UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONIA

FACULTAD : Ingenieria y Ciencias Ambientales

CARRERA : Ingenieria Agroindustrial

CICLO : IV

CURSO : Ingenieria De Materiales TEMA : Estructura Atomica De La Ceramica

ALUMNOS : Pinedo Lopez Manuel Elias Ramirez Saavedra Edgar Luis Garcia Ferreira Abrahan FECHA : 22 04 - 2015

ESTRUCTURA ATOMICA DE LA CERAMICA

RESUMENLosmaterialescermicos son materiales inorgnicos compuestos por elementos metlicos y no metlicos vinculados qumicamente. Pueden ser cristalinos, no cristalinos o una mixtura de ambos.Poseen una alta dureza yresistenciaal calentamiento, pero tienden a la fractura frgil. Se caracterizan principalmente por su bajo peso, alta rigidez y baja tenacidad, alta resistencia alcalory al desgaste, poca friccin y buenas propiedades aislantes.Los materiales cermicos son baratos, pero su procesado hastaproductoterminado es normalmente lento y laborioso. Adems, la mayora de estos materiales se daa fcilmente por impacto a causa de su baja o nula ductilidad.

IntroduccinHistricamente, los cermicos se cuentan entre los materiales ms antiguos hechos porel Hombre. Si bien su invencin data del Neoltico, el primer pueblo que desarrolltcnicaspara elaborar lacermicafue el Chino, pasandoel conocimientoaJapn, laIndia, Medio Oriente,Egipto,Greciay finalmenteEuropa. Estas civilizaciones, en contraposicin a las culturas prehistricas que simplemente dejaban secar las piezas de cermicas al sol o junto a una fogata, fueron desarrollandomtodosdecoccinen hornos, lo que mejor lasprestacionesdel material y sus bondades estticas.

ClasificacinEstructuraPuede ser cristalina, no cristalina, o una mezcla de ambas. Se presentan en las ms variadas formas; deestructurasmuy simples a las ms complejasmezclasde fases. Su abundancia en lanaturalezay las diferencias que presentan en sus propiedades respecto a las de losmetaleslos convierte en materiales sumamente importantes.Segn suestructura, los cermicos pueden clasificarse en dos grandesgrupos, los cristalinos o cermicos, y los no cristalinos o vidrios. A su vez, los cristalinos pueden ser monocristalinos o policristalinos.

Cuadro 1.Clasificacin de los cermicos segn su estructura.Los que presentan estructura policristalina o no cristalina pueden a su vez ser monofsicos o polifsicos.Las cermicas cristalinas pueden clasificarse en tres grupos. Lascermicas de silicato, cuya unidad estructural fundamental es el SiO2, incluyen por ejemplo a la porcelana y los materiales refractarios. Loscermicos de xido sin silicatosson compuestos a los que se les agregan impurezas, como el Al2O3, MgO y BeO. Lascermicas sin xidos, como el ZnS, SiC yTiC, se utilizan como material para elementos calefactores de horno, as como material abrasivo.

Cuadro 2.Cermicas cristalinas.

Estructura no cristalina.Los tomos se acomodan enconjuntosirregulares y aleatorios. Los slidos no cristalinos con una composicin comparable a la de las cermicas cristalinas se denominanvidrios. La mayor parte de los vidrios que se comercializan son silicatos.

EstructuraPuede ser cristalina, no cristalina, o una mezcla de ambas. Se presentan en las ms variadas formas; de estructuras muy simples a las ms complejas mezclas de fases. Su abundancia en la naturaleza y las diferencias que presentan en sus propiedades respecto a las de los metales los convierte en materiales sumamente importantes.

Cristales cermicosHay dos caractersticas de los iones que componen los materiales cermicos cristalinos que determinan la estructura cristalina:

v Elvalorde la carga elctrica de los iones componentes.

v Los tamaos relativos de los cationes y aniones.

Con respecto a la primera, el cristal debe ser elctricamente neutro; es decir debe haber igual nmero de cargas positivas ( de los cationes) que de cargas negativas (de los aniones). La frmulaqumicade un compuesto indica la proporcin que debe haber entre cationes y aniones para que se mantenga la neutralidad. El segundo aspecto comprende el tamao de los radios inicos de los cationes y aniones RC y RA . Puesto que los elementos proporcionan electrones al ser ionizados los cationes son generalmente menores que los aniones por lo tanto RC/RA es menor que uno. Cada catin de rodear de tantos aniones vecinos ms prximos como le sea posible. Los aniones tambin se rodearn del mximo nmero de cationes posibles como vecinos ms prximos.

Las estructuras cristalinas se vuelven ms estables mientras mayor sea el nmero de aniones que rodean al catin central.

CarbonoElcarbonoes un elemento que existe en varias formas polimrficas, as como enestadoamorfo. Estegrupode materiales no cae dentro de ninguna de las clases tradicionales en que se clasifican los materiales: metales, cermicas y polmeros. Sin embargo hemos decidido nombrar estos materiales puesto que el grafito (una de las formas polimrficas) se clasifica a veces como una cermica; y tambin porque la estructura cristalina del diamante (otro polimorfo) es similar a la de la blenda ( ZnS), un compuesto cermico.

DiamanteEl diamante es un polimorfo metaestable de carbono atemperaturaambienteypresinatmosfrica. Cadatomode carbono est unido con otros cuatro tomos de carbono mediante enlaces totalmente covalentes.Se caracteriza por ser extremadamente duro (el material ms duro conocido) y por su poca conductividad elctrica

GrafitoEl grafito es otro polimorfo del carbono cuya estructura cristalina est compuesta por capas de tomos de carbono dispuestos hexagonalmente: en cada capa cada tomo de carbono est unido a tres tomos coplanales por enlaces covalentes; el cuarto electrn de enlace participa en enlaces de tipo fuerzas de van der waals entre las capas. Como consecuencia de estos enlaces interplanares dbiles, la separacin interplanar es considerable y el deslizamiento entre planos fcil. Sus propiedades: Alta conductividad elctrica, alta resistencia y buena estabilidad qumica a temperaturas elevadas.

Estructuras cermicas de silicatosMuchos materiales cermicos contienen estructuras de silicatos con tomos de silicio y oxgenos enlazados entre s en varias distribuciones. Tambin un nmero de formaciones naturales de tipo mineral tales como arcillas feldespatos y micas son silicatos; ya que el silicio y eloxgenoson los dos elementos ms abundantes encontrados en la corteza terrestre.Se caracterizan por su bajoprecio, disponibilidad y por sus propiedades especiales. Las estructuras de silicato son particularmente importantes para materiales deconstruccineningeniera: vidrios,cementoPortland, ladrillos y aislantes elctricos.

Imperfecciones en las estructuras cermicas cristalinas:

Defectos atmicos puntualesEn los materiales cristalinos cermicos los tomos existen como iones cargados. Esto hace que la estructura de defectos debe cumplir las condiciones de electroneutralidad . Por consiguiente los defectos en las cermicas no ocurren de forma aislada. Un tipo de defecto est formado por una vacante catinica y3un catin intersticial. Esto se denomina un defecto Frenkel. Puede verse como un catin que abandona su posicin normal y se mueve a una posicin intersticial manteniendo su contribucin de carga positiva, lo que asegura la neutralidad.

Otro tipo de defecto encontrado en materiales AX es un par vacante catinica- vacante aninica conocido como defecto Schottky, creado por la eliminacin de un catin y un anin desde el interior de un cristal. El hecho de que para cada vacante aninica exista una vacante catinica asegura que la neutralidad de la carga del cristal se mantenga.Estos dos defectos, por otra parte, no alteran las proporciones de aniones y cationes manteniendo laestequiometraen el material.Impurezas en cermicasLos tomos de impurezas pueden formarsolucionesslidas en los materiales cermicos tanto intersticiales como sustituciones.

En el caso de las intersticiales, los radios inicos de las impurezas deben ser pequeos en comparacin con los del anin. Una impureza sustituir al tomo disolvente que sea ms similar en elcomportamientoelctrico. Para que en el estado slido haya una solubilidad apreciable de los tomos de impurezas sustitucionales, los tamaos inicos y la carga deben ser casi iguales a los de los inoes disolventes. Si una impureza tiene una carga distinta a la del in al cual sustituyeredcomo los anteriormente descriptos.

DislocacionesEn algunos materiales cermicos incluyendo el lif, el zafiro (Al2O3) y el MgO se observan dislocaciones. Sin embargo estas no se mueven con facilidad debido a un vector de Burguers grande a la presencia de relativamente pocossistemasde deslizamientos y a la necesidad de romper enlaces inicos fuertes para despus obligar a los iones a deslizarse a los de carga opuesta. Como consecuencia las grietas no se redondean por la deformacin del material que se encuentra en la punta de la grieta y su propagacin contina. Eso es lo que hace de los cermicos, materiales frgiles.

Defectos superficialesLoslmitesde grano y las superficies de las partculas son defectos superficiales importantes en los cermicos. Un cermico con grano de tamao fino tiene mayor resistencia que uno de grano ms grueso. Los granos ms finos ayudan a reducir los esfuerzos que se desarrollan en sus bordes debido a la expansin y a la contraccin anisotrpica, Normalmente se produce un tamao de grano fino utilizando desde el principio materias primas cermicas de partculas ms finas (en el caso de sinterizado).Las superficies de las partculas que representan planos de uniones covalentes o inicas rotas y no satisfechas, son reactivas. Distintas molculas pueden ser absorbidas en la superficie para reducir la energa superficial, alterando su composicin, sus propiedades y su conformabilidad.

PorosidadEn un material cermico los poros pueden estar interconectados o bien, cerrados. La porosidad aparente mide los poros interconectados y determina la permeabilidad (facilidad con la cual pasangasesy otros fluidos a travs del cermico). Se determina pesando el material cermico seco (WD) despus de vuelve a pesar cuando est suspendido enagua(WS) y despus de que ha sido retiradoel agua(WW)

La porosidad real incluye tanto poros interconectados como cerrados

B es ladensidaden masa y c es la densidad real del cermico.Ejemplos de materiales cermicosNitruro de silicio (Si3N4), utilizado como polvo abrasivo.Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos demicroondas, en abrasivos y como material refractario.xido de cinc (ZnO), semiconductor.Magnetita (Fe3O4), es utilizado en ncleos detransformadoresmagnticos y en ncleos dememoriasmagnticas.Esteatita, utilizada como un aislante elctrico.Ladrillos, utilizados en construccin.

PROPIEDADESPropiedades elctricas de los cermicos:Los materiales cermicos se usan ampliamente en laindustriaelctrica yelectrnica. Principalmente como aislantes (dielctricos) elctricos o encapacitores.Otra aplicacin difundida es derivada de las propiedades piezoelctricas de ciertos tipos de cermicas.Propiedades de los componentes dielctricos:La unin inica y covalente en materiales cermicos restringe la movilidad de los iones y de los electrones (los cales se comporten entre dos tomos o son cedidos de un tomo a otro) y esto determina que estos materiales sean buenos aislantes elctricosExisten 3 propiedades bsicas de los componentes dielctricos.Constante dielctrica Ruptura dielctrica Factores de perdidaComportamiento dielctrico:Este tipo de material cermico presenta una estructura bipolar (entidades de cargas (+) y (-) a nivel atmico o molecular separadas) por lo en presencia de uncampo elctricoestos se orientan y es posible usarlos en capacitores.Constante dielctrica:Laconstante dielctricade un medio continuo es unapropiedadmacroscpica.El efecto de la constante dielctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador elctrico o capacitor. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dielctrico diferente delairela capacidad dealmacenamientode la carga del condensador aumenta. De hecho la relacin entre la capacidad inicialCiy la finalCfvienen dada por la constante elctrica:

La alta constante dielctrica de ciertos tipos de cermicos permite la miniaturizacin de capacitores.

C = (E. k . A) / dC: capacidadE: Permeabilidad en el vaco (ctte)k: constante dielctrica d: distancia entre placas

La tabla 10.7muestravaloresde constante dielctrica de algunos materiales aislantes cermicos.

Referencia:K Vaco1

K Aire1.00059

Rigidez dielctrica:Entendemos por rigidez dielctrica el valor lmite de la intensidad del campo elctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor (ruptura elctrica). Tambin podemos definirla como la mxima tensin que puede soportar un aislante sin perforarse. A esta tensin se la denomina tensin de rotura.Si el dielctrico es sometido a una diferencia de voltaje suficientemente alta, el esfuerzo de los electrones y los iones en su intento por pasar a travs del dielctrico puede superar la rigidez dielctrica ocasionando que el material empiece a fallar y finalmente se produzca el paso de electrones.La tabla 10.7 muestra valores de rigidez dielctrica de algunos materiales aislantes cermicos.Factor de prdida:Es una medida de la energa elctrica perdida (en forma de calor) por un capacitor en un circuito decorriente alterna.La tabla 10.7 muestra valores de factor de prdida de algunos materiales aislantes cermicos.Comportamiento piezoelctrico:Efecto electromecnico por el cual unafuerzamecnicaen un material ferro elctrico produce una respuesta elctrica o fuerzas elctricas una respuestamecnica.Algunos pocos materiales cermicos como el titanato de bario los cuales son cermicos denominados ferro elctricos que se caracterizan por ser cermicos inicos cristalinos cuyas celdas unidad no poseen centro de simetra y por ende contienen pequeos momentos dipolares que en su sumatoria darn un momento dipolar total.

En la figura superior vemos un esquema ilustrativo de dipolos dentro de un material piezoelctrico.Veamos primero que si sometemos la pieza a esfuerzos compresivos se reducir la distancia entre dipolos y por ende el momento bipolar total por unidad devolumendel material, lo cual modifica la densidad de carga en las caras de la muestra y as cambia la ddp.

En segundo lugar veamos que si aplicamos un campo elctrico la densidad de carga en los extremos de la muestra cambia lo que implica variacin en las dimensiones de la muestra

Semiconductores cermicos:Mediante soluciones slidas de xidos metlicos sintetizados de Mn, Ni, Fe, Co y Cu con alta diferencia de resistividad se pueden crearsemiconductorescon una conductividad intermedia por combinacin de xidos metlicos.EJ: El compuesto cermico magnetita Fe3O4 tiene una resistividad de 10-5 O.mLa mayora de los xidos metlicos de transicin tienen una resistividad de 10 8 O .mSi a la magnetita Fe3O4 de alta conductividad le aditamos cantidades crecientes de MgCr2O4 de alta resistividad lograremos reducir gradualmente la conductividad de la solucin slida.Aplicaciones:Circuitos integrados,transistores, microprocesadores

Propiedades trmicas de los cermicos:En general la mayora de los materiales cermicos tiene baja conductividad trmica debido a sus fuertes enlaces inicos covalentes y son buenos aislantes trmicos. La figura 10.49 compara conductividades trmicas de distintos materiales cermicos enfuncinde la temperatura. Debido a la resistencia al calentamiento son usados como refractarios.

Conductividad trmica:La conduccin trmica es un fenmeno por el cual el calor setransportede una regin de alta temperatura del material a otra de baja temperatura. La conductividad trmica caracteriza la capacidad de un material de transferir calorLos materiales que no poseen electrones libres son aislantes trmicos y solo existe transporte de calor por vibraciones de la red.Elvidrioy otras cermicas amorfas tienen conductividades menores que las cermicas cristalinas por su estructura atmica altamente desordenada e irregular.Esfuerzos trmicos tensiones:Las tensiones trmicas son tensiones inducidas en un cuerpo como resultado deCambios en la Temperatura.Tensiones resultantes de la expansin y contraccin trmicas confinadas.Lo cual puede producir fracturas y agrietamiento, lo cual se da por lo general en losprocesosde secado.Choque trmico de un material frgil:El enfriamiento rpido de un material introduce en las tensiones superficiales de reaccin, contribuyendo a la formacin de grietas y su propagacin a partir de defectos superficiales y pudiendo producir rotura. La capacidad de un material de soportar estaclasede falla se llama resistencia al choque trmico. Para un cuerpo cermico que es rpidamente enfriado, la resistencia al choque trmico depende no solo de la magnitud delcambiode la Temperatura sino tambin de las propiedades mecnicas y trmicas del material. La resistencia al choque trmico es mejor para cermicos que tienen alta resistencia a la fractura as como bajo modulo deelasticidady bajo coeficiente de expansin trmica.Porosidad:Los poros cumplen una funcin importante, al permitir soportar shocks trmicos (quebraduras como resultado del rpido cambio de temperatura). Cuando la porosidad es ms baja se produce una prdida de la capacidad aislante y de la resistencia al shock.Punto defusin:En general, los cermicos tienen alto punto defusin, debido a sus uniones inico covalentes.Propiedades mecnicas de los cermicos:Considerando a los cermicos como una clase de material, podemos decir que estos son relativamente frgiles, en estos la resistencia a la traccin (o tensin) que soportan los materiales cermicos vara enormemente pero en ningn caso soporta los 172 MpaMientras que la resistencia a la compresin es de 5 a 10 veces superior.Por lo general los materiales cermicos son duros y tienen baja resistencia al impacto debido a sus uniones inico covalentes.Mecanismos para la deformacin en cermicos:Con enlaces covalentesentre capas de tomos: en esta situacin cuando el material es sometido a una traccin lo suficientemente alta se separan las uniones de pares de electrones sin que se vuelvan a formar luego y se produce una fractura quebradiza.Es por eso que los cermicos enlazados covalententemente son frgilestangopara estructuras monocristalinas como policristalinas.Con enlace Inico:Monocristalinos:muestran deformacin plstica bajo fuerzas compresoras a temperatura ambiente. Ej.: oxido de magnesio y cloruro de sodio (sin embargo los cermicos policristalinos son los mas usados en la industria); en estos los deslizamientos se producen sobre las filas. de planos {110} donde los iones son de igual carga.Policristalinos:En regiones donde predominan los enlaces inicos, la rotura se produce por repulsin de iones de igual carga al querer producir deslizamiento sobre la flia. de planos {100}.

Factores que afectan la resistencia de los materiales cermicos:La falla mecnica en materiales cermicos se da principalmente por defectos estructurales. En cermicos policristalinos las principales causa de fractura de deben a la presencia de grietas superficiales, poros, inclusiones y granos de gran tamao.En los poros se concentran grandes esfuerzos y cuanto el esfuerzo alcance cierto valor crtico se formara una grieta y se propagara hasta que ocurre la fractura (considerando que la tenacidad de estos materiales es baja por lo que no se oponen a las propagaciones de fisuras).

Tenacidad:Los materiales cermicos debido a su combinacin de enlaces inico covalente tienen baja tenacidad.La tenacidad es la resistencia a la ruptura y a las deformaciones, y est representada por el rea bajo la curva de tensin-deformacin. Al ser sta pequea (por la falta de una etapa de deformacin plstica), la energa que pueden absorber los cermicos antes de la ruptura es poca.

La tenacidad como rea bajo la curva tensin- deformacin.A pesar de esto la tenacidad puede aumentarse mediante procesos como la presin en caliente de cermicos con aditivos y reacciones a de aglutinacin.Dureza:La gran dureza de los cermicos se debe a sus fuertes enlaces covalentes y es una de sus principales caractersticas. A razn de esto suelen ser usados como abrasivos (ej. carburo de silicio, SiC) para pulir otros materiales.Rotura por fatiga en cermicos:Como en los cermicos hay ausencia de plasticidad al ser sometidos a esfuerzos cclicos, la fractura por fatiga en materiales cermicos es poco comn.Pero existen ciertos casos comprobados como el de alumina policristalina que a temperatura ambiente despus de 79.000 compresiones cclicas presento fisura por fatiga.Cermicos tradicionales y cermicos de ingenieraOtra clasificacin de los cermicos los divide en cermicos tradicionales y de ingeniera.Cermicos tradicionales.Los cermicos tradicionales son silicoaluminados derivados de materias primasminerales. Se constituyen de tres componentes bsicos: la arcilla (SiO2Al2O3OH), slice o silex (SiO2, arena) y feldespato (SiAlO2K o SiAlO2Na).Laarcilla, a su vez, est compuesta principalmente por silicatos dealuminiohidratados con pequeas cantidades de otros xidos. Antes que el material endurezca por el fuego, las arcillas se pueden trabajar, y constituyen el cuerpo principal del material. Por su lado, elslice(SiO2, silex, arena o cuarzo) funde a altas temperaturas y constituye el componente refractario de los cermicos tradicionales. Elfeldespato potsicofunde a baja temperatura, transformndose en vidrio, formando una fase lquida que une los componentes refractarios y facilita la sinterizacin.Lasaplicaciones estructuralesde la arcilla, como los ladrillos para la construccin, las tuberas de desage, las tejas y las losetas para pisos, estn fabricadas a partir de "arcillas brutas" o naturales, las cuales contienen los tres componentes bsicos.Cermicos de ingeniera.Las cermicas tcnicas o de ingeniera son fabricados con compuestos sintticos puros o casi puros; principalmente xidos, carburos, nitruros. Algunas de las ms importantes cermicas de ingeniera son:almina(Al2O3) enindustriasmicroelectrnicas, nitruro de silicio (Si3N4) se usa paraherramientasde corte como eltorno, carburo de silicio (SiC) se utiliza como abrasivos y circonia (ZrO2) combinados con algunos otros xidos refractarios, para recubrimiento de las superaleaciones de los labes de las turbinas.Procesamiento de cermicos tradicionalesLas etapas bsicas para el procesado de cermicos son tres:1. Preparacin del material2. Moldeado(en seco o en hmedo)3. Tratamiento trmicopor secado yhorneadopor calentamiento de la pieza de cermica.Conformado, procesamiento de materiales cermicosLos materiales cermicos tiene dos propiedades que son determinantes de sus mtodos de conformado y procesado. Poseen un alto punto de fusin y casi nula deformacin trmica hasta a altas temperaturas. Estos factores hacen que la fusin de los cermicos para conformarlos y trabajarlos como lquidos sea inviable. Es por ello que se le da forma al polvo o mezcla de polvo, agua y aditivos sin previa coccin y luego se produce la liga cermica por calentamiento.El esquema de la figura muestra los distintos tipos de materiales cermicos:

Las materias primas de cada producto varan de acuerdo a las propiedades requeridas por la pieza terminada. En las cermicas tradicionales, las que se emplean con mayor frecuencia son losbarrosoarcillas.Productos de la arcillaLas arcillas contienen muchas fases, pero la ms importante es la arcilla mineral, como la caolinita, que le confiere la plasticidad. La cantidad y tipo de minerales en una arcilla varan considerablemente; sin embargo, las caractersticas comunes de todos los materiales arcillosos son una estructura lam inar y la capacidad de absorber agua en la superficie y entre esas placas.Muchos de los procesos hoy en da se producen a partir de estas materias primas, las cuales primero son sometidas por una operacin de molienda para reducir su tamao de partcula mediante un molino de bolas. El polvo obtenido tiene una buena plasticidad y su humedad vara segn elmtodode conformado a usar, pero su resistencia es baja debido a que el conformado se hace en verde. Tambin se utilizan slice y feldespatos (usados como fundentes); estos ltimos para formar una fase vtrea en las pastas, a fin de promover la vitrificacin y translucidez.La arcilla es un ingrediente barato que se encuentra en abundancia y son fciles de conformar se clasifica enproductos estructurales de arcilla(ladrillos, baldosas, tuberas) y lasporcelas(alfarera, sanitarios y vajillas). La mezcla de los ingredientes con agua es una prctica comn. El agua hace que la arcilla sea maleable, y en consecuencia, fcil de trabajar en ese estado luego para retirar la humedad es despus cocida a temperaturas elevadas y adems conferirles buena resistencia mecnica.Las arcillas son alumiosilicatos formadas por aluminia y slice que contienen agua enlazada qumicamente,Los minerales de arcilla desempean un papel fundamental en las piezas cermicas, estos cuando se aade agua, se hacen muyplsticos, (propiedad que se denomina hidroplasticidad) las molculas de agua del liquido encajan entre las capas formando una pelcula delgada alrededor de las partculas de arcilla permitindoles moverse libremente una respecto de las otras, lo cual resulta una mezcla de arcilla-aguaTcnicas de conformadoExisten diversas tcnicas, y la que se elija depende del material y de la forma, el tamao y las propiedades que se deseen para el componente terminado. Las principales clasificaciones de las tcnicas de conformado son en seco y en hmedo.Moldeos en hmedoMoldeo en barbotina o colado.En un molde de escayola (yeso) se vierte una mezcla de arcilla y agua llamada barbotina; el molde absorbe el agua de la pasta, que forma una capa delgada en su cara interna. Cuando el depsito de arcilla es lo suficientemente grueso como para formar las paredes del recipiente, se vaca el resto de la barbotina, manteniendo la pieza hmeda en el interior del molde hasta que se seque y contraiga lo suficiente parapoderextraerla del mismo. Las piezas pueden alcanzar un 9% de humedad, necesitando unsecado previoa la coccin. El molde se construye de forma que sea desmontable. Con esteprocesose fabrican los sanitarios.

Figura 4.Tiempoque permanece la barbotina en el molde, segn espesor de la pieza.Como se ve en laFigura 4, el espesor es funcin del tiempo en que se deja la barbotina en el molde de yeso. En laFigura 5se observa el proceso para una pieza maciza(a)y otra hueca(b).

Figura 5.Proceso de moldeo en barbotina para piezas macizas y huecas.Moldeo por presin.Se utiliza una pasta lquida a presin para aumentar lavelocidadde formacin de las piezas. No se utilizan moldes de escayola, ya que carecen de la resistencia y estabilidad necesarias a estas temperaturas y presiones. Las piezas suelen salir con aproximadamente 7% de humedad, por lo que es fundamental el secado de las mismas previa a la coccin. Mediante este proceso no es posible la obtencin de piezas de gran tamao debido a los alabeos que se producen en la pieza hmeda poraccinde la gravedad. Un ejemplo que utiliza esta tcnica es la vajilla.Extrusin.Una mquina de extrusin fuerza una masa plstica bastante rgida a travs de una boquilla para formar una barra deseccin constanteque puede recortarse en tramos. La arcilla se comprime en el cilindro, por medio de un pistn. Los tubos, tejas, ladrillos y algunos aislantes elctricos se fabrican por extrusin.Moldeos en secoPrensado en seco.Consiste en compactar polvos secos o ligeramente hmedos a una presin lo suficientemente alta como para formar un artculo relativamente denso y resistente que se pueda manejar. La pasta lquida se seca poratomizacin. La mezcla se da forma a alta presin en unamatrizdeacero.En general se emplean dos tipos deprensa, la hidrulica y la mecnica. Es importante que la pieza se prense, de manera que adquiera una densidad lo ms homognea posible, de lo contrario se corre el peligro de que se alabe o que se contraiga irregularmente al cocerla. Cuanto mejor fluya la mezcla durante el prensado, ms fcil ser conseguir una densidad uniforme. Elprensado por ambos extremosconfiere mayor homogeneidad que la que se conseguira si solo se actuara por arriba. Con lalubricacin de las paredesse acaba de perfeccionar la operacin.Este mtodo se usa con frecuencia para fabricar materiales refractarios, componentes cermicos electrnicos y algunas baldosas, las cuales actualmente se pueden fabricar con mayores tamaos.

AcabadoLuego del moldeo, se le da un acabado a la pieza, que, dependiendo de cada caso, constar de recorte y desbarbado, eliminacin de aletas, costuras y sobrantes (ya sea de forma automtica omanual), acabado superficial, acabado en seco (con papel de lija o cepillo) o acabado en hmedo (con esponja o pincel suave).Secado y cocidoUna pieza cermica que ha sido conformada hidroplsticamente o por moldeo en barbotina retiene mucha porosidad, y su resistencia es insuficiente para la mayora de las aplicaciones prcticas. Adems, puede contener an algo del lquido (agua, por ejemplo) aadido para ayudar a la operacin de conformado. Este lquido es eliminado en un proceso de secado; la densidad y la resistencia aumentan como resultado del tratamiento a alta temperatura o por el proceso de coccin. Las tcnicas de secado y coccin son crticas, ya que una contraccin no uniforme durante estasoperacionespuede originar tensiones que introduzcan muchos defectos, como grietas o distorsiones, que hacen que la pieza se vuelva intil.SecadoDurante el secado, elcontrolde la velocidad de eliminacin de agua es crtico. A medida que un cuerpo cermico de arcilla se seca, tambin experimenta contraccin. En las primeras etapas de secado, las partculas de arcilla estn rodeadas por una pelcula muy fina de agua. A medida que el secado progresa y se elimina agua, la distancia entre partculas disminuye, lo cual se pone de manifiesto en forma de una contraccin. El secado en la parte interna de un cuerpo se realiza por difusin de molculas de agua hasta la superficie, donde ocurre la evaporacin. Si la velocidad de evaporacin es mayor que la velocidad de difusin, la superficie se secar, y por lo tanto se encoger ms rpidamente que en el interior, con una altaprobabilidadde formacin de los defectos antes mencionados. La velocidad de evaporacin superficial debe ser, como mximo, igual a la velocidad de difusin del agua, y puede ser controlada mediante la temperatura, humedad y velocidad del flujo de aire.Otros factores tambin influyen en la contraccin. Uno de ellos es el espesor del cuerpo; la contraccin no uniforme y la formacin de defectos son ms pronunciados en las piezas de gran espesor que en las delgadas. El contenido de agua del cuerpo conformado tambin es crtico: cuanto mayor sea, mayor resultar la contraccin, y por eso se busca mantenerlo tan bajo como sea posible. El tamao de las partculas de arcilla tambin influye en la contraccin: sta aumenta cuanto menor es el tamao de partcula. Para minimizar este efecto, el tamao de las partculas puede aumentarse, o bien se pueden adicionar materiales no plsticos con partculas relativamente grandes.Secado por atomizacin.Una boquilla atomizadora en la parte superior de una gran cmara divide la pasta lquida en pequesimas gotas que caen a travs de gases calentados, de forma que cuando llegan al fondo de la cmara lo hacen en forma de pequeas esferas, a menudo huecas. Dichas esferas son barridas por un rascador giratorio hacia un transportador.

Secado de cmara.La cermica se coloca en una cmara y el ciclo se completa sinmovimientode la misma. Unos ventiladores de poca velocidad impulsan el aire a travs de serpentines de vapor, que luego llega a las piezas mediante aletas graduables.Secadores continuos.Las piezas de cermica avanzan sobre carretillas o bandas transportadoras, dispuestas en lnea recta o en capas, y van siendo sometidas a una secuencia de condiciones definidas.Coccin.La coccin de losproductoscermicos es una de las etapas ms importantes del proceso de fabricacin, ya que de ella dependen gran parte de las caractersticas del producto cermico: resistencia mecnica, estabilidad dimensional, resistencia a los agentes qumicos, facilidad de limpieza, resistencia al fuego, etctera. Lasvariablesfundamentales a considerar en la etapa de coccin son elciclo trmico(temperatura-tiempo, ver Figura 8), y laatmsfera del horno, que deben adaptarse a cada composicin ytecnologade fabricacin, dependiendo del producto cermico que se desee obtener.

Figura 8.Ciclo trmico de coccin.La operacin de coccin consiste en someter a las piezas a unciclo trmico, durante el cual tienen lugar una serie de reacciones en la pieza que provocan cambios en su microestructura y les confieren las propiedades finales deseadas. A medida que la temperatura va aumentando, se van quemando los distintos materiales que componen la cermica. Entre 300 y 400 0C se quema lamateriaorgnica que es la que permite mantener la forma como fue moldeada. A los 700 0C se queman los carbonatos producindose la liga de la cermica (cohesin). A los 800 0C se produce la reaccin entre las materias primas (arcilla, feldespato, etc.). El quemado es hecho a una temperatura por debajo del punto de derretimiento de la cermica.Siempre queda alguna porosidad, pero la real ventaja de este mtodo es que la hornada puede ser producida de cualquier modo imaginable, e incluso puede ser sinterizado. La temperatura mxima de coccin depende del producto deseado; por ejemplo, para la porcelana, que necesita ser de grancalidadcon poca porosidad, se eleva la temperatura a 1370 0C. Para la loza sanitaria, que no precisa tanta calidad, se lleva a 1270 0C.Coccin rpida.La coccin rpida de las baldosas cermicas, actualmente predominante, se realiza en hornos monoestrato de rodillos, los que han permitido reducir extraordinariamente la duracin de los ciclos de coccin hasta tiempos inferiores a los 40 minutos, debido a la mejora de los coeficientes de transmisin de calor de las piezas, y a la uniformidad y flexibilidad de los mismos.En los hornos monoestrato, las piezas se mueven por encima de los rodillos, y el calor necesario para su coccin es aportado por quemadoresgas natural-aire, situados en las paredes del horno. Los mecanismos principales de transmisin de calor presentes durante este proceso son la conveccin y laradiacin.Procesamiento y aplicacin de cermicos avanzadosLos cermicos estructurales avanzados estn diseados para optimizar las propiedades mecnicas a temperaturas elevadas. A fin de alcanzar estas propiedades, se requiere, en comparacin con la cermica tradicional, un control excepcional de la pureza, del procesamiento y de la microestructura. Se utilizan tcnicas especiales para conformar estos materiales en productos tilesCompresin isostticaMuchos de los cermicos ms avanzados empiezan en forma de polvo, se mezclan con un lubricante para mejorar su composicin, y se prensan para darles forma, la cual, una vez comprimida, se sintetiza para que se desarrolle la micro estructura y propied eridas.

En algunos casos, particularmente en cermicos avanzados, el conformado por compactacin de polvos se efecta a altas temperaturas, mediante prensas calientes o por compresin isosttica en caliente. En esteprocesolos polvos se llevan en recipientes metlicos o devidrio; entonces se calientan y compactan simultneamente en un recipiente degasinerte apresin. Esto permite utilizar menos lubricantes y disminuye la porosidad, manteniendo propiedades mecnicas deseables.La humedad remante en la pieza y la porosidad son muy bajas, por lo que se pueden conformar piezas de mayor tamaos sin las complicaciones de alabeos que se obtendran en elmtodode moldeo en barbotina o colado. Ejemplos, piezas paramotor, turbinas, refractarios porcelanatos y piezas relativamente grandes y simples.Sinterizado:transformacin de unproductoporoso en compactoEn los casos que no se desea la vitrificacin en vez de ello se consigue laresistenciadeseada mediante la difusin.Durante el sinterizado, primero los iones se difunden a lo largo de los bordes y superficies de grano, hacia los puntos de contacto entre partculas, generando puentes y conexiones entre granos individuales (figura 14-36).

Una difusin adicional de los bordes de grano reduce los poros, incrementando ladensidady, al mismotiempo, los poros se hacen ms redondos. Partculas inicialmente ms finas y temperaturas ms altas aceleran lavelocidadde reduccin de poros.Incluso despus de largos tiempos de sinterizado todava podra quedar porosidad en la piezacermicay laprobabilidadde falla puede ser muy alta. Es posible agregar aditivos a las materias primas para facilitar eldesarrollode una mxima densidad. Sin embargo estos aditivos del sinterizado tpicamente realizan lo anterior introduciendo una fase vitrea de bajo punto defusin. Aunque se consigue minimizar la porosidad, otras propiedades, como la resistencia a la temofluencia, se deterioran.Unin por reaccinAlgunosmaterialescermicos, como el Si3N4, se producen mediante unin por reaccin. El silicio se conforma y a continuacin se le hace reaccionar con nitrgeno para formar el nitruro. La unin por reaccin, que se puede efectuar a temperaturas ms bajas proporciona un mejorcontroldimensional, en comparacin con la compresin en caliente. Sin embargo, se obtienen densidades y propiedades mecnicas menores.Unin y ensamble de piezas cermicasCuando dos componentes cermicos se ponen en contacto bajo carga, en la superficie frgil se crean concentraciones de esfuerzos, lo cual provoca una mayorprobabilidadde falla.Adems, losmtodospara unir piezas cermicas son limitados. Los cermicos frgiles no se pueden unir porprocesosdesoldaduraporfusino de unin por deformacin. A bajas temperaturas, se pueden conseguir uniones adhesivas utilizando materiales polimricos; a temperaturas superiores se pueden utilizar cementos cermicos. La unin por difusin se utiliza para unir cermicos entre s conmetales.RefractariosLos materiales refractarios deben soportar altatemperaturasin corroerse o debilitarse por el entorno y cuenta adems con la capacidad de producir aislamiento trmicoLos refractarios se dividen en tresgrupos, cido, bsico y neutro, con base en sucomportamientoqumicoRefractarios cidosLos refractarioscidoscomunes incluyen las arcillas de slice, dealminay refractarios de arcilla Cuando al slice se le agrega una pequea cantidad de almina, el refractario contiene un microconstituyente eutctico con punto de fusin muy bajo y no es adecuado para aplicaciones refractarias por encima de los 1600C, temperatura que frecuentemente se requiere para fabricar aceros.

Sin embargo, cuando se le agregan mayores cantidades de almina, la microestructura adquiere una alta temperatura de fusin. Estos refractarios de arcilla por lo general son relativamente dbiles, pero poco costosos.Refractarios bsicosVarios refractarios se basan en el MgO (magnesia). El MgO puro tiene un punto de fusin alto, buena refractariedad y buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentran en los procesos de fabricacin deacero. Los refractario bsicos son ms costosos que los refractarios cidos.Refractarios neutrosEstos refractarios pueden ser utilizados para separar refractarios cidos de los bsicos, impidiendo que una ataque al otro.Refractarios especialesElcarbono, o grafito, es utilizado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente cuando no hayoxgenofcilmente disponible. Otros materiales refractarios incluyen diversidad de nitruros, carburos y boruros. La mayor parte de los carburos, elTiCy el ZrC no resisten bien la oxidacin y sus aplicaciones a alta temperatura son ms adecuadas para situaciones de reduccin. Sin embargo, el carburo de silicio es una excepcin; cuando se oxida el SiC a alta temperatura, se forma en la superficie una capa delgada de Si02, protegindolos contra oxidacin adicional hasta aproximadamente los 1500C. Los nitruros y los boruros tambin tienen temperaturas de fusin altas y son menos susceptibles a la oxidacin. Algunos de los xidos y los nitruros son candidatos para uso en turborreactores.

CementosAdems de su uso en laproduccinde materiales para laconstruccin, en aparatos domsticos, en materiales estructurales y refractarios, los materiales cermicos encuentran toda una infinidad de aplicaciones, incluyendo las siguientes.En un proceso conocido como cementacin, las materias primas cermicas se unen utilizando un aglutinante que no requiere horneado o sinterizado. Una reaccinqumicaconvierte una resina lquida en un slido que une las partculas.Se clasifican como cementos inorgnicos a varios materiales cermicos familiares:Cemento, yeso y caliza, los cuales al mezclares conaguaforman una pasta que al fraguar endurecenLa reaccin de cementacin ms comn e importante ocurre en el cemento Portland, utilizado para producir elconcretocuyas propiedades incluidas el tiempo de fraguado y la resistencia final depende en gran medida de su composicin.Las reacciones hidrostticas empiezan justo cuando se aade agua. Primero se pone de manifiesto como fraguado (aumento de la rigidez de la pasta). El endurecimiento de la pasta tiene lugar como resultado de la hidratacin, un proceso relativamente lento que puede continuar por varios aos. El cemento no se endurece por secado, sino por hidratacin, en cuyo proceso participa una reaccin deenlaces qumicos.

AbrasivosSon utilizados para desgastar, desbastar o cortar a otros materiales, los cuales son necesariamente ms blandos. Por consiguiente, la principal caracterstica de estegrupode materiales es su dureza o resistencia al desgaste y alto grado de tenacidad para que las partculas abrasivas no se fracturen fcilmente.Las cermicas abrasivas ms comunes son el carburo de silicio, el carburo de tungsteno, el oxido dealuminioy la arena de slice.

VIDRIOSEs un material slido deestructuraamorfa, que se obtiene por enfriamiento rpido de una m asa fundida lo cual impide su cristalizacin. De aqu surge otra definicin que dice que el vidrio es un lquido sobreenfriado. Esto quiere decir, de altsimaviscosidada temperaturaambiente, por lo que parece un slido. Cuando se encuentra a 1450C es un lquido de baja viscosidad. A esa temperatura su temperatura su viscosidad es parecida a la de la miel. A temperatura ambiente el vidrio se comporta estructuralmente como un lquido congelado, dicho de otra forma es un lquido que se enfra tan rpidamente que es imposible que se formen cristales. Cuando el vidrio se enfra lentamente se forman cristales de vidrio, fenmeno que se conoce como desvitrificacin. Los artculos hechos con vidrio desvitrificado tienen poca resistenciafsica.Los vidrios ms comunes (comerciales) estn compuestos en un 70% por SiO2, 15% de Na2O, 12% de CaO. Y un 3% de diversos xidos (de aluminio, magnesio, etc).ESTRUCTURALa mayora de los vidrios de uso comercial estn basados en el oxido de silicio, (SiO2), como formador de vidrio, donde la subunidad fundamental es el tetraedro SiO4, en donde untomode silicio se encuentra covalentemente enlazado a cuatro tomos deoxigeno. Pueden tener algunos iones modificadores adicionales que son xidos como el CaO, Na2O que proporcionan cationes y oxgenos no enlazantes, la presencia de estos modificadores disminuye la viscosidad del vidrio a altas temperaturas haciendo que este sea ms fcil de moldear.Cuando solo est presente la slice (SiO2) el vidrio es muy rgido hacindolo t il para aplicaciones en que se requiere una pequea expansin trmica, pero por esta razn es muy viscoso y difcil de moldear enestadoliquido lo que limita su uso.

1-Tetraedro de silicio rodeado de cuatro tomos de oxgeno.En un cristal como el de la figura 2(a) los tomos siguen un patrn estricto de orientacin que se repite n veces, siempre de la misma manera. En un vidrio, los enlaces Si-O-Si no tienen una orientacin determinada (figura 2 (b)); la distancia de separacin entre los tomos de Si y O no es homognea, las unidades tetradricas no se repiten con regularidad y el compuesto est desordenado.

Figura 2. Representacin grfica de las diferencias estructurales entre un cristal (a) y un vidrio (b).PROPIEDADESLos vidrios no solidifican igual que los materiales cristalinos, este se hace cada vez ms viscoso a medida que la temperatura disminuye aunque no existe una temperatura definida en la cual solidifique.Con el estudio de relacin entre la temperatura y elvolumenespecfico podemos diferenciar un slido cristalino de uno no cristalino. En los materiales cristalinos hay una disminucin discontinua del volumen a temperatura constante encambioen los materiales vtreos el volumen disminuye continuamente con la disminucin de la temperatura. Se observa un pequeo cambio en la pendiente a una temperatura llamada temperatura de transicin vtrea, por debajo de esta temperatura el material es un vidrio y por encima es un liquido subenfriado y luego un liquido

FIG 3CARACTERISTICAS FISICASResistencia mecnicaEl vidrio tiene propiedades mecnicas que lo asemejan, por as decirlo, a los slidos cristalinos. No es, por lo tanto, dctil ni maleable. No sufre de formacin permanente poraccinde un esfuerzo, sino que alcanzado el lmite de resistencia se produce su fractura. La rotura se produce siempre por un esfuerzo de traccin, no por compresin.En lneas generales podemos decir que la resistencia intrnseca del vidrio es sumamente elevada, comparable a la del acero.Resistencia trmicasta es unapropiedadimportante que se pretende en la mayora de los vidrios, particularmente en aquellos que, como ocurre en muchosproductosalimenticios y medicinales, deban soportar en su utilizacin cambios de temperatura relativamente bruscos, en especial, en los procesos de lavado, llenado en caliente, pasteurizado, esterilizacin, uso con comidas, etc.Respecto de esta resistencia, debemos sealar que la rotura no se produce por el cambio de temperatura en s, sino por el esfuerzo mecnico de traccin provocado por el salto trmico. ste no es ms que un medio para Producir esfuerzos de traccin debido a las contracciones desiguales producidas por el enfriamiento ms o menos brusco delensayo.TECNICAS DE PROCESAMIENTO Soplado - sopladoEn la operacin de soplado por boca, una varilla dehierrohueca o "caa" es sumergida en un crisol que contiene el vidrio fundido, para recoger una porcin en la punta por rotacin de la caa. El vidrio tomado, es enfriado a cerca de 1000C y rotado contra una pieza de hierro para hacer una preforma. La preforma es entonces manipulada para permitir su estiramiento, nuevamente calentada y soplada para que tome una forma semejante a la del artculo que se quiere formar, siendo luego colocada en el interior de un molde de hierro omaderay soplada para darle su forma final. Se lo utiliza generalmente para el conformado de botellas.

Prensado- sopladoUn vstago es utilizado para dar forma a la superficie interior del artculo, al empujar el vidrio contra el molde exterior. El prensado puede ser hecho tanto con la ayuda de un operador, como en forma completamente automtica. Luego se realiza un soplado para obtener la forma final.

Por flotacin:En este proceso el vidrio es mantenido en unaatmsfera qumicamente controlada a una temperatura suficientemente alta (1000 C) y por un tiempo suficientemente largo como para que el vidrio fundido quede libre de irregularidades y su superficie llegue a ser plana y paralela. En esta condicin, el vidrio es vertido sobre una superficie deestaofundido, que al ser perfectamente plana permite obtener tambin un producto de estas caractersticas.La lmina es enfriada mientras an avanza a lo largo del estao fundido, hasta que la superficie alcanza una consistencia suficientemente como para ser transportada sobre una cinta sin que el vidrio quede marcado (aproximadamente 600C). La lmina entonces pasa a travs de un horno tnel de recocido, mientras es transportada camino a su almacenaje, dondecomputadorasdeterminarn el corte de la lmina para satisfacer las ordenes de losclientes. Su aplicacin ms importante es para el conformado de ventanas.

Por estirado:Se utiliza para formar piezas largas, se consiguen vidrios planos de espesor uniforme y superficies planas. Se trata de extraer verticalmente, a partir de un bao fundido de vidrio contenido en un horno de balsa, obteniendo lminas, barras, tubos y fibras.Por estirado para formar fibras de vidrio: El vidrio fundido est contenido en una cmara calentada conresistenciasde platino. La fibra se forma haciendo pasar el vidrio fundido a travs de pequeos orificios en la base de la cmara.

TRATAMIENTOS TERMICOSRecocidoEl proceso de recocido es utilizado para liberar las tensiones internas, que se producen debido al rpido e irregular enfriamiento de la pieza de vidrio durante la operacin de formado.Para ello la pieza es vuelta a calentar y luego enfriada lentamente.La operacin se realiza utilizando para ello un horno tnel de recocido, que consiste bsicamente en una serie de quemadores dispuestos en un horno largo, a travs del cual son llevadas las piezas de vidrio.TempladoLa pieza de vidrio se calienta a una temperatura mayor a la de transicin vtrea y se enfra rpidamente a temperatura ambiente. Primero la superficie se enfra ms rpidamente y una vez que alcanza una temperatura inferior al punto de deformacin esta adquiere rigidez, en este momento el interior esta a una temperatura superior y todava es plstica, al seguir con el enfriamiento el interior intenta contraerse en un grado mayor que el que le permite la superficie rgida exterior y tiende a tirarla hacia adentro. Como consecuencia la pieza soporta esfuerzos de compresin en la superficie con esfuerzo de traccin en el interior, aumentando su resistencia a la formacin de grietas por traccin, logrndose mejores propiedades mecnicas.Esta tcnica se utiliza cuando se desea una alta resistencia.

Autor:Paralieu GastnP-2840/1 Est. Avanzado de Ing. IndustrialFacultad de Ciencias Exactas, Ingeniera y Agrimensura.

. MATERIALES CERAMICOS Son materiales que contienen tanto compuestos de elementos metlicos como no metlicos, que estn unidos por enlaces inico y/o covalentes; Caractersticas: Son duros y frgiles (baja tenacidad y ductilidad) Alto punto de fusin (Refractarios) Baja conductividad elctrica y trmica (aislantes) Adecuada estabilidad qumica y trmica 2. En estos materiales: Los sistemas cbicos, hexagonales,tetragonales y ortorrmbicos son los ms importantes.Enlaces inico y covalente. Estos les confieren una altaestabilidad y son resistentes a las alteraciones qumicas. Songeneralmente aislantes (bajsima conductividad).Ej. MgO 63 % inico y 27 % covalente SiO2 51 % inico y 49 % covalente Si3N4 30 % inico y 70 % covalente SiC - 11 % inico y 89 % covalente 3. Tienen estructura cristalina mas compleja que la de losmateriales metlicos.Hay varias razones para esto:1. Los tomos son de diferente tamaos.2. Las fuerzas inicas son tambin diferentes para cada materialcermico (slice SiO2 diferente de la almina Al2O4).3. Unin de ms de dos elementos (xidos complejos, MgAl2O4) 4. - Tamao relativo de los iones (nmero de coordinacin)- Equilibrio de cargasEj: CsCl Cs un in positivo Cl un in negativo AL2O3 Al 2x3 iones positivos O 3x2 iones negativos 6 cargas positivas 6 cargas negativas 5. Localizacin de los iones: Aristas e intersticiosLos intersticios pueden ser: Cbicos, octadricos y tetradricos 6. Clasificacin de los cermicos.1. Segn su composicin:GRUPO I. Comprende los materiales construidospredominantemente por silicatos de aluminio (arcilla, caoln,etc.), los ms conocidos son la porcelana y la loza vidriada.GRUPO II. Comprende los materiales en cuya constitucinentra en gran proporcin, los silicatos magnsicos (talco), elms representativo es la esteatita.GRUPO III. En este grupo se incluyen los materialescermicos con alta proporcin de compuestos de titanio(principalmente, xidos y silicatos). Los ms empleados sonlos que emplean el bixido de titanio como material bsico, yque se conocen con los nombres comerciales de Condensa,Kerafar, etc 7. GRUPO IV. En este grupo estn incluidos los materiales abase de mezclas que contienen sustancias arcillosas yesteatitas en proporciones adecuadas, de forma que elmaterial acabado tiene un coeficiente de dilatacin muyreducido. Se conocen con varios nombres comerciales, talescomo Ardostam, Sipa, etc.GRUPO V. Al contrario que en los grupos anteriores, los deeste grupo tienen estructura porosa. Estn constituidos abase de masas arcillosas o de silicatos de magnesio y secaracterizan, sobres todo, por su gran resistencia al calor. Seconocen con diversos nombres comerciales: Magnesolita,Termisol, Calodur, Morganita, etc. 8. 2. Segn su estructura:- Cristalinos. Cuando estn constituidos por tomosperfectamente ordenados en el espacio. En este grupo seencuentran englobados los metales, los materialescermicos y algunos polmeros que poseen regularidadsuficiente.- Amorfos. Cuando solamente presentan una ordenacinespacial a corta distancia. Es el caso de los vidrios y de lospolmeros vtreos. 9. Cermicos cristalinosSe obtienen a partir de slice fundida. Tanto el proceso defusin como el de solidificacin posterior son lentos, lo quepermite a los tomos ordenarse en cristales regulares.Presentan una gran resistencia mecnica y soportan altastemperaturas, superiores a la de reblandecimiento de lamayora de los vidrios refractarios. 10. Cermicos no cristalinosSe obtienen tambin a partir de slice pero, en este caso, elproceso de enfriamiento es rpido, lo que impide el procesode cristalizacin. El slido es amorfo, ya que los tomos nose ordenan de ningn modo preestablecidos. 11. CERAMICOS CRISTALINOSa. Estructura del cloruro de Sodio (NaCl). La estructura esFCC, los 4 cationes estn colocados en vrtices normales ylos 4 aniones ocupan las posiciones octadricas. La relacinde radios establece un nmero de coordinacin igual a 6.Ej: MgO, CaO, NiO y FeO, tienen esta estructura 12. b. Estructura del cloruro de Cesio (CsCl). La estructura es BCC, con el sitio intersticial cbico ocupado por un anin. El nmero de coordinacin es 8. Ej: CsBr, TlCl, TlBr, AgMg, LiMg, AlNi y -CuZn 13. c. Estructura de la blenda de Zinc (ZnS). La estructura es FCC, con cuatro cationes en la posiciones normales y cuatro aniones en la mitad de las ocho posiciones tetradricas. El nmero de coordinacin es 4. Ej: CdS, InAs y ZnSe 14. d. Estructura de la fluorita (CaF2). La estructura es FCC, con aniones localizados en la totalidad de las posiciones tetradricas. Existen cuatro cationes y ocho aniones por celda. El nmero de coordinacin de los cationes es 8 y el de los aniones es 4 Ej: UO2, BaF2, AuAl2 y PbMg2 15. e. Estructura de la antifluorita (Li2O). La estructura es FCC, con cationes localizados en la totalidad de las posiciones tetradricas. Existen ocho cationes y cuatro aniones por celda. El nmero de coordinacin de los cationes es 4 y el de los aniones es 8 Ej:Li2O, Na2O, K2O, Mg2Si 16. f. Estructuras de los silicatosSe basan en el tetraedro de slice SiO44 - , los iones deoxgeno situados en las esquinas del tetraedro.Gran nmero de materiales cermicos contienenestructuras de silicatos: arcillas, feldespatos y micas. 17. El enlace Si-O es, aproximadamente, 50 % de covalente y 50 % inico, segn la ecuacin de Pauling. La razn de radios del enlace Si-O es de 0,29, que est en el intervalo de la coordinacin tetradrico. Como cada oxgeno del tetraedro de silicato tiene un electrn disponible para enlazarse, se pueden producir muy diferentes tipos de estructuras de silicato.Estructuras pueden ser de islas, cadenas, anillos y laminas. 18. Estn formados por la unin de dos tetraedros quecomparten un Oxgeno. Por ejemplo, epidoto. 19. Los tetraedros comparten dos Oxgenos, formandoanillos. Por ejemplo, berilo 20. Los tetraedros se enlazan formando cadenas indefinidas.Estas cadenas pueden ser simples o dobles. Por ejemplo,piroxenos 21. Cada tetraedro comparte con los tres inmediatos tresOxgenos, pero slo en dos dimensiones, dando lugar aestructuras laminares. Por ejemplo, micas. 22. Cada tetraedro comparte sus cuatro Oxgenos con otrostantos tetraedros, dando lugar a formas tridimensionales.Por ejemplo, cuarzo. 23. Figura (a) Isla de ortosilicatos, (b) Isla de pirosilicatos, ( c) Cadena y(d) anillo.La slice es un componente importante de muchos materialescermicos tradicionales y muchos tipos de vidrio. 24. Compuestos de silicato. Cuando dos iones Mg2 + se combinan con un tetraedro, se produce un compuesto Mg2SiO4 (Forsterita). Estos grupos producen una estructura cristalina tridimensional Tambin presenta esta estructura el Fe2SiO4 (olivina) Estructura de anillos y cadena. Cuando se comparten dos vrtices del tetraedro, se forman anillos y cadenas con la frmula (SiO3)n2n Tambin presenta esta estructura el CaSiO3, el Be3Al2Si6O18 y el MgSiO3 25. Estructuras laminares. Se forman cuando tres vrtices en el mismoplano de un tetraedro de slice se enlazan a los vrtices de otros trestetraedros. Tienen como formula unidad Si2O5, los tetraedros secombinan para formar estructuras laminares. La arcilla y la mica.Slice. Cuando se comparten los cuatro vrtices del tetraedro, seobtiene la slice SiO2. La slice existe en muchas formas polimrficas y los rangos detemperatura son:Cuarzo inferior por debajo de 573 oC.Cuarzo superior entre 573 y 867 oC.Tridimita superior entre 867 y 1470 oC.Cristobalita superior entre 1470 y 1710 oC.Por encima de 1710 oC. La slice es lquida 26. g. Estructuras de xidos complejos Se basan en un sistema cbico y se localizan ms de dos tipos de iones en la celda unitaria. La posicin octadrica como la tetradrica est parcial o completamente ocupadas por iones 27. ESPINELASSon xidos de frmula ideal AB2O4, donde A es un catindivalente y B es un catin trivalente. El xido MgAl2O4, laespinela, da nombre a esta familia de compuestos. Cuandoen una red de iones xido existe ms de un tipo de in, o elmismo en diferentes estados de oxidacin, tenemos losdenominados xidos mixtos.La estructura de la espinela se puede describir como unempaquetamiento cbico compacto de oxgenos con losiones Mg ocupando 1/8 de las posiciones tetradricas y losiones Al en 1/2 de las posiciones octadricas: 28. Base (14 iones):2 Mg2+4 Al3+8 O2-56 iones por celdillaOtras espinelas son el NiAl2O4,ZnAl2O4 y ZnFe2O4 29. Estructura de la Perovskita. Las esferas rojas son tomos de oxgeno, las azuloscuro son los pequeos cationes del metal B, y las verdes son los cationesmetlicos A ms voluminosos 30. PerovskitaLa frmula qumica bsica sigue el patrn ABO3, donde A y Bson cationes de diferentes tamaos (por ejemplo, LaMnO3).A es un catin grande y puede ser un alcalino, alcalinotrreoo lantnido, y B es un catin de tamao medio conpreferencia por la coordinacin octadrica, normalmente unmetal de transicin. 31. Relacin entre los radios inicos y los parmetros de red dealgunas estructuras cermicasEstructura del cloruro de sodioEstructura de la blenda de zincEstructura del cloruro de cesioEstructura de la fluorita 32. PROPIEDADES MECNICASLos materiales cermicos son generalmente frgiles ovidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos detensin y presentan poca elasticidad, dado que tienden aser materiales porosos. Los poros y otras imperfeccionesmicroscpicas actan como entallas o concentradores deesfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzosmencionados.Los cermicos son relativamente frgiles. Laresistencia a la tensin observada en los cermicosvaria mucho, en un intervalo que abarca desde valoresmuy bajos de menos de 100 psi (0,69 Mpa) hasta10000000 psi (7000 Mpa) para fibras cermicas. 33. El mdulo de elasticidad alcanza valores bastante altos delorden de 311 GPa en el caso del Carburo de Titanio (TiC). Elvalor del mdulo de elasticidad depende de la temperatura,disminuyendo de forma no lineal al aumentar sta.Estos materiales muestran deformaciones plsticas. Sinembargo, debido a la rigidez de la estructura de loscomponentes cristalinos hay pocos sistemas dedeslizamientos para dislocaciones de movimiento y ladeformacin ocurre de forma muy lenta. Con los materialesno cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principalcausa de la deformacin plstica, y tambin es muy lenta.Aun as, es omitido en muchas aplicaciones de materialescermicos. 34. Tienen elevada resistencia a la compresin si lacomparamos con los metales incluso a temperaturas altas(hasta 1.500 C). Bajo cargas de compresin las grietasincipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas detraccin o cizalladura las grietas tienden a separarse, dandolugar a la fractura.Los valores de tenacidad de fractura en los materialescermicos son muy bajos (apenas sobrepasan el valor de 1MPa.m1/2), valores que pueden ser aumentadosconsiderablemente mediante mtodos como elreforzamiento mediante fibras o la transformacin de faseen circonia. 35. Una propiedad importante es el mantenimiento de laspropiedades mecnicas a altas temperaturas. Su grandureza los hace un material ampliamente utilizado comoabrasivo y como puntas cortantes de herramientas.Los materiales cermicos deberan ser mas resistentes quelos materiales metlicos pero su fina estructura de susenlaces evitan que hayan deslizamientos, mecanismo basepara un deformacin clsica. 36. Los materiales cermicos al igual que los metales, tienenlas mismas imperfecciones cristalinas (vacantes, tomosdesacomodados, pequeas fisuras y grietas), todo esotiende a concentrar esfuerzos y el material metlico fallapor fractura. 37. PROPIEDADES TRMICASLa mayora de los materiales cermicos tienen bajasconductividades trmicas debido a sus fuertes enlacesinico/covalentes. La diferencia de energa entre la bandade valencia y la banda de conduccin en estos materialeses demasiado grande como para que se exciten muchoselectrones hacia la banda de conduccin, por este echoson buenos aislantes trmicos.Debido a su alta resistencia al calor son usados comorefractarios, y estos refractarios son utilizados en lasindustrias metalrgicas, qumicas cermicas y del vidrio. 38. PROPIEDADES PTICASSe relacionan con la interrelacin entre un material y lasradiaciones electromagnticas en forma de ondas opartculas de energa, conocidas como fotones.Estas radiaciones pueden tener caractersticas que entrenen nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojohumano. Esta interaccin produce una diversidad de efectos,como absorcin, transmisin, reflexin, refraccin y uncomportamiento electrnico. 39. ndices de refraccin varan entre 1.5 y 2.5Velocidad de la luz considerablemente menor en el slido queel aire.Reflectividad : fraccin de luz reflejada en una entrecara. amedida que aumenta el ndice de refraccin aumenta lacantidad de luz reflejada se reduce la entrada de luz en elmaterial.Recubrimientos con esmaltes vtreos: Se desea altareflectividad que da lugar a un alto brillo superficialPara las lentes oftalmolgicas este efecto produce unaprdida de luz indeseable. 40. PROPIEDADES ELCTRICASDistinguimos los tres posibles tipos:Aislantes (la mayora)SemiconductoresConductoresAISLANTES O DIELECTRICOS: Son aquellos cuyoselectrones estn fuertemente ligados al ncleo y por tanto,son incapaces de desplazarse por el interior y,consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son porejemplo: la mica, la porcelana, el polister; en lo que integranuna gran cantidad de materiales cermicos y materialespolmeros. 41. CONDUCTORES: Son aquellos con gran nmero deelectrones en la Banda de Conduccin, es decir, con granfacilidad para conducir la electricidad (gran conductividad).Todos los metales son conductores, unos mejores que otros.Alta resistividadBajas prdidas por corrientes parsitasBaja induccin de saturacinBajas prdidas por histresisSEMICONDUCTORES: Son materiales poco conductores,pero sus electrones pueden saltar fcilmente de la Banda deValencia a la de Conduccin, si se les comunica energaexterior. Algunos ejemplos son: el Silicio, el Germanio, elArseniuro de Galio; principalmente cermicos 42. PROPIEDADES MAGNTICASNo suelen presentar propiedades magnticas, sin embargopodemos encontrar cermicas con propiedades magnticasde gran importancia como ferritas y granates. stas son lasllamadas cermicas ferrimagnticas. En estas cermicas losdiferentes iones tienen momentos magnticos distintos, estoconduce a que al aplicar un campo magntico se produzcacomo resultado una imantacin neta. 43. PROPIEDADES FSICAS- Pesan menos que los metales, pero ms que los polmeros.- Baja conductividad elctrica.- Baja conductividad trmica.- Baja expansin y fallas trmicas. 44. RESISTENCIA A LA TEMPERATURA Esta propiedad se fundamenta en tres caractersticas de los materiales cermicos: elevado punto de fusin, bajo coeficiente de dilatacin y baja conductividad trmica. Su elevado punto de fusin supera el de todos los metales, si exceptuamos el Wolframio. Su bajo coeficiente de dilatacin los hace particularmente resistentes a los choques trmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios de volumen que determinan la aparicin de gritas y su posterior rotura. Su baja conductividad trmica permite su empleo como aislantes. 45. RESISTENCIA A LOS AGENTES QUMICOS La estructura atmica de los materiales cermicos es la responsable de su gran estabilidad qumica, que se manifiesta en su resistencia a la degradacin ambiental y a los agentes qumicos. Las aplicaciones de los diferentes tipos de materiales dependen de su estructura y de los agentes qumicos a que vayan ser sometidos. La almina de elevada pureza se emplea en prtesis o implantes seos o dentales por su resistencia al desgaste y a la corrosin, y su gran estabilidad a lo largo del tiempo.

46. MATERIALES CERAMICOS NO CRISTALINOSMateriales que s rigidizan sin cristalizarse (amorfos)produce cuando las cadenas lineales adquieren unordenamiento

47. Componentes importantes del vidrio son:a. Formadores de vidrio. Los xidos tpicos para vidrios son: SiO2, B2O3, GeO2, P2O5, AsO5 y AsO3b. Modificadores. No forman vidrios por si mismos sino que se aaden en cantidades limitadas para reducir su viscosidad y as permitir trabajarlo. Ej: Na2O, CaO, K2Oc. Intermedios. Elementos que no forman vidrios por si mismos, se aaden en cantidades muy grandes a la slice, para obtener propiedades especiales. Ej: PbO, Al2O3

48. TIPOS DE VIDRIOSa. Vidrios de slice (99,5 SiO2). Difciles de fundir, resisten hasta 1000 oC. Muy baja expansin y alta resistencia al choque trmicob. Vidrios de sosa-calcica (72 SiO2, 13 Na2O, 1 Al2O3 y 11 CaO). Fcilmente fabricables, vidrio ampliamente utilizadoc. Vidrios de borosilicatos (80,5 SiO2, 3,8 Na2O, 2,2 Al2O3 y 12,9 B2O3). Buena resistencia al choque trmico y estabilidad qumica (Pyrex)

49. d. Vidrios alumino-silicatos (57 SiO2, 20,5 Al2O3, 5,5 CaOy 12 MgO). Resistencia a altas