consulta sobre propiedades de los materiales ceramicos luis felipe guzmán valencia 2120122008

8/18/2019 Consulta Sobre Propiedades de Los Materiales Ceramicos Luis Felipe Guzmán Valencia 2120122008

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Consulta 3 propiedades de materiales cerámicos

Los diagramas de selección de materiales son ampliamente utilizados en el

diseño ingenieril, estos consisten de diagramas en dos dimensiones en los

cuales se grafcan propiedades mecánicas, térmicas y ísicas de los materiales;

por lo general en pares con una propiedades por eje; en estos se agrupan losdierentes grupos o amilias de materiales por ejemplo cerámicos o metales en

burbujas que permiten determinar el comportamiento de estos con respecto a

las propiedades grafcadas, un ejemplo de esto es mostrado en la fgura !

"ig! ! #ráfco de módulo de elasticidad $ densidad para amilias de materiales!

%or lo general cuando se lle&a a cabo un proceso de diseño, se 'an de tener en

cuenta dierentes propiedades a la 'ora de seleccionar un material a emplear

en un prototipo; por ejemplo para diseños que requieren de alta resistencia y

bajo peso el diagrama de resistencia s densidad puede ser un punto de partida

para lle&ar a cabo la preselección o selección de un material; solo se requiere

defnir un rango de &alores óptimos o deseados y escoger una de las m(ltiples

amilias de materiales mostradas por el grafco!

)sta acti&idad se centrara en la caracterización de la amilia de materialescerámicos que por clasifcación general se di&iden en dos las cerámicas

tradiciones y los cerámicos de a&anzada!

! *odulo de elasticidad + ensidadLa fgura - muestra en ella un amplio rango de módulos de elasticidad y

densidades para materiales de ingeniería, esto se agrupa como se dijo

anteriormente en amilias! e la ciencia de materiales, se sabe que la

Luis "elipe #uzmán .alencia --/--//0 *ateriales 1 2emestre 3 -/4


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densidad depende de tres actores, entre esto y en menor medida, el

tamaño de los átomos, la orma en que estos se encuentra

empaquetados y en mayor medida el peso de estos átomos o iones; los

materiales cerámicos tiene por lo general una densidad algo menor que

los metales estos se debe a la presencia de elementos con bajo peso

atómico como lo son el o5ígeno, nitrógeno, carbono entre algunos otros,los cerámicos de a&anzada se encuentran algo más cerca en densidad a

los metales con rangos entre ! y - Mg

m3 al poseer estructuras

altamente cristalinas, poco porosas y presentar en ellos elementos como

silicio, aluminio, boro y zirconio con altos pesos moleculares; los

cerámicos tradicionales poseen una menor densidad en los y - Mg

m3

, esto se debe que su estructura por lo general es de carácter amoro yse presentan en ellos materiales de bajo peso molecular como el

carbono y nitrógeno!

"ig! -! #rafco *odulo de elasticidad + ensidad para materiales



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)l módulo de elasticidad de un material depende de dos &alores, la

uerza de los enlaces que lo conorman y la densidad o cantidad de estos

enlaces por unidad de &olumen; como se puede obser&ar los materiales

cerámicos son los que cuentan con el mayor módulo de elasticidad

respecto a las demás amilias; esto es debido a la carácter iónico de sus

enlaces, siendo los módulos de elasticidad para los cerámicos dea&anzada los más altos del todo el grafco, lo que se da producto de la

alta densidad de empaquetamiento de átomos que proporciona la

estructura cristalina; en los cerámicos tradicionales el módulo de

elasticidad es alto en comparación a las demás amilias pero es inerior

al de aquellos cerámicos de a&anza, esto se da debido al carácter

amoro de su estructura!

-! 6esistencia $ ensidad

%ara lo cerámicos la resistencia mostrada en la fgura 1 corresponde alos módulos de ruptura del material 7resistencia a la 8e5ión9; en orma

general los cerámicos se caracterizan por su alta resistencia; los

cerámicos de a&anzada son aquellos que cuentan con la mayor

resistencia de toda la fgura 1, esto se da producto de su estructura

cristalina, en la cual para lle&ar a cabo el procesos de ruptura se 'ace

necesario el mo&imiento de dislocaciones lo cual se pre&iene gracias la

característica iónica de sus enlaces que deben ser deormados y rotos

para lle&ar a la alla!

La densidad y la resistencia se relacionan gracias a la estructura

cristalina de los materiales, como se mencionó con anterioridad loscerámicos de a&anzada poseen mayor densidad y por ende mayor

resistencia gracias a su estructura cristalina, en contraste con los

cerámicos tradicionales a los cuales su estructura amora las otorga

menor densidad y resistencia!



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"ig! 1! #rafco 6esistencia $ ensidad para materiales

1! *ódulo de elasticidad + resistencia:omo se mencionó con anterioridad en la fgura se grafca el módulos

de ruptura para los materiales cerámicos; como se puede obser&ar en

esta, los cerámicos son de nue&o los materiales con mayor módulo de

elasticidad y resistencia de toda la tabla; esto se dan por la razones

e5plicadas anteriormente, como la relación e5istente entre módulo de

elasticidad, densidad de empaquetamiento y la uerza de los enlaces

iónicos, que a su &ez aumentan la resistencia del material, como la

estructura cristalina de los cerámicos de a&anzada también lo 'ace!



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"ig! ! #rafco *odulo de elasticidad + resistencia para materiales

!


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"ig! =! #rafco


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"ig! 4! #rafco !

La diusi&idad térmica al igual que la conducti&idad térmica gobierna el

8ujo de calor a tra&és de una material pero este 8ujo se encuentra en

estado transitorio, es decir antes de alcanzar el equilibrio térmico, esta

se obtiene de di&idir la conducti&idad térmica entre la densidad y el calor

especifco, por ende e5iste una relación de carácter lineal entre ambas,

'ec'o que se puede e&idenciar en la fgura >, se puede obser&ar

además que la diusi&idad térmicas de los cerámicos de a&anzada es

casi igual a la de algunos metales!



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"ig! >! #rafco :onducti&idad térmica $ diusi&idad térmica para

materiales

>! :oefciente de e5pansión térmica $ conducti&idad térmica:omo se e&idencia en la fgura el coefciente de e5pansión térmica es

bajo para los cerámicos, esto se debe a que sus enlaces no permiten la

e5pansión del material a altas temperaturas, como se e5plicó conanterioridad, la conducti&idad térmica en un cerámico depende de la

cristalinidad de su estructura, es por esto que los cerámicos de

a&anzada tiene una alta conducti&idad térmica!



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"ig! ?! #rafco :oefciente de e5pansión térmica $ conducti&idad térmica

para materiales

0! :oefciente de e5pansión térmica $ *odulo de elasticidad

)5iste una relación entre el coefciente de e5pansión térmica y el módulo

de elasticidad de una material que se modela bajo la ecuación

para la cual es coefciente de e5pansión térmica es

in&ersamente proporcional al módulo de elasticidad del material, por

medio de esta relación se puede e&idenciar porque los materiales

cerámicos que cuentan con los mayores módulos de elasticidad poseen

tan bajo coefciente de e5pansión térmica, en la fgura ? se e&idencia

entonces la disminución del coefciente respecto al aumento en el

módulos de elasticidad!



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"ig! /! #rafco :oefciente de e5pansión térmica $ *odulo de elasticidad

para materiales

?! 6esistencia $ *á5ima temperatura de ser&icioLa má5ima temperatura de ser&icio es aquella a la cual se considera

inseguro emplear un material, como se puede obser&ar en el grafco /,

los ceramicos son aquellos materiales que poseen una mayor

temperatura de ser&icio de todas las demás amilias de materiales, es

importante destacar a además que la resistencia de los cerámicos de

a&anzada es mayor en comparación a las de otros, por esta razón es

que estos son los materiales que por e5celencia son empleados a altastemperaturas!



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"ig! /! #rafco 6esistencia $ *á5ima temperatura de ser&icio para

materiales


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