Materiales para el diseño 1
Alejandro Zuleta Gil
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Son materiales inorgánicos caracterizados por poseer enlaces de tipo iónico y covalente en su estructura atómica, la cual puede ser cristalina o amorfa. La mayoría de los cerámicos están compuestos de óxidos metálicos
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Los materiales cerámicos son
intrínsecamente más
resistentes que los metales
por los enlaces interatómicos
fuertes que poseen
Los átomos no pueden
desplazarse con facilidad bajo
las fuerzas aplicadas
Por esa razón los cerámicos
no se doblan para acomodar
tales fuerzas, sino que tienden
a fracturarse
ESTRUCTURA DE LOS CERÁMICOS
Materiales Cerámicos
Son muy duros y presentan una gran
resistencia mecánica al al desgaste.
Muchos de ellos son capaces de soportar altas temperaturas
Tienen gran estabilidad química
Poseen una amplia gama de cualidades
eléctricas.
PROPIEDADES
Materiales Cerámicos
Aplicaciones
Usado en un amplio de rango de aplicaciones tecnológicas
Refractarios, dieleléctricos, sensores, abrasivos, medios de
grabación magnética.
25 000 losas cerámicas ligeras
que protegen el fuselaje de
aluminio del calor generado
durante el reingreso a la
atmosfera terrestre
Materiales Cerámicos
LA MAYORÍA PROVIENEN DE ROCAS
IGNEAS Y SEDIMENTARIAS
NATURALES: MINERALES SINTÉTICOS
POLVOS
Operaciones físicas y químicas
POLVOS
DIFERENTES
CONFORMADOS
SÍNTESIS DE
REACTIVOS
QUÍMICOS
ORIGEN DE LOS CERÁMICOS
Materiales Cerámicos
Procesamiento
Triturado, mezclado, secado
El triturado y el molido se efectúan a fin de reducir el tamaño de las
partículas de los minerales y «liberar» físicamente los minerales de
interés del resto del mineral
Materiales Cerámicos
Procesamiento
Conformación de polvos en formas útiles (cerámicas
verdes) mediante prensado, moldeo, etc.
Materiales Cerámicos
Procesamiento
Consolidación de un objeto denso mediante el
sinterizado o el quemado.
Sinterización: Proceso mediante el cual se forma una masa densa
calentando materiales pulverizados compactados
Materiales Cerámicos
POROSIDAD
En algunas técnicas de fabricación de cerámica el material precursor está en forma de polvo. Al compactar o conformar estas partículas de polvo se forman poros (espacios vacios) que durante el tratamiento térmico siguiente son parcialmente eliminados, osea que la eliminación de poros es incompleta y permanece alguna porosidad permanente.
Materiales Cerámicos
PROPIEDADES LOS CERÁMICOS
FRAGILIDAD ALTA
RESISTENCIA LA
COMPRESIÓN
ALTA
RESISTENCIA AL
DESGASTE
DUREZA
DILATACIÓN,
CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA Y ELÉCTRICA
BAJAS
MÓDULO ELÁSTICO
Y TENACIDAD
ALTOS ESTABILIDAD
QUÍMICA RESISTENCIA A LA
TERMOFLUENCIA
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
TRADICIONALES
AVANZADOS
CERÁMICOS
TÉCNICOS
REFRACTARIOS
ESTRUCTURALES
CRISTALINOS
AMORFOS
CERÁMICOS CRISTALINOS
Son aquellos materiales cerámicos
que poseen una estructura atómica y
molecular ordenada a partir de
patrones geométricos repetitivos.
Existen además cerámicos
policristalinos, que son aquellos en los
cuales se presenta más de un tipo de
arreglo cristalino de manera
simultánea.
Materiales Cerámicos
a. Perovskita
b. Corindón
c. Espinela
d. Grafito
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS CRISTALINOS
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS AMORFOS
Son aquellos materiales cerámicos
que poseen una estructura atómica y
molecular desordenada, que no sigue
ningún patrón geométrico. Esta
organización se da generalmente por
procesos de enfriamiento acelerados
que evitan que las moléculas se
organicen.
Generalmente los cerámicos amorfos
se denominan vidrios.
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Vidrio Silicatos no cristalinos
Obtenido a altas T
Moléculas sin orden definido
Compuesto por Sílice y otros óxidos
Viscosidad, propiedad más
importante
Se comporta como líquido
viscoso subenfriado
por encima de T de
transición vítrea
T de transición vítrea: Es la temperatura a la cual el material cambia su
comportamiento como duro y quebradizo y pasa a comportarse como un solido
elástico y flexible.
VIDRIOS
Materiales Cerámicos
Producidos a partir de un mezcla
que consiste generalmente en
arena silícea (arcillas) y óxidos
metálicos secos pulverizados o
granulados.
VIDRIOS
Materiales Cerámicos
Esta mezcla se funde (1500°C
aprox.). Al sacarlo del horno, el
vidrio adquiere una rigidez que
permite darle forma y
manipularlo. Controlando la
temperatura de enfriamiento se
evita su cristalización.
VIDRIOS
Materiales Cerámicos
Vidrio de Silicato
• Ampliamente utilizados.
• Formados a partir de SiO2 puro.
• Sus cambios dimensionales durante el calentamiento y
enfriamiento son pequeños
VIDRIOS SiO2, Na2CO3 y CaCO3
Vidrio de sílice fundida
Vidrios sódico-cálcicos
Vidrios de boro silicato
Vidrios al plomo
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
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Procesamiento de vidrio. (a) Prensado, (b) Soplado, y (c)
estirado de fibras.
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS TRADICIONALES
Son aquellos materiales cerámicos
que se han usado desde la antiguedad
y que representan el mayor volumen
de consumo.
Compuestos en los que la materia
prima no requiere de tratamientos
previos que alteren su composición o
morfología original
Materiales Cerámicos
Materiales Cerámicos
Arcillas
Provienen de la descomposición de rocas
feldespaticas.
Se clasifican en : Primarias y secundarias o
sedimentarias.
Primarias: Formadas en el mismo lugar de la roca
madre. Poco atacadas por los agentes atmosféricos.
Ej: Caolín.
Sus partículas son mas gruesas
Mas blancas
Poco plásticas
Materiales Cerámicos
Arcillas
Secundarias o sedimentarias: Se encuentran lejos del lugar de la roca
madre. Hay diferentes tamaños de partícula, lo que favorece a que las de
menor tamaño se sedimentan en donde el agua se estanca.
Son mas finas
Mas plásticas
Pueden contener una mayor cantidad de impurezas (alteran su color)
Materiales Cerámicos
Arcillas
Secundarias o sedimentarias: Se encuentran lejos del lugar de la roca
madre. Hay diferentes tamaños de partícula, lo que favorece a que las de
menor tamaño se sedimentan en donde el agua se estanca.
• Son mas finas
• Mas plásticas
• Pueden contener una mayor cantidad de impurezas (alteran su
color)
Materiales Cerámicos
Arcillas
Compuesta por Aluminosilicatos
hidratados
( Caolinita- Al2O3. SiO2. H2O ) y
pequeñas cantidades de óxidos
como:(TiO2, Fe2O3, MgO, CaO,
Na2O, K2O)
Esta formula corresponde a aproximadamente:
40 % de Al2O3.
46 % de SiO2
14 % de H2O
Materiales Cerámicos
Plasticidad
El agua permite el deslizamiento de las
láminas
Su plasticidad se
debe a la estructura
laminar de las
partículas de arcilla.
Si el contenido de agua es excesivo su
plasticidad puede disminuir (pérdida de
la adherencia de las
partículas/separación de las láminas)
Materiales Cerámicos
Plasticidad
Una forma de medirla cualitativamente…
Materiales Cerámicos
Contracción
Depende de la cantidad de agua que pueda aceptar la arcilla.
Las arcillas MAS plásticas se
contraerán más en
comparación con las menos
plásticas
Las de menor tamaño de
partícula tendrán también una
mayor contracción
¿POR QUÉ?
Materiales Cerámicos
Contracción
Se produce en dos etapas
1. Secado (aprox. 100 oC)
2. Cocción (550 oC)
¿POR QUÉ?
¿Qué pasa en c/u de las
etapas?
Moldeo en barbotina 1. Preparación de la Barbotina
2. Vertido en el molde poroso
3. Escurrido
4. Secado
5. Sinterizado
Suspensión de arcilla y
otros materiales no
plásticos en agua.
Materiales Cerámicos
Decoración
Porcelana ,vidrio y cristales
Joyería Algunos de estos minerales son piedras preciosas ricamente coloreadas
por la presencia de óxidos metálicos
Construcción Cemento y lozas
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Materiales Cerámicos
como abrasivo o para hacer molinos de bolas y morteros.
ampolletas de luces de halógenos.
termómetros de altas temperaturas.
recipientes para ensayos de laboratorio.
importante semiconductor para la fabricación de los componentes básicos de la electrónica actual, diodos, transistores.
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Materiales Cerámicos
FELDESPATO K2O.Al2O3.6SiO2
Funde a ↓T y se transforma en vidrio cuando la mezcla se
somete a ↑T
Facilitan el procesado
Mejoran el acabado superficial (rellenan poros)
Suelen ser blancos o incoloros, aunque no es raro que presenten
cualquier otra coloración
Los puntos de fusión están comprendidos entre 1100 y 1550ºC
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS TRADICIONALES
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS AVANZADOS
Son aquellos materiales cerámicos
que presentan altas prestaciones
funcionales en una serie de
propiedades específicas.
Compuestos formados por materia
prima de gran pureza química. Las
materias primas también son
minerales, pero exigen un tratamiento
especial hasta llegar al polvo
cerámico.
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS AVANZADOS
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS TÉCNICOS
Son aquellos materiales cerámicos
que se presentan altas
prestaciones funcionales técnicas
como las químicas, eléctricas,
ópticas, etc.
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS TÉCNICOS
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS REFRACTARIOS
Son aquellos materiales cerámicos
que presentan altas prestaciones
funcionales térmicas. Mantienen sus
propiedades a altas temperaturas.
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS REFRACTARIOS
Materiales Cerámicos
CERÁMICOS ESTRUCTURALES
Materiales Cerámicos
- Su estudio va encaminado a suplir la fragilidad que presentan los materiales
cerámicos convencionales, quebrándose con cargas de impacto relativamente
bajas.
- Lo que busca esta disciplina es obtener materiales de alta resistencia a la
fractura, permitiendo su utilización en la fabricación de elementos que tengan
que trabajar a altas temperaturas.
- Incorporación de células fotosensibles en las tejas,lo que las convertiría en
un elemento activo de aprovechamiento de la energía solar. El aislamiento
acústico y térmico de los materiales.
Materiales comunes: Ladrillos, Tejas, Porcelanas, etc.
Materiales Cerámicos