Carrera : Ingeniería en Materiales SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Materiales Cerámicos Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAJ-1015 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la capacidad para explicar fenómenos involucrados en el procesamiento de materiales cerámicos, estudiando la estructura y microestructura para explicar las propiedades de los materiales y poder establecer las condiciones óptimas de procesamiento. Para integrarla se ha hecho un análisis del campo de los materiales, identificando los temas de la estructura cristalina, materias primas, procesos de elaboración y propiedades mecánicas; las cuales forman parte importante en la formación del ingeniero. Esta asignatura esta directamente vinculada con otras materias tales como materiales avanzados y materiales compuestos. El contenido de esta asignatura se aplica en el estudio de la caracterización, procesamiento y propiedades de los materiales cerámicos. Intención didáctica. Se organiza el temario, en siete unidades, agrupando los contenidos conceptuales de la asignatura en las dos primeras unidades; las siguientes tres asignaturas contemplan el procesamiento de los diferentes materiales cerámicos, incluyendo a los vidrios y refractarios; la sexta unidad aborda el tema de las propiedades de los productos. Por último se incluye la séptima unidad donde se estudian los cerámicos avanzados donde se aplican los conceptos abordados en las seis asignaturas anteriores. El enfoque sugerido para la asignatura, requiere de relacionar y utilizar los conceptos en problemas reales, por tal motivo es necesario realizar actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y control de variables y datos relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual compleja; por esta razón varias de las actividades prácticas se han descrito como actividades previas al tratamiento teórico de los temas, de manera que no sean una mera corroboración de lo visto previamente en clase, sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque sólo guiar a sus alumnos para que aprendan a analizar y planificar, que el profesor realice todo por ellos, sino involucrarlos en el proceso de análisis y planeación para poder llevar a cabo una experimentación. 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

2 En el transcurso de las actividades programadas es importante que el estudiante aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su futuro y en consecuencia actúe de una manera profesional.

3 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Entender y conocer los fundamentos y las técnicas de procesamiento de los materiales cerámicos, sus propiedades y aplicaciones así como el impacto ambiental. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Conocimientos básicos de la carrera. Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Capacidad de organizar y planificar. Capacidad de análisis y síntesis. Habilidades básicas de manejo de la computadora. Comunicación oral y escrita. Toma de decisiones. Solución de problemas. Competencias interpersonales Habilidades interpersonales. Capacidad crítica y autocrítica. Trabajo en equipo. Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Habilidades de investigación. Capacidad de aprender. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Habilidad para trabajar en forma autónoma. Búsqueda del logro.

4 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec del 9 al 13 de noviembre de Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Academias de Ingeniería en Materiales de los Institutos Tecnológicos de: Chihuahua, Saltillo, Morelia, Zacatecas, Irapuato, Calkiní y Tlaxco Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.

5 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Entender y conocer los fundamentos y las técnicas de procesamiento de los materiales cerámicos, sus propiedades y aplicaciones así como el impacto ambiental 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Identificar e interpretar las estructuras químicas y cristalinas Reconocer Propiedades físicas y mecánicas de los materiales Aplicar principios de reducción de tamaño Identificar e interpretar diagramas de equilibrio Interpretar los diagramas de fase Utilizar e interpretar las herramientas para la caracterización estructural y microestructural Asociar los conceptos adquiridos y relacionar con las propiedades del material en función de la microestructura y procesamiento. Identificar, los parámetros de procesamiento para la optimización del proceso. Reconocer propiedades reológicas Diseñar estructuras 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Estructura cristalina de materiales cerámicos 1.1. Introducción a la Ingeniería cerámica 1.2. Generalidades de Cristaloquímica 1.3. Características de los cristales Iónicos 1.4. Reglas de Pauling Tipos de estructuras 1.6. Estructura de la Sílice 1.7. Los Minerales Arcillosos 1.8. Determinación de densidad teórica y factores de empaquetamiento. 2 Materias primas 3 Proceso de elaboración de cerámicos 4 Proceso de elaboración de 2.1. Materias primas 2.2. Caracterización de materias primas 2.3. Técnicas de análisis 2.4. Longitud, característica y factor de área y volumen Propiedades 3.1. Extrusión 3.2. Vaciado de suspensiones 3.3. Prensado 3.4. Otros tipos de conformado 3.5. Sinterización de cerámicos 3.6. Productos cerámicos 4.1. Formación de vidrio 4.2. Tratamientos térmicos

6 vidrios y esmaltes 5 Proceso de elaboración de cerámicos refractarios 6 Propiedades de los productos cerámicos 7 Cerámicos avanzados 4.3. Conformado 4.4. Tipos de vidrio 4.5. Propiedades 4.6. Esmaltes y engobes 5.1. Materias primas 5.2. Manufactura 5.3. Productos 5.4. Usos y aplicaciones 6.1. Propiedades físicas 6.2. Propiedades químicas 6.3. Propiedades mecánicas 7.1. Materias Primas 7.2. Cerámicos Estructurales 7.3. Cerámicos Funcionales 7.4. Cerámicos con Propiedades Químicas 7.5. Cerámicos con Propiedades Ópticas

7 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Aplicar la creatividad y el espíritu emprendedor para el desarrollo de productos y procesos

8 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Exámenes escritos. Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades. Reportes de investigaciones. Reportes de prácticas de laboratorio. Portafolio de evidencias. Ensayos de asistencia a seminarios o congresos UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Estructura Cristalina de Materiales Cerámicos Usar los principios de la cristaloquímica para identificar cristales iónicos y estructuras cristalinas y calcular la densidad teórica y el factor de empaquetamiento. Elaborar modelos para las diferentes estructuras cristalinas. Investigar los diferentes tipos de estructuras cristalinas que presentan los materiales cerámicos. Investigar la relación entre los diferentes conceptos de estructura, propiedades y procesamiento. Investigar los diferentes polimorfos que presentan algunos materiales cerámicos. Investigar los diferentes tipos de arcillas y su aplicación en la industria Unidad 2: Materias primas Conocer la importancia de la caracterización adecuada de las materias primas para el procesamiento de materiales cerámicos Analizar por medio de microscopía óptica la forma y tamaño de algunas materias primas Preparación de materias primas para la elaboración de pastas cerámicas Determinar el tamaño de partícula por medio de tamices Investigar la relación del tamaño de partícula con las propiedades de los materiales cerámicos Unidad 3: Proceso de elaboración de cerámicos Conocer los diferentes métodos de Preparar suspensiones cerámicas elaboración de materiales Investigar el efecto de la temperatura de

9 cerámicos y la importancia del sinterizado. sinterizado sobre la densidad de los materiales cerámicos Unidad 4: Proceso de elaboración de vidrio y esmaltes Conocer los diferentes procesos Preparar vidrios con diferente composición para la elaboración de vidrios y química esmaltes e identificar los Analizar el efecto de la composición diferentes tipos de vidrio. química de los vidrios sobre la propiedades Unidad 5: Proceso de elaboración de cerámicos refractarios Entender los fundamentos para la Elaborar cerámicos refractarios elaboración de cerámicos Analizar las diferentes fases por medio de refractarios y conocer las materias difracción de rayos X primas utilizadas. Unidad 6: Propiedades de los productos cerámicos Entender los fundamentos para la Realizar ensayos mecánicos para evaluar evaluación de propiedades de los las propiedades de los materiales materiales cerámicos. cerámicos Identificar las aplicaciones de los diferentes materiales cerámicos. Unidad 7: Cerámicos avanzados Conocer los diferentes materiales avanzados, sus propiedades y los diferentes procesos para su elaboración. Analizar los diferentes sistemas de cerámicos avanzados Identificar las rutas de procesamiento de los materiales cerámicos avanzados Analizar el efecto de las diferentes fases presentes en cerámicos avanzados

10 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Askeland, R. Donald y Phulé, Pradeep P. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Thomson, cuarta edición. 2. James F. Shackelford. Ciencia de Materiales para Ingenieros. Prentice Hall,tercera edición. 3. Fuentes, Luis y Reyes, Manuel. Mineralogía Analítica. Dirección de Extensión y Difusión Cultural Textos Universitarios. Universidad Autónoma de Chihuahua Groover, M. P. Fundamentos de Manufactura Moderna. Prentice Hall. 5. Kingery, W. D. Introduction to Ceramics. USA: John Wiley & Sons, Inc., Amorós, J. L., Barba, A. & Beltrán, B. Estructuras Cristalinas de los Silicatos y Óxidos de las Materias Primas Cerámicas. España: Instituto de Tecnología Cerámica, Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas, Soltai, T & Stout, J. H. Mineralogy, Concepts and Principles. Mineapolis: Burgess Publishing Company, Vlack, Van L. Propiedades de los Materiales Cerámicos. Brasil: Blucher Ltda. & Editora da Universidade de São Paulo, Reed, J. S. Introduction to the Principles of Ceramic Processing. USA: John Wiley & Sons, Singer F. Enciclopedia de la Química Industrial. España: URMO, Chiang, Y. M, Birnie, D. P. & Kingery, W. D. Physical Ceramics, Principles for Ceramics Science and Engineering. USA: John Wiley & Sons, Inc., Rahaman, M. N. Ceramic Processing. USA: Taylor & Fracis Group, Mangonon, P. L. Ciencia de Materiales, Selección y Diseño. México: Prentice Hall, PRÁCTICAS PROPUESTAS Construir prototipos de las celdas unitarias de modelos de materiales cerámicos conocidos Caracterizar estructuras cerámicas (distribución granulométrica, forma de grano, área superficial, densidad, etc.) Fabricar prototipos de cuerpos de loza y grees incluyendo caracterización, cocción y decorado. Fabricar productos de vidrios de sosa cal, bórax y otros materiales. Fabricar un refractario a partir de arcillas silico-aluminosas y medir su resistencia mecánica. Determinar propiedades mecánicas, físicas o químicas de diversos productos cerámicos.