el esfuerzo que se generaría en el tubo?.

DESARROLLO

(coeficiente de dilatación lineal: en tablas)

La deformación es:

El esfuerzo generado es:

14.- Se dispone de los siguientes datos de viscosidad de un vidrio de borosilicato que se usa para sellos herméticos al vacío.

T (°C) n (Poise)700 4.0x101080 1.0x10

Determine la temperatura a las cuales este vidrio sería:a) Fundido b) Recocido

DESARROLLO

Temperatura en °K:

700°C + 273 = 973°K1080°C + 273 = 1353°K

Se tiene:

Reemplazando los datos tenemos una ecuación para cada temperatura:

…….. (1)

……. (2)

De las ecuaciones (1) y (2), tenemos:

Reemplazando en la ecuación (1), hallamos la constante pre-exponencial:

El punto de recocido se define como la Temperatura en la cual poise, entonces:

El rango de fusión es donde está entre 50 y 500 poise (esto representa un material muy fluído). Luego tomando .

15.- Una cerámica está formada por 40% en mol de FeO (wustita) y 60% en mol de MgO. a) ¿Cuál es la densidad de ésta cerámica?. ¿Cuáles son los porcentajes de los iones: , , .

DESARROLLO

En el FeO y el MgO su número de coordinación es 6. Por lo tanto su estructura es tipo NaCl y su NC=6.

N°

N°

N° …… relacionado con

N° …… relacionado con

Datos de radios iónicos y pesos atómicos:

P.A.= 15.9994 P.A.= 24.3050

P.A.= 55.8450

Calculando la masa de la cerámica:

Cálculo del porcentaje de los iones:

Hallamos la arista para:

La densidad de la cerámica es:

16.- Cuando se añade a 200 gr. de . Se tiene una relación igual a 3.0 para formar un vidrio.a) Es capaz esta combinación de generar un buen vidrio.b) Cuál es la cantidad de , añadido.c) Cuál será la cantidad mínima de que se debe quitar para obtener un buen vidrio.

DESARROLLO

a) Rta : NO, Porque la relacion debe ser ≤ 2,5 y en este caso no se cumple.

b)

c)

18.- Se realiza una inspección de control de calidad a una cerámica estructural, lo cual se detectó una grieta máxima de . Calcule el esfuerzo de servicio máximo disponible con: a) SiC y b) Zirconia parcialmente estabilizada (PSZ). Si : para el silicio es y para el PSZ es .

DESARROLLO

Partiendo de , donde:

Kictenacidad de fractura en deformaciones planas: mitad de la longitud de la grieta interna: tensión aplicada

y: parámetro adimensional que depende de la geometría de la pieza y la grieta, para una placa de anchura infinita y=1; para una placa de anchura semiinfinita

SiC:

PSZ:

19.- El Titanato de hierro, FeTiO3 tiene la estructura de la ILMANITA, la cual consiste en una distribución HC de iones a) ¿Qué lugares intersticiales ocupan los iones ?¿Por qué?b) ¿Qué lugares intersticiales ocupan los iones ?¿Por qué?

c) ¿Qué fracción de todos los lugares tetraédricos estarán ocupados?d) ¿Qué fracción de todos los lugares octaédricos estarán ocupados?

DESARROLLO

20.- Calcular la densidad teórica del ZnS, sabiendo que la distancia Zn-S y el ángulo entre enlaces son 0.234 nm y 109.5°, respectivamente . Compare este valor con la densidad medida.

DESARROLLO

En la blenda los Aniones ocupan en la red las posiciones de una FCC, y los Cationes en los intersticios tetraedricos sobra las diagonales en forma alternada. Ademas se sabe que la distancia

del vértice al intersticio tetraedrico en una FCC:

21.- La densidad del MgO es de con fundamento a esta información. Calcule el parámetro de red de ésta cerámica.

DESARROLLO

Sabemos que la densidad es igual a:

Se tiene:

22.- Si se forma una solución sólida con FeO y KCl, que contiene 10% de oxígeno, 25% de Fe, 20% K y 45% Cl por peso. ¿Cuántas vacantes de catión se presentarán en 500 celdas unitarias de este material?.

DESARROLLO

N° iones Por celda 500 celdas Peso atómico g/molEn el FeO 4(500)=2000 55.845

4(500)=2000 15.9994

En el KCl 1(500)=500 39.0983

1(500)=500 35.453

El FeO tiene una estructura tipo NaClEl KCl tiene una estructura tipo CsCl

Tomando como base: 100 gr. de cerámica sólida.

O = 10 gr. , Fe = 25 gr., K = 20 gr., Cl = 45 gr.

Cálculo de la masa total de la cerámica:

Se sabe que para el FeO: N° Fe + N° vacancias = N° O ……. (1)También:

Entonces, reemplazando en (1):

Para el KCl: N° K + N° vacancias = N° Cl ……. (2)

Reemplazando en (2):

Por lo tanto, las vacancias catiónicas totales en 100 gr. es igual a:

Sabiendo que la masa total de la cerámica (500 celdas) es 2.6725x10 gr., hallamos el N° de vacancias:

5.6321x10 vacancias ----------- 100 gr.

x vacancias ----------- 2.6725x10 gr.

N° vacancias = 1505