ceramicos y vidrios

7/24/2019 Ceramicos y Vidrios

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RESUMEN


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CERMICOS Y VIDRIOS

CERMICOS:La cermica tcnica que se ocupa de la utilizacin de materiales cermicos enaplicaciones tecnolgicas. La palabra cermica deriva del vocablo griego keramos,

cuya raz snscrita significa "quemar". n su sentido estricto se refiere ala arcilla en todas sus formas. !in embargo, el uso moderno de este trminoincluye a todos los materiales inorgnicos no metlicos que se forman por accindel calor.

asta los a#os $%&', los materiales ms importantes fueronlas arcillas tradicionales, utilizadas en alfarera, ladrillos, azule(os y similares, (untocon el cemento y el vidrio. l arte tradicional de la cermica se describeen alfarera. )ambin puede buscarse la *istoria del rak+, singular tcnicamilenaria oriental.istricamente, los productos cermicos *an sido duros, porosos y frgiles. lestudio de la cermica consiste en una gran etensin de mtodos para mitigarestos problemas y acentuar las potencialidades del material, as como ofrecerusos no tradicionales. sto tambin se *a buscado incorporndolas a materialescompuestos como es el caso de los cermets, que combinan materiales metlicos ycermicos.n general, los materiales cermicos usados para aplicaciones en ingenierapueden clasificarse en dos grupos- materiales cermicos tradicionales y materialescermicos de uso especfico en ingeniera.ormalmente los materiales cermicos tradicionales estn constituidos por trescomponentes bsicos- arcilla, slice /pedernal0 y feldespato.Las cermicas ingenieras, por el contrario, estn constituidas, tpicamente, porcompuestos puros o casi puros tales como oido de aluminio / 1l2340, carburo desilicio /!i50, y nitruro de silicio /!i460. (emplos de aplicacin de las cermicasingenieras en tecnologa punta son el carburo de silicio en las reas de altatemperatura de la turbina del motor de gas, y el ido de aluminio en la base delsoporte para los circuitos integrados de los c*ips en un mdulo de conduccintrmica.ESTRUCTURA CRISTALINA DE CERMICAS SENCILLAS

1lgunos compuestos cermicos con estructuras cristalinas relativamente sencillasestn recogidos en la tabla con sus puntos de fusin

7n gran n+mero de materiales cermicos poseen estructuras tpicas como laestructura del a5l, de blenda /8n!0 y de fluorita /5a920. !in embargo la mayora


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de los cermicos tienen estructuras cristalinas ms complicadas y variadas. ntreestas estructuras podramos destacar las ms importantes como son-Estructura perovskita (CaTiO!"(emplo- :a)i34, en la cual los iones de bario yoigeno forman una celda unidad c+bica centrada en las caras con los iones barioen los vrtices de la celda unidad, y los iones oido en el centro de las caras, el

in titanio se situar en el centro de la celda unidad coordinado a seis ionesogeno.Estructura #e$ cori%#&% (A$'O!. s similar a una estructura *eagonalcompacta; sin embargo, a cada celda unidad estn asociados $2 iones de metal y$< de ogeno.Estructura #e espi%e$a (MA$'O)!. =onde los iones oigeno forman un retculoc+bico centrado en las caras y los iones metlicos ocupan las posicionestetradricas u octadricas dependiendo del tipo de espinela en particular.Estructura #e ra*ito. )iene una estructura *eagonal compacta.

+ROCESADOS DE LOS CERMICOS

La mayora de los productos cermicos tradicionales y tcnicos sonmanufacturados compactando polvos o partculas en materiales que se calientanposterior mente a enormes temperaturas para enlazar las partculas entre si. Lasetapas bsicas para el procesado de cermicos por aglomeracin de partculasson-$. preparacin del material.2. moldeado o colada;4. )ratamiento trmico del secado y orneado por calentamiento de la pieza decermica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partculasenlazadas.+RE+ARACI,N DE MATERIALESLa mayora de los productos en tan fabricados por aglomeracin de partculas.Las materias primas de estos productos varan dependiendo de las propiedadesrequerida de la pieza de cermica terminada. Las partculas y otros ingredientes,tales como cimentadores y lubricantes pueden ser mesclados en seco o en*+medo. >ara productos cermicos que no necesitan tener propiedades muycrticas, tales como los ladrillos comunes y tubera para alcantarillado y otrosproductos arcillosos.T-CNICAS DE CON.ORMADO"Los productos cermicos fabricados por aglomeracin de partculas puedenconformarse mediante varios mtodos en condiciones secas, plsticas o liquidas.Los procesos de conformado en frio son predominaste en la industria cermica,pero los procesos de moldeado en caliente tambin se usan con frecuencia.+re%sa#o:La materia prima cermica puede ser prensada en estado seco,plstico o *+medo dentro de un troquel para formar productos con una formadeterminada.+re%sa#o e% seco- ste mtodo se usa frecuente mente para productosrefractarios /material de alta resistencia trmica0 y componentes cermicoselectrnicos. ste proceso se puede definir como la compactacin uniaial


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simultnea y la conformacin de un polvo granulado (unto con peque#ascantidades de agua o cimentadores orgnicos de un troquel.Co/pactaci&% Iso/0trica- en este proceso el polvo cermico se carga en unrecipiente fleible /generalmente de cauc*o0 *ermtico /llamado cartuc*o0 queest adentro de una cmara de fluido *idrulico que se aplica presin.

VITRI.ICACI,N1lgunos productos de cermica, como porcelana, productos estructurales dearcilla y algunos componentes electrnicos, contienen una fase vtrea. sta fasevtrea sirve como un medio de reaccin para que la difusin pueda llevarse a caboa una temperatura ms ba(a que en el resto del material cermico slido. =urantela coccin de estos tipos de materiales cermicos, se lleva a cabo un procesodenominado vitrificacin por el cual la fase vtrea se funde y llena los espaciosporosos del material.

+RO+IEDADES DE LA CERMICA +RO+IEDADES EL-CTRICAS DE LAS CERMICAS

Los materiales cermicos se utilizan una gran variedad de aplicaciones elctricas

y electrnicas. ?uc*os tipos de cermicos se utilizan como aislantes elctricospara corrientes elctricas de alto y ba(o volta(e. )ambin encontramos varios tiposde condensadores. 3tro tipo de cermicos se llaman piezoelctrico puedenconvertirse dbiles se#ales de presin en se#al elctrica, y viceversa.isten tres propiedades importantes comunes de los aislantes o dielctricos.

$. La Co%sta%te Die$0ctrica.5onsideramos un condensador sencillo de placas paralelas, con lminas metlicasde rea 1 separado de una distancia d. si se aplica el volta(e @ a travs de laslminas, una de ellas adquirir una carga neta Aq y la otra una carga neta Bq. qC5@ o bien 5CqDv=onde 5 es una constante de proporcionalidad llamada capacidad delcondensador. l !E para la capacidad es el culombio por voltio /5D@0, o faradio /90-$ faradioC $ columbioDvoltiol faradio es una unidad muc*o ms grande de capacidad que la que seencuentra normalmente en los circuitos elctricos, las unidades mas usadas son elpicofaradio /$ p9C$'FG$2 90 y el microfaradio /$ u9C$'FGH90.

'" La Rii#e1 Die$0ctrica"s la cantidad de capacidad de material para albergar energa a altos volta(es. Larigidez dielctrica viene definida como el volta(e por unidad de longitud /campoelctrico o gradiente del volta(e0. La rigidez dielctrica se mide mas cmodamenteen voltios por mil/$ mil C'.''$pulg0 o kilovoltiosDmm. !i el dielctrico esta su(eto algradiente de un volta(e.

" E$ .actor #e +0r#i#a Die$0ctrico"!i el volta(e que se utiliza para mantener la carga en el condensador es sinusoidal,tal como se genera por una corriente alterna, el volta(e induce la corriente a %'Icuando un dielctrico real se utiliza en el condensador, el volta(e es inducido poruna corriente de %'I G , donde el ngulo se llama ngulo de perdida dielctrico.

+RO+IEDADES MECNICAS DE LAS CERMICAS


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!on duros y frgiles a temperatura ambiente debido a su enlace inicoDcovalente/al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocandola rotura del enlace0, este *ec*o supone una gran limitacin en su n+mero deaplicaciones. sta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.!on deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite

el deslizamiento de bordes del grano.9actores que afectan la resistencia de los materiales cermicosLa falla mecnica de los materiales cermicos se presenta principalmente pordefectos estructurales. Las principales fuentes de fractura en poli cristalescermicos son las grietas superficiales producidas durante el acabado superficial,los *uecos /porosidad0, las inclusiones y los granos grandes que se formandurante el procesamiento

Te%aci#a# #e $os /ateria$es cer2/icos:Los materiales cermicos, debido a su combinacin de enlace inico y covalente,tienen una ba(a tenacidad in*erente. n a#os pasados se *an llevado a cabom+ltiples investigaciones para me(orar la tenacidad de los materiales cermicos.?ediante el uso de ciertos procesos, como cermicas prensadas en caliente conaditivos y reacciones de enlace, se *an producido cermicas de ingeniera conme(or tenacidadJecientemente se *a descubierto que las transformaciones de fase de la circoniacombinada con otros idos refractarios /como 5a3, ?g3 o K2340 puedenproducir mate riales cermicos con una tenacidad a la fractura ecepcionalmente

alta..a$$a por *atia #e cer2/icos:La falla por fatiga en metales se presenta ba(o esfuerzos cclicos repetidos por lanucleacin y la formacin de grietas en un rea endurecida por deformacinplstica de una muestra. =ebido al enlace inicoGcovalente de los tomos en unmaterial cermico, *ay una ausencia de plasticidad en las cermicas durante elesfuerzo cclico. n consecuencia, la fractura por fatiga es rara en las cermicas. +RO+IEDADES T-RMICAS DE LAS CERMICAS

La mayora de los materiales cermicos tienen ba(as conductividades trmicasdebido a sus fuertes enlaces inicoGcovalentes; y son buenos aislantes trmicos.=ebido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios materiales que

resisten la accin de ambientes calientes tanto lquidos como gaseosos.losrefractarios se utilizan en las industrias metal+rgicas, qumicas, cermicas y delvidrio.Materia$es Re*ractarios Cer2/icos?uc*os compuestos cermicos puros con altos puntos de fusin como el ido dealuminio y el ido de magnesio, podran tener aplicacin como refractariosindustriales; la mayora de los refractarios industriales se *acen con mesclas decompuestos cermicos.


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Las propiedades ms importantes de los refractarios cermicos son su resistenciaa ba(as y altas temperaturas, su densidad y su porosidad. La mayora de losrefractarios cermicos tienen densidades en el rango de 2,$ a 4,4 gDcm a la 4 osibilidad de ser transl+cidos umerosos procedimientos de fabricacin >ermeable a las ondas electromagnticas


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VIDRIOS

l vidrio es un material inorgnico duro, frgil, transparente y amorfo que se usapara *acer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. l vidrioes un tipo de material cermico amorfo.

l vidrio se obtiene por fusin a unos $.&'' I5 de arena de slice /!i3 20, carbonatode sodio /a25340 y caliza /5a5340.l trmino "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinnimo de vidrio,aunque es incorrecto en el mbito cientfico debido a que el vidrio es un slidoamorfo /sus molculas no estn dispuestas de forma regular0 y no un slidocristalino.COM+OSICI,N DE AL3UNOS VIDRIOS DE SILICATOS

.ACTORES DE IN.LUENCIA EN LA .ORMACI,N DE VIDRIOSELECTRONE3ATIVIDAD Y TI+O DE ENLACE-

VISCOSIDAD

E.ECTOS ESTRUCTURALES7n ido 1m3nformar un vidrio cuando se cumpla-

COM+OSICI,N DE LOS VIDRIOS:l vidrio de slice fundido, que es el vidrio de un solo componente ms importante,presenta una alta transmisin espectral, y no est su(eto a da#os de radiacin queorigina coloracin en otros vidrios


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Gvidrios sodio clcicosGvidrios de boro silicatoGvidrio al plomo

DE.ORMACI,N VISCOSA DE VIDRIOS

7n lquido viscoso /subenfriado0 por encima de su temperatura de transicinvtrea. :a(o esfuerzo, grupos de tomos /iones0 pueden deslizarse unos sobreotros permitiendo la deformacin permanente del vidrio ecuacin

fectos de la temperatura en la viscosidad

$. puntos de traba(o.2. punto de restablecimiento.4. punto de recocido

6. punto de deformacin


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+RO+IEDADES DEL VIDRIO+RO+IEDADES MECNICASDe%si#a#:2&'' kgDm4Dure1a:

6N' OLa dureza del vidrio flotado se establece conforme a Onoop. La base es el mtodode ensayo dado en la norma =E &2444 /E!3 %4


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coeficiente de temperatura de epansin del vidrio flotado se administra deacuerdo a =E &242< e E!3 N%%$.+RO+IEDADES ,+TICASl vidrio tiene varios puntos fuertes en cuanto a sus propiedades pticas->uede ser producido en paneles grandes y *omogneos.

!us propiedades pticas no se ven afectadas por el paso del tiempo. staproducido con superficies perfectamente planas y paralelas Rndice de refraccinn C $.&2!i la luz de un medio pticamente menos denso /aire0 se encuentra con un mediopticamente ms denso /vidrio0, entonces el rayo de luz se divide en las interfacesde superficie. La medida de la desviacin determina el ndice de refraccin. >arael vidrio flotado, este ndice de refraccin es n C $,&2.

+RO+IEDADES T-CNICASJesistencia frente-

1gua C clase 4 /=E &22%H0Scido C clase $ /=E $2$$H01lcalino C clase 2 /=E &2422 e E!3 H%&0La superficie de vidrio se ve afectada si se epone durante muc*o tiempo a loslcalis /y a los gases de amonaco0 en combinacin con altas temperaturas. lvidrio flotado tambin reacciona a los compuestos que contienen cido fluor*dricoen condiciones normales. stos se utilizan para el tratamiento de superficies devidrio.+RUE7AS DE DES3ASTE:E%saos #e a6rasi&%:/=E &246N e E!3 4&4N0 !e eval+a la dispersin de la luz que impactadirectamente la superficie.l aumento de la dispersin de la luz en el vidrio flotado es de apro. $T /despusde $ ''' ciclos de abrasin0. l aumento de la dispersin de la luz permitida parael vidrio de seguridad del ve*culo /parabrisas0 es de 2T en uropa /5 J640 y.77./1!E 8 2H.$0+roceso #e oteo #e are%a/=E &246< e E!3 N%%$0. >ara esta prueba laabrasin por impacto diagonal, se *icieron gotear 4 kg de arena con un tama#o departcula ',&D',N$mm sobre la superficie a ensayar, con una inclinacin de 6& y,desde una altura de $H'' mm. La medicin del desgaste es la densidad luminosareducida /seg+n la norma =E 6H6H parte 20.La densidad luminosa reducida para el vidrio flotado es de apro. 6cdDm2lu.La #ure1a a$ raa#o #e vi#rioflotado es de apro. ',$2 l ensayo se dise#originalmente para determinar la dureza al rayado de los plsticos. 7na punta dediamante con ngulo &' y $& mm de radio, se dibu(a sobre la superficie del vidriomediante la aplicacin de diferentes cargas. La carga a la cual se produce unrasgu#o en la superficie, es una medida de la dureza al rayado. sto no es unmtodo preciso, debemos tener en cuenta la influencia del probador.


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TI+OS DE VIDRIOVi#rio Te/p$a#ol templado trmico del vidrio le permite obtener gran resistencia mecnica. Lamayora de los vidrios que se fabrican para seguridad pasan el proceso de templetrmico. n este proceso, las piezas de vidrio ya poseen su forma definitiva antes

de ingresar al *orno de temple, puesto que despus de *aber sido templadas, noes posible realizar ning+n tipo de corte.l proceso de templado se realiza calentando los vidrios a una temperatura unpoco ms ba(a que la de ablandamiento y luego se enfran bruscamente mediantec*orros de aire fro por su superficie.sto *ace que la placa de vidrio quede sometida a fuerzas eternas decompresin mientras que internamente aparecen fuerzas de traccin. l templadootorga al vidrio mayor resistencia mecnica y de seguridad pues si llega a larotura, se parte fragmentndose en peque#os trozos sin astillarse.@idrio Empreso )empladoLa aplicacin ms frecuente es en puertas, cerramientos de duc*as y ba#eras.)ambin puede destinarse para cerramiento de *uecos fi(os o practicables dondeno se requiere transparencia pero si el paso de la luz, ofreciendo un aspectodecorativo a la estancia.>or lo general se provee con los *erra(es adecuados.Los espesores de estos vidrios se encuentran entre % y $$ mm.

Vi#rio A%ti Re*$ecta%te

l vidrio anti reflectante o antirrefle(o posee un tratamiento en ambas caras que lepermite lograr una tetura superficial tal que disminuye la reflein de la luz sindistorsionar los colores.

1l tener sus dos caras tratadas, puede usarse la placa de igual modo en una uotra posicin.>or lo general, se usa en el acristalamiento y proteccin de cuadros.

Do6$e Acrista$a/ie%tost formado por dos o ms lunas separadas entre s por cmaras de airedes*idratado resultando un eficaz aislante, proporcionando confort trmico pueselimina el efecto pared fra en zonas cercanas al cristal.)iene la gran venta(a de no condensar, lo que ofrece me(or esttica y fcilmantenimiento.La separacin entre lunas se define por un perfil metlico entre ellas, en cuyointerior se introduce un producto desecante y se asegura la estanqueidad condoble sellado perimetral; el primero a base de butilo y el segundo con un polisulfur. >ara claraboyas se utiliza el sellado con siliconas. !e fabrica con doble ytriple acristalamiento. >uede fabricarse con mayor n+mero de cmaras, seg+n elgrado de aislamiento y el destino. l sistema de doble acristalamiento es unasolucin eficaz porque reduce el flu(o de energa lumnica, trmica y sonora alatravesar el acristalamiento, as disminuye los coeficientes de trasmisinenergtica y de ruidos.


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l doble acristalamiento tiene las siguientes aplicaciones-

G 3frece iluminacin y visibilidad con confort. >ermite resolver acristalamientos conme(ores condiciones trmicas, ac+sticas y a*orro energtico.>osee control solar, regulando los aportes energticos ecesivos sin renunciar al

aislamiento trmico en pocas invernales o de menor asoleamiento, siendoposible el uso de vidrios de ba(a emisividad.G =isminuye las consecuencias en accidentes domsticos por el empleo de vidriosde seguridad.

Vi#rio La/i%a#ol vidrio laminado se compone de dos o ms vidrios simples unidos entre smediante lminas plsticas /butiral de polivinilo0 que poseen muy buenaad*erencia, transparencia, resistencia y elasticidad. La lmina de butiral absorbelas radiaciones ultravioletas y ofrece venta(as ac+sticas pues aten+a el fenmenode resonancia.7na de las caractersticas ms relevantes de este tipo de vidrio es su altaresistencia al impacto y la penetracin, motivo por el cual se lo utiliza paraproteccin de personas y bienes.n caso de rotura, la lmina plstica retiene por ad*erencia los fragmentos devidrio, reduciendo as los riesgos de da#os en caso de accidente.

Ruptura #e Vi#rios:Lminas de !eguridad- >roteccin de vidrios!e trata de una pelcula que se ad*iere a los vidrios eistentes, se coloca en

1:J)7J1! y 5JJ1?E)3! tanto en viviendas como comercios y la mismaes incolora tonalizada en gris o marrn. !e aplica tambin en espe(os, inclusopuede venir en tonos de guardas.U5mo act+anVLa fuerza de un golpe en un vidrio se transforma en energa vibratoria, de lamisma intensidad, que se epande por el mismo. !i la contundencia del golpesuperase la capacidad de absorcin de dic*a vibracin por parte del cristal, elmismo estallar en pedazos.Las pelculas antirrobo tienen un ad*esivo acrlico activo que va penetrando en losporos de los vidrios, absorbiendo la vibracin del impacto, y desvindola *acia lapelcula.La eficacia de la proteccin est dada por tres elementos- el cristal, el ad*esivo yla pelcula.Las pelculas de calidad profesional aumentan sustancialmente la resistencia delos vidrios. !i la agresin fuese de tal magnitud que igualmente llegase a romper elvidrio, los fragmentos del mismo permanecern ad*eridos a la pelcula, por lo quelos golpes siguientes impactarn en los restos del vidrio, siendo atenuados por laelasticidad del film. l verdadero ob(etivo es mantener al ladrn del lado de afuera,y proteger a las personas de robos y lesiones por vidrios rotos.


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CON.ORMADO DEL VIDRIO

?todos fabricacin productos vidrio- prensado- aplicacin de > a molde /forma adecuada0. >iezas con

paredes gruesas /placas, platos,W0 soplado- botellas, bombillas, W estirado- piezas largas- lminas, barras, tubos y fibras, W formacin de fibras- vidrio fundido pasan a travs de peque#os

orificios, W

A+LICACIONES DEL VIDRIO:

Enfinidad de avances tecnolgicos, y por tanto cientficos, se deben al desarrollo deob(etos construidos con vidrio. !us propiedades tanto qumicas como pticaspermitieron desarrollar numerosos eperimentos claves en la *istoria de la ciencia,como ser el cultivo de microbios en probetas de cuello de cisne realizado por>asteur, o el tubo de rayos catdicos, comienzo de la fsica de partculas.

l vidrio en la ciencia, es muy +til para el desarrollo de cultivo de bacterias, pore(emplo en la investigacin y desarrollo de antibiticos.

La aplicacin en las distintas clases de lentes es uno de los usos ms etendidosdel vidrio, sobre todo como aparatos de medicin para la ciencia.

Los espe(os son otra de las aplicaciones importantes del vidrio. 1dems de sususos comunes, aparatos como los telescopios de reflein y los generadores derayos lser los llevan en su mecanismo.


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)ambin el desarrollo de vidrios especiales me(or la investigacin cientfica,proporcionando elementos para traba(ar en eperiencias especficas, connecesidades particulares. )res vidrios que se pueden mencionar como de uso enla investigacin son-

X >re- ?s resistente a los cambios de temperatura que otros vidrios.X @idrio 7viol- )ransparente a la radiacin ultravioleta, a la que el com+n de losvidrios es opaco. !irve para eperiencias de ptica o cuando se necesite el pasode la luz ultravioleta *acia el contenido del recipiente.

X @idrio neutro de Pena- Jesistente a los reactivos.


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+A5SES +RODUCTORES DE VIDRIO:

VENTA?AS DEL VIDRIO$.Glos materiales necesarios para su fabricacin son muy abundantes y baratos.2.Gfcil de reciclar.


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4.Gmantiene los alimentos fros.6.Gse puede ver el interior del envase para verificar la apariencia del producto.&.Gno alteran el sabor de los productos alimenticios.

DESVENTA?A DEL VIDRIO

$.Gbueno claro, que se rompen muy fcil.2.Gsu transportacin debe de ser especial.4.Gsu alto costo en envases.6.Glos accidentes que provoca.&.Gpara algunos casos el ser rgido sera una desventa(a.


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CONCLUSIONES Los materiales cermicos son materiales inorgnicos, no metlicos

formados por elementos metlicos y no metlicos unidos primariamentemediante enlaces inicos yDo covalentes.

n general, la mayora de los materiales cermicos son tpicamente duros yquebradizos con poca resistencia a los impactos y a la ductilidad. Los cermicos cuentan con importantes propiedades elctricas y trmicas

con importantes aplicaciones en la industria. Los vidrios son productos inorgnicos cermicos de fusin que se *an

enfriado *asta un slido rgido sin cristalizacin. )ienen propiedades especiales como transparencia dureza a la temperatura

ambiente y ecelente resistencia a la mayora de los ambientes.


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ceramicos y vidrios

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