materiales cerámicos

Materiales Cerámicos

Los materiales cerámicos son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas, constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos entre si principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes; con gran aplicación en la alfarería , construcción, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos.

ESTRUCTURA DE CERAMICOS

• Estructura Cristalina

• Enlaces Iónicos

• Imperfecciones

Estructuras cristalinas

Un gran número de materiales cerámicos poseen estructuras típicas como la estructura del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (Caf2). Sin embargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinas más complicadas y variadas.

Estructuras cristalinas mas destacadas

Estructura perovskita (CaTiO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario y oxigeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones oxido en el centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxigeno


• Estructura del corindón (Al2O3). Es similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de metal y 18 de oxigeno


• Estructura de espinela (MgAl2O4). Donde los iones oxigeno forman un retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en particular.


• Estructura de grafito. Tiene una estructura hexagonal compacta

Estructuras Iónicos

• Se caracterizan por tener enlace covalente y iónico, más fuerte que el enlace metálico y son la causa de su dureza y tenacidad, la forma de sujeción de los electrones en las moléculas de estos elementos hacen que sean conductores pobres.

• Los fuertes enlaces dotan a estos materiales de altas temperaturas de fusión.

• Tienen estructura cristalina mas compleja que la de los materiales metálicos.

Imperfecciones

Defectos Puntuales

• Estos son discontinuidades de la red que involucran uno o quizá varios átomos. Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento; durante el proceso del material; mediante una introducción de impurezas; o intencionalmente a través de aleaciones.

Vacancia e Intersticio Impurezas

Propiedades de los Materiales Cerámicos

PROPIEDADES MECÁNICAS• Son duros y frágiles a temperatura ambiente

debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace),este echo supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

• Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano.


PROPIEDADES MAGNÉTICAS• No suelen presentar propiedades magnéticas, sin

embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferrimagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.


PROPIEDADES ELÉCTRICAS

• Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica.

• Algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.


• PROPIEDADES TÉRMICAS La mayoría de los materiales cerámicos tienen

bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este echo son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.

Principales Características Materiales Cerámicos

• Gran estabilidad química (que se manifiesta a través de la impermeabilidad a la degradación ambiental, como la disolución en solventes), altos puntos de fusión, dureza (el mas duro conocido, el diamante) y rigidez como resultado de su estructura atómica.

• Su tenacidad en general es baja, debido a su baja resistencia a la tracción y a cargas de corte, que pueden ser mejoradas significativamente controlando el crecimiento de su red cristalina al momento de fabricarlo.

• Su resistencia a la compresión es alta, pudiendo llegar a ser excelente eliminando las pequeñas imperfecciones de su estructura.

Clasificación

• Materiales cerámicos tradicionales:ArcillaSíliceFeldespato

• Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería:Oxido de aluminioCarburo de silicioNitruro de silicio

Tienen una dureza entre 6 y 6,5 y un peso específico entre 2,5 y 2,8. Su lustre es vítreo y su color puede variar desde blanco o incoloro hasta distintos tonos de rosa, amarillo, verde o rojo. Todos los feldespatos se descomponen con facilidad para formar un tipo de arcilla llamada caolín.

feldespatos

• La ortosa, es uno de los minerales más comunes. Suele ser de color blanco, gris o rojo tenue, aunque es a veces incolora. Se usa en la fabricación de porcelana y vidrio.

• albita. Feldespato formado por silicatos de aluminio y sodio cuyo color es comúnmente blanco.

• labradorita

Feldespato laminar de color gris, traslúcido, y que entra en la composición de diferentes rocas. Es un silicato de alúmina y cal.

FELDESPATOS MAS IMPORTANTES

Cuarzo, el mineral más común, compuesto por dióxido de silicio, o sílice, SiO2. Distribuido por todo el mundo como componente de rocas o en forma de depósitos puros, es un constituyente esencial de las rocas ígneas.

sílice

• Rocas ígneas, en geología, rocas formadas por el enfriamiento y la solidificación de materia rocosa fundida, conocida como magma. Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas que resultan pueden tener granulado grueso o fino.

Rocas ígneas

El granito, la más común de todas las rocas ígneas intrusivas, está formado por feldespato, cuarzo.

Granito

La mayoría de los basaltos, como el de la fotografía, son de color gris oscuro, pero también existen variedades negras, parduscas y verdosas. El basalto, que es el tipo más común de roca ígnea, contiene plagioclasa y piroxenos.

Basalto

El gabro es una roca ígnea, de grano grueso,

compuesta esencialmente por

plagioclasa cálcica, piroxeno y olivino. Puede ser pardo negruzco o de color gris a gris

oscuro o verde.

gabro

La riolita es una roca volcánica, de grano fino, que presenta la misma composición que el granito. Es una roca rica en cuarzo y feldespatos potásicos

Riolita

La andesita es una roca volcánica de grano fino, equivalente extrusivo de la diorita, y de colores casi siempre muy oscuros.

andesita

Arcilla, suelo o roca sedimentaria, plástica y tenaz cuando se humedece. Se endurece permanentemente cuando se cuece o calcina. De gran importancia en la industria, la arcilla se compone de un grupo de minerales aluminosilicatos formados por la meteorización de rocas feldespáticas, como el granito

Arcilla

PROCESADO DE LOS CERÁMICOS

• La mayoría de los productos cerámicos tradicionales y técnicos son manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que se calientan posteriormente a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre sí. Las etapas básicas para el procesado de cerámicas por aglomeración de partículas son: (1) preparación del material; (2) moldeado o colada; (3) tratamiento térmico de secado (que normalmente no se requiere) y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.

Preparación de materiales • La mayoría de los productos están fabricados por

aglomeración de partículas. • Las materias primas para estos productos varían

dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada.

• Las partículas y otros ingredientes, tales como cimentadores y lubricantes, pueden ser mezclados en seco o en húmedo.

• Para productos cerámicas que no necesitan tener propiedades muy «críticas», tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, es una práctica común mezclar los ingredientes con agua. Para otros materiales cerámicas, las materias primas son tierras secas con cimentadores y otros adi tivos. Algunas veces se combinan ambos procesos -húmedo y seco

Técnicas de conformado • Los productos cerámicas fabricados por

aglomeración de partículas pueden conformarse mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o líquidas. Los procesos de conformado en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. Prensado, moldeo en barbotina y extrusión son los métodos de modelado de cerámicas que se utilizan más comúnmente.

Posiciones intersticiales en las redes cristalinas FCC y HCP

• Existen huecos o espacios vacíos entre los átomos o iones que componen un retículo de estructura cristalina. Estos vacíos son espacios intersticiales en los cuales otros átomos o iones que no pertenezcan a la red pueden encajarse. En las estructuras cristalinas FCC y HCP, que son de empaquetamiento compacto, hay dos tipos de espacios intersticiales: octaédricos y tetraédricos. En los lugares octaédricos hay seis átomos o iones más cercanos, equidistantes del centro del hueco. Esta posición se llama octaédrica ya que los átomos o iones que rodean el centro del lugar forman un octaedro. En el lugar tetraédrico hay cuatro átomos o iones más cercanos, equidistantes del centro de la posición tetraédrica, . Un tetraedro regular se forma cuando los centros de los cuatro átomos que rodean el espacio vacío están juntos.

• En la estructura cristalina reticular FCC los sitios intersticiales octaédricos están localizados en el centro de la celda unitaria y en los bordes del cubo, Existe el equivalente de cuatro espacios intersticiales octaédricos por celda unitaria de FCC. Como hay cuatro átomos por celda unitaria de FCC. hay un espacio intersticial octaédrico por átomo en el retículo FCC.

Posiciones intersticiales en las redes cristalinas FCC y HCP

. Estructura cristalina de la blenda de cinc (ZnS). En esta celda unidad los átomos de azufre ocupan las posiciones de los átomos de la celda FCC (equivalente a cuatro átomos). Los átomos de cinc ocupan la mitad de las posiciones tetraédricas intersticiales (cuatro átomos). Cada átomo de Zn o de S tiene

Estructura cristalina de la blenda de cinc

Estructura cristalina del fluoruro de calcio

. Estructura cristalina del fluoruro de calcio (CaF2 ) (también llamada estructura f1uorita). En esta celda unidad los iones Ca2+ están situados en los vértices y en el centro de las caras (cuatro iones). Ocho iones flúor ocupan todas las posiciones tetraédricas intersticiales

F Ca

Estructura cristalina de la perovsquita

Estructura cristalina de la perovsquita Los iones calcio ocupan el centro de las caras. El ion titanio ocupa la posición octaédrica situada en el centro del cubo.

Estructura de grafito cristalino

Estructura de grafito cristalino. Los átomos de carbono forman capas con fuertes enlaces covalentes de forma hexagonal. Hay débiles enlaces secundarios entre las capas.

Cerámicos de ingeniería

• En contraste con los cerámicas tradicionales, que se basan principalmente en la arcilla, los cerámicas técnicos o de ingeniería están constituidos principalmente por compuestos puros o casi puros; principalmente óxidos, carburos o nitruros. Algunos de los cerámicas de ingeniería más importantes son: alúmina (AI203), nitruro de silicio (Si3N4), carburo de silicio (SiC), y zirconita (Zr02) combinados con algunos otros óxidos refractarios.

Alúmina (Al203).

Alúmina (Al203). La alúmina se desarrolló originalmente

para tubos refractarios y crisoles de alta pureza de utilización a elevadas temperaturas; pero ahora tiene aplicaciones mucho más variadas. El óxido de aluminio se dopa generalmente con óxido de magnesia, se prensa en frío y se sinteriza,. Obsérvese la uniformidad de la estructura en grano de la alúmina comparada con la estructura de la porcelana eléctrica de la Figura 11.33. La alúmina se emplea frecuentemente para aplicaciones eléctricas de buena calidad. Donde se precisa bajas perdidas dieléctricas y alta conductividad.

Carburo de silicio (SiC).

• Carburo de silicio (SiC). Los cerámicas de altas prestaciones del tipo carburo de silicio tienen propiedades muy importantes, ya que su dureza es alta.

• son inertes químicamente.• tienen buena resistencia a la abrasión y a la

oxidación a altas temperaturas. Sin embargo. el SiC es relativamente quebradizo por su baja resistencia al impacto y es difícil producir piezas cerámicas densas de grano fino

Zirconia (Zr02).• Zirconia (Zr02). La zirconia pura es polimorfa y

experimenta transformaciones desde una estructura tetragonal a otra monoc1ínica sobre los 1.170 °C acompañada de una expansión de volumen y posible ruptura. Sin embargo, combinando ZrOz con otros óxidos refractarios, tale como CaO, MgO e Y 203' la estructura cúbica se puede estabilizar a temperatura ambiente y se han encontrado algunas aplicaciones. Combinando Zr02 con el 9 % de MgO y tratamientos térmicos especiales, se puede producir una zirconia parcialmente estabilizada (PSZ) y con una resistencia al impacto especialmente alta, que encuentra utilidad en las nuevas aplicaciones de los cerámicos.

vidrios

Los vidrios tienen propiedades especiales que no se encuentran en otros materiales ingenieriles. La combinación de transparencia y dureza a temperatura ambiente junto con aceptable resistencia y excelente resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos habituales hacen que los vidrios sean indispensables para muchas aplicaciones de ingeniería tales como construcción y vidriado de vehículos. En la industria eléctrica, el vidrio es esencial para varios tipos de lámparas debido a sus propiedades aislantes y a su capacidad para proporcionar un cierre al vacío.

Definición de vidrio

• Un vidrio es un material cerámica que se fabrica a partir de materiales inorgánicos a altas temperaturas. Sin embargo, se distingue de otros cerámicas en que sus constituyentes se calientan hasta la fusión y después se enfrían hasta un estado rígido sin cristalización. Así, un vidrio puro como un producto inorgánico de fusión que se ha enfriado a una condición rígida, sin cristalización. Una de sus características es que tiene una estructura no cristalina o amorfa. Las moléculas de un vidrio no están colocadas en un orden repetitivo de largo alcance como en el caso de un sólido cristalino. En un vidrio las moléculas cambian su orientación de manera aleatoria en todo el sólido.

Estructura de los vidrios

• Óxidos formadores de vidrios. Muchos vidrios inorgánicos están basados en el óxido de silicio. como formador de vidrio. La subunidad fundamental en los vidrios de si1ice es el tetraedro en el que un átomo (ion) de silicio se encuentra covalentemente enlazado a cuatro átomos de oxígeno (iones).

Representación esquemática

Un vidrio de sílice corriente en el que los tetraedros no poseen orden alguno de largo alcance

Aplicaciones

• Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y resistencia al calor.

• Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad térmica.

• Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad térmica y eléctrica.

Aplicaciones

• Aislantes en aparatos electrónicos.• Materiales refractarios, por su punto de

fusión tan elevado.• Sirven para pulir o afilar otros materiales de

menor dureza, debido a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio.

• Vidrio.

Otras características

• Resistencia a la abrasión: consiste en someter a una probeta de material a la accion abrasiva conjunta de una rueda con polvo de corindón.

• Resistencia a la heladicidad : en porosos puede generar deterioro para esto se realizan ensayos que miden la resistencia de una probeta ante heladas y deshielos.

• Envejecimiento : buen comportamiento ( excepto azulejos ).

• Combustibilidad : no inflamables .

• Reciclabilidad : algunos productos.

• Eflorescencias: son debidas a la cristalización de las sales solubles contenidas en los ladrillos o tejas.

Gres

Porcela na

Finas

Arci l la cocida

L oza

R efra cta r ios

Gruesas

Cerámicas

Se obtienen a partir de materias primas arcillosas. La arcilla se moldea y se somete a un proceso de coción en un horno a

elevadas temperaturas.

Materiales CerámicosMateriales Cerámicos

Gres• Compuesta por arcillas

refractarias y sal.

• Propiedades: Aspecto vidriado. Elevada dureza (raya al vidrio). Gran compactibilidad. Sonido metálico por percusión.

• Aplicaciones: Baldosas, azulejos, tubos, ladrillos, etc.

Porcelana

• Se obtiene de la arcilla blanca muy seleccionada (CAOLÍN).

• Propiedades: Transparente o translúcida. Compacta. Sonido metálico por percusión. Elevada dureza (no es rayada por el acero). Resistente a los ácidos.

• Aplicaciones: Con un grosor entre 2 - 3mm. Vajillas, objetos decorativos, aislantes eléctricos, sanitarios, industria química.

Jarrón de porcelana

Arcilla cocida

• Se obtiene a partir de la arcilla ordinaria de color rojizo mate

• Propiedades: Tacto duro y áspero. Frágil

• Aplicaciones: Puede aparecer recubierta o no de un esmalte blanco: ladrillos, tejas, otros elementos de construcción, objetos de alfarería (vasijas, recipientes, jarrones, macetas, botijos…).

Muñeco de arcilla

Loza

• Se obtiene a partir de una mezcla de arcilla amarilla y arena.

• Propiedades: Tacto fino y suave. Elevada dureza.

• Aplicaciones: Cubierta por una capa de barniz o de esmalte, que le proporciona un atractivo aspecto superficial: vasijas y objetos decorativos. Suelo de Loza

Refractarios

• Formados por arcilla cocida con óxidos de metales.

• Propiedades: Resistentes a temperaturas superiores a 3000 ºC.

• Aplicaciones: Revestimiento interior de altos hornos, componentes eléctricos y electrónicos.

Fallas mecánicas en los Materiales Cerámicos:

• Los materiales cerámicos, tanto cristalinos como no cristalinos son muy frágiles, en particular a temperaturas bajas. El problema con la fractura frágil de los materiales cerámicos se intensifica por la presencia de imperfecciones como pequeñas grietas, porosidad, inclusiones extrañas, fases cristalinas o un tamaño grande de grano, que se introducen en el proceso de manufactura. Los defectos varían en tamaño, forma y orientación, tanto dentro de un solo componente, como de un componente a otro.

• Fractura frágil • Tratamiento estadístico de la fractura frágil: • Métodos para mejorar la tenacidad: • Termo fluencia de los cerámicos:


• FALLO POR FATICA El fallo por fatiga en los metales se produce tras repetidos esfuerzos

cíclicos a causa de la nucleación y crecimiento de grietas de un área muy endurecida de una probeta. Debido al enlace iónico-covalente de los átomos, hay una ausencia de plasticidad en los materiales cerámicos durante los esfuerzos cíclicos. Como resultado, la fractura por fatiga en los materiales cerámicos es poco común. Recientemente se han registrado crecimientos de fisura de fatiga estables a temperatura ambiente bajo esfuerzos y compresiones cíclicas en láminas dentadas de alúmina policristalina.

• MECANISMOS PARA LA DEFORMACIÓN DE MATERIALES CERÁMICOS:La falta de plasticidad de los cerámicos cristalinos es debido a sus enlaces iónicos y covalentes. En los metales la deformación plástica tiene lugar principalmente por los movimientos de defectos o dislocaciones en la estructura cristalina sobre planos de deslizamiento cristalinos especial.


• FACTORES QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES CERAMICOS

El fallo mecánico de los materiales cerámicos tiene lugar principalmente por defectos estructurales. Las causas principales de las fracturas en cerámicos policristalinos han de buscarse en las grietas superficiales producidas durante los procesos de acabado superficial, poros, inclusiones y granos grandes, producidos durante el procesado.Los poros de los materiales cerámicos frágiles son regiones donde se concentran los esfuerzos, y cuando la tensión de un poro alcanza un valor crítico se forma una grieta y se propaga al no haber en estos materiales procesos que absorban mucha energía como los que se dan en los metales dúctiles durante la deformación.

DESGASTE

• MATERIALES ABRASIVOS CERÁMICOS. La gran dureza de algunos materiales cerámicos les hace

susceptibles de ser usados como abrasivos para cortar, afilar y pulir otros materiales de menor dureza. La alúmina fundida y el carburo de silicio son dos de los productos abrasivos cerámicos más usados industrialmente. Los productos abrasivos, como láminas y ruedas, se hacen por enlace por enlace de partículas cerámicas individuales. Entre los materiales de adición se encuentran cerámicas horneadas, resinas orgánicas y cauchos. Las partículas cerámicas deben ser duras y con extremos cortantes afilados. Además, el producto abrasivo debe tener cierta porosidad, para proporcionar canales para que el aire o el líquido fluyan a través de la estructura

DESGASTE

• RESITENCIA AL DESGASTE POR ABRASIÓN O AL ATAQUE QUIMICO.

Es un campo donde las cerámicas puede proporcionar soluciones en condiciones extremas. La resistencia de las cerámicas avanzadas es incluso particularmente eficaz cuando se combinan abrasión por deslizamiento y ataque químico. Las cerámicas avanzadas proporcionan superficies con alto grado de pulido (microrugosidad baja hasta 0,01 Ra) con dureza elevada (> 9 Escala Mohs). Se logra así una gran resistencia a la abrasión evitando un excesivo desgaste de otros materiales y componentes. Además de numerosas aplicaciones en la industria, éstas propiedades proporcionan a las cerámicas una gran variedad de aplicaciones biomecánicas (prótesis quirúrgicas).

RECORDEMOS ...• El átomo Son partículas diminutas que conforman la materia.

– Los átomos están compuestos por:Electrones. Carga negativaProtones. Carga positivaNeutrones. No tiene carga• Las moléculas están formadas por combinaciones especificas de átomos Ej. CO2

• Enlaces Químicos. fuerza entre los átomos que los mantiene unido en las moléculas. Existen enlaces de dos tipos:

Enlace Iónico. Transferencia de electrones, generalmente entre metal y no metal. El metal entrega su electrón de valencia al no metal y queda cargado positivamente, y el no metal recibe el electrón quedando cargado negativamente Ej.. NaCl Na Cl Na+ Cl-

Exponer la visión• Indicar la visión y la orientación a largo plazo

• Enlace covalente. Compartimiento de electrones entre no metales Ej. HCl , O2 . Hay dos clases de enlaces covalentes

• Polar. Cuando los átomos del enlace covalente son de elementos diferentes Ej. HCl.

• Apolar. Cuando los átomos del enlace covalente son del mismo elemento. O2.

RECORDEMOS...

MATERIALES CERAMICOSDEFINICION:

Los materiales Cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas que contienen elementos metálicos y no metálicos alumina ( Al2O3). Los materiales Cerámicos tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas, las aplicaciones varían desde productos de Alfarería fabricación de ladrillos, utensilios de cocina hasta vidrio, imanes, dispositivos eléctricos.

Debido a sus enlaces iónicos o covalentes por lo general son duros, frágiles con un alto punto de fusión, tienen baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica y elevada resistencia a la compresión

Auque de hecho son frágiles algunos compuestos con matriz cerámica como el (Si3N4-SiC) tienen valores de tenacidad a la fractura superiores a la de algunos metales e incluso algunos son súper plásticos y además tienen conductividades térmicas parecidas a la de los metales como el (SiC y AlN)

MATERIALES CERAMICOS

Estructura de los Cerámicos Cristalinos• Estructura perovskite

• Estructura del corindón• Estructura de espinel

• GrafitoEstructura de los Silicatos Cristalinos

•Compuestos de silicatos •Estructura de anillos y de cadena•Estructura laminares (Arcillas)

•SíliceEstructura de los vidrios Cerámicos

•Vidrios de Silicato •Vidrios de silicato modificado

ESTRUCTURA DE LOS CERAMICOS CRISTALINOS

•Estructura perovskite

La celda unitaria Perovskite (Fig. 14- 1a) Se encuentra en varios Cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3 y SrTiO3. En este tipo de celda están presente 3 clases de iones. Si en las esquinas de un cubo están la iones de Bario, los iones de oxigeno llenaran los sitios centrados en la caras y los iones de Titanio ocuparan los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celda unitaria produce una señal eléctrica, los que permite que ciertos Titanatos sirvan como trasductures


•Estructura Corindón

Una de las formas de la aluimina (Al2O3) tiene la estructura cristalina del corindón, similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo a cada celada unitaria están asociados 12 iones de aluminio y 18 de oxigeno (Fig. 14-1b). La alumina es un material común que se utiliza como refractario aislante eléctrico y abrasivo. Otro productos cerámicos, incluyendo (Cr2O3 y Fe2O3) tienen esta estructura


•Estructura Espinel

La estructura del espinel típica del MgAl2O4 ( Fig. 14- 1c) tiene una celda unitaria cúbica que se puede visualizar como una formación de 8 cubos mas pequeños. En cada uno de estos cubos menores se localizan iones de oxigeno en las posiciones normales de una red cúbica centrada en las caras. Dentro de los cubos pequeños hay 4 sitios intersticiales octaédricos y 8 sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan 3,en espinel normal los iones bivalentes (Mg2 + ) ocupan sitios tetraédricos y los trivalentes (Al3 + ) los octaédricos. En los espineles inversos el Ion bivalente y la mitad de los iones trivalentes se localizan en los sitios octaédricos

ESTRUTURA DE LOS CERAMICOS CRISTALINOS

•GRAFITO

Al grafito, una de las formas cristalinas del carbono, alguna veces se le considera material cerámico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de átomos metálicos y no metálicos. El grafito tiene una estructura hexagonal por capas (Fig. 14- 1d) y se utiliza como material refractario, como lubricante y como fibra

ESTRUCTURA DE LOS SILICATOS CRISTALINOS

El (SiO2) o sílice es una materia importante para los productos cerámicos que contiene en vez de enlaces iónicos

enlaces covalentes. El enlace covalente requiere que los átomos de silicio tengan 4 vecinos cercanos (4 átomos de

oxigeno) creando así una estructura tetraédrica. Los tetraedros de silicio-oxigeno son las unidades estructurales

fundamentales del sílice, de las arcillas y de silicatos vítreos. Los tetraedros de sílice, SiO4

4- se comportan como grupos iónicos; los iones de oxigeno en las esquinas de los tetraedros

son atraídos por otros iones o también, uno o mas iones de oxigeno pueden ser compartidos por dos grupos tetraédricos,

a fin de satisfacer el equilibrio de cargas. Figura 14-3


• COMPUESTOS DE SILICATOS

Cuando dos iones Mg2+ estas disponibles para combinarse con un tetraedro, se produce un compuesto Mg2 SiO4, o forsferita. Los dos iones Mg2+ satisfacen los requisitos de carga y equilibran a los iones SiO4

4-. Los grupos Mg2 SiO4, a su vez, producen una estructura cristalina tridimensional. De modo similar, los iones Fe2+ pueden combinarse con los tetraedros de sílice para producir Fe2SiO4. el Mg2 SiO4 y el Fe2SiO4 forman una serie de soluciones sólidas conocidas como olivinas u ortosilicatos.Dos tetraedros de silicatos pueden combinarse compartiendo un vértice para producir un tetraedro doble, es decir, un ion Si2O7

6-. Este grupo iónico puede a su vez combinarse con otros iones para producir pirosilicatos, es decir, compuestos de tetraedros dobles.


• ESTRUCTURA DE ANILLO Y DE CADENA

Cuando dos vértices del tetraedro se comparten con otros grupos tetraédricos se forman anillos y cadenas con el tipo de formula (SiO3)n

2n- , en la cual n indica el numero de grupos SiO3

2- de la cadena o del anillo. Gran cantidad de materiales cerámicos tienen esta estructura de metasilicato. La wolastonita (CaSiO3) esta constituida por anillos de Si3O9; el berilo (Be3Al2Si6O18) contiene anillos grandes de Si6O18; y la enstatita (MgSiO3) tiene una estructura en cadena.


• ESTRUCTURAS LAMINARES (ARCILLAS)

cuando la relación O: si resulta en la formula (Si2O5,) los tetraedros se combinan para formar estructuras laminares (figura 14 – 4). En una formación ideal, 3 de los átomos de oxigeno de cada tetraedro están ubicados en un solo plano, formando un patrón hexagonal. Los átomos de silicio en los tetraedros forman un segundo plano, también con un patrón hexagonal el cuarto átomo de oxigeno de cada tetraedro esta presente en un tercer plano. Estos últimos están enlazados ionicamente con otro grupo de átomos formando materiales como las arcillas, la mica y el talco.

ESTRUCTURA DE LOS SILICATOS CRISTALINOS• SILICE

Cuando las cuatro esquinas del tetraedro están compartidas con otros tetraedros iguales se produce la cristiobalita, forma tipica de SiO2. este compuesto puede existir en varias formas alotrópicas. Conforme se incrementa la temperatura, el sílice cambia de cuarzo α a cuarzo β a tridimita β a cristobalita β y a liquido. El diagrama del equilibrio presión temperatura de la (figura 14 – 6), muestra la forma estable del sílice. La transformación del cuarzo α al β esta acompañada por un cambio brusco del sílice. Este mismos cambios en el cuarzo se muestran en la (figura 14 -7). este cambio de volumen esta acompañado por esfuerzos altos e incluso para agrietamiento.

ESTRUCTURA DE LOS VIDRIOS CERAMICOS

• Los materiales cerámicos no cristalinos mas importantes son los vidrios. Un vidrio es un material solidó que se ha endurecido y vuelto rígido sin cristalizar. En cierta forma, el vidrio es parecido a un lico subenfriado. Las estructuras vítreas se producen al unirse los tetraedros de sílice u otros grupos iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero sólida (figura 14 – 16).

ESTRUCTURA DE LOS VIDRIOS CERAMICOS• VIDRIOS DE SILICATO

Los vidrios de silicato son los mas ampliamente utilizados. El sílice fundido, hecho a partir de SiO2 puro, tiene un alto punto de fusión y sus cambios dimensionales durante el calentamiento y el enfriamiento son reducidos. Sin embargo, generalmente los vidrios de silicato contienen óxidos adicionales (tabla 14 – 1), aunque los óxidos como el sílice se comportan como formadores de vidrio un oxido intermedio (como el oxido de plomo o de aluminio) no forma vidrio por si mismo, pero se incorpora en la estructura del red de los formadores de vidrio. Un tercer grupo de oxido, los modificadores rompen la estructura reticular y finalmente hace que el vidrio se cristalice.

Formadores de Formadores de vidriovidrio

IntermediosIntermedios ModificadoresModificadores

BB22OO33 TiOTiO22 YY22OO33

SIOSIO22 ZnOZnO MgOMgO

GeOGeO22 PbOPbO CaOCaO

PP22OO55 AlAl22OO55 PbOPbO22

VV22OO33 BeO BeO NaNa22OO

ESTRUCTURA DE LOS VIDRIOS CERAMICOS

• VIDRIOS DE SILICATO MODIFICADOS

Si la relación Oxigeno – Silicio aumenta de forma significativa los modificadores rompen la red de sílice. Por ejemplo cuando se agrega Na2O, los iones de sodio entran en los huecos dentro de la red, en vez de formar parte de la misma. Sin embargo el ion de oxigeno que se introduce Na2O, si se combina y forma parte de la red. (Figura 14 -17)

IMPERFECCIONES EN LAS ESTRUCTURA LOS CERAMICAS CRISTALINAS

• Defectos puntuales

• Discolaciones

• Defectos Superficiales

• Porosidad

INPERFECCIONES EN LAS ESTRUCTURA LOS CERAMICAS CRISTALINAS

• Defectos puntuales en los cerámicos se forman soluciones sólidas sustitucionales e intersticiales, es difícil mantener

una distribución equilibrada de cargas cuando se introducen iones de solución sólida, pero a los cerámicos se puede acomodar de muchas maneras las deficiencias o los excesos en las cargas. El tipo y número de iones absorbidos afectan la química superficial de las plaquetas, pero esto a su vez afecta la conformabilidad y resistencia de los productos cerámicos basados en arcillas.


Dislocaciones:

En algunos materiales cerámicos, incluyendo el LiF, el Zafiro (Al2O3) se observan dislocaciones .sin embargo esta no se mueven con facilidad debido a la presencia de poco sistemas de deslizamiento. y a la necesidad de romper enlaces iónicos fuertes para después obligar a los iones a deslizase frente a los de carga opuesta las grietas no se redondean, por la deformación del material que se encuentra en la punta de la grieta, y en consecuencia su propagación es continua.


Defectos superficiales:son los límites de grano y las superficies de las partículas. Típicamente los cerámicos con un grano de tamaño fino tiene mayor resistencia que los cerámicos de grano mas gruesos. Los granos mas finos ayudan a reducir los esfuerzos que se desarrollan en sus bordes. Normalmente, se produce un tamaño de grano fino utilizando desde el principio materias primas cerámicas de partículas finas (fig.14-13)


Porosidad:

Los poros pueden ser considerados como un tipo de defectos superficial. En un material cerámico los poros pueden estar interconectados o bien cerrados. la porosidad se pude medir de dos maneras:

Porosidad Aparente; mide los poros interconectados y la permeabilidad del componente cerámico, utilizando la siguiente formula; Porosidad aparente = Ww – Wd *100 Ww – Ws

Wd = peso del material cerámico secoWs = peso del material cerámico suspendido en aguaWW= peso del material cerámico después de haber sido retirado del agua.


Porosidad Real:Mide tanto los poros interconectados como los cerrados y se correlacionan mejor con las propiedades del cerámico.

Porosidad Real = ρ – B *100 ρ

Donde B = Wd

WW – Ws

B= densidad en masa y ρ es la densidad real por gravedad especifica del cerámico. La densidad en masa es el peso del cerámico dividido entre su volumen

FALLAS MECANICAS EN LOS MATERIALES CERAMICOS

• Los materiales cerámicos, tanto cristalinos como no cristalinos son muy frágiles, particularmente a temperaturas bajas. El problema con la fractura frágil de los materiales cerámicos se intensifica por la presencia de imperfecciones como pequeñas grietas, porosidad e inclusiones extrañas que típicamente se introducen en el proceso de manufactura.

fractura frágil; cualquier grieta o imperfección limita la capacidad de un producto cerámico para resistir un esfuerzo a tensión. Estos debido a que una grieta (defecto de griffith) concentra y amplifica el esfuerzo aplicado


La figura 14-19 muestra una grieta de longitud α en la superficie de un material frágil. También aparece el radio re curvatura r de la punta de la grieta. Cuando se aplica un esfuerzo a tensión σ, el esfuerzo real en el extremo de la grieta es; σreal = 2 σ √ a / r

para grietas muy delgadas (r pequeña) o para grietas largas (α grande) la relación σreal /σ se hace grande y el esfuerzo se amplifica. Si el esfuerzo amplificado excede el limite elástico, la grieta crece y finalmente causa la fractura, aun cuando el esfuerzo real aplicado σ sea pequeño.

Defecto de Driffith


• Tratamiento estadístico de la fractura frágil:

las propiedades a tensión de los materiales cerámicos dependen del tamaño y geometría de los defectos siempre existentes. Los componentes materiales producidos apartir de materiales idénticos, con métodos de producción idénticos, fallan a distintas cargas aplicadas lo que indica que debe tenerse en cuenta la probabilidad de que exista un defecto que pueda causar ruptura bajo cualquier esfuerzo. La distribución de weibull y el modulo de welbull proporciona un tratamiento estadístico para diseñar piezas de materiales cerámicos .


• La distribución de weibull: describe la fracción de las muestras que fallan a distintos esfuerzos aplicados. Una pequeña fracción de estas contiene defectos lo suficientemente grandes para causar fracturas a esfuerzos bajos; la mayor parte de las muestras fallan con un esfuerzo intermedio, y unas cuantas contiene solo defecto pequeños y no fallan hasta que se lees aplique grandes esfuerzos. Para obtener cierta predicibilidad se prefiere una distribución muy angosta


• Modulo de weibull: Es la pendiente la curva de pro validad acumulada. Para el diseño de componentes cerámicos críticos, que deben soportar fuertes cargas , el modulo de weibull deberá ser grande ; una pendiente abruta representa un cerámico con un rango angosto del tamaño de los defectos y esta ayuda al diseño de los componentes mas confiables

DEFORMACION DE LOS CERAMICOS A ALTAS TEMPERTURAS

A temperaturas altas el flujo viscoso y el deslizamiento de bordes de granos se convierten en mecanismos importantes de deformación. El flujo viscoso ocurre en los vidrios, y el deslizamiento de bordes de granos ocurre en cerámicos que principalmente son cristalinos.

• FLUJO VISCOSO DEL VIDRIO

Un vidrio se deforma por flujo viscoso si la temperatura es suficientemente alta. La aplicación de un esfuerzo cortante ז hace que un liquido fluya a una velocidad que varia con la posición cuando el liquido esta cerca de donde se aplica el esfuerzo cortante, el liquido fluye con rapidez , si esta mas lejos de este punto lo hará con mayor lentitud.

DEFORMACION DE LOS CERAMICOS A ALTAS TEMPERTURAS

• Termofluencia en los Cerámicos : frecuentemente ocurre como resultado del deslizamiento de los bordes de grano. Conforme los granos se desbordan unos con otros, se pueden iniciar las grietas y finalmente causar la falla, varios factores facilitan el deslizamiento de los bordes de grano y en consecuencia reducen la resistencia a la termofluencia:

o Tamaño de grano Los tamaños de granos mas pequeños incrementan la tasa de termofluencia; así

existen mas bordes de grano y el deslizamiento de estos se facilita.o Porosidad Al incrementar la porosidad en el cerámico, se reduce su sección trasversal y

aumenta el esfuerzo que actúa sobre el producto cerámico para una carga en dada; los poros también facilitan el deslizamiento de los bordes de grano en consecuencia la tasa de termofluencia se incrementa.

o TemperaturaLas altas temperaturas reduce la resistencia de los bordes de grano, incrementan la velocidad de difusión y promueven la formación de fases vítreas

PROCESAMIENTO Y APLICACIÓN DE LOS VIDRIOS CERAMICOS

• Con los vidrios se fabrican artículos útiles a altas temperaturas, con la viscosidad bajo control, de tal forma que el vidrio pueda ser conformado sin romperse

Se lleva a cabo el proceso en función de los rangos de viscosidad que se divide en tres:

1. Rango liquido

2. Rango de trabajo

3. Rango de recocido


• · Rango líquido

Se lamina el vidrio fundido a través de rodillos enfriado por agua o haciéndolo flotar sobre el estaño liquido.

• Rango de trabajo

Se le da forma al vidrio como la de los recipiente o de los focos por moldeado a presión por estirado o soplado del vidrio con moldes.


• · Rango de recocido.

Algunos componentes cerámicos se recocen para eliminar los esfuerzos residuales introducidos durante su formado por ejemplo, grades piezas de vidrio baseado a menudo de recosen y se enfrían lentamente para evitar grietas

Es importante mencionar la composición del vidrio, la mayoría de los vidrios comerciales están basados en el sílice, se agregan modificadores como sosa para desordenar la estructura de la red y reducir el punto de fusión, se agrega calcita para reducir la solubilidad del vidrio.


• Estos vidrios son en parte cristalinos y en parte vítreos. El primer paso en la producción de un vidrio cerámico es asegurarse de que no haya cristalización en el enfriamiento, la nucleación de la fase cristalina se controla y una vez que haya ocurrido la proporción de cristalización dependerá de la velocidad de crecimiento de los cristales.

Estos materiales se usan para utensilios de cocina y en cubiertas cerámicas para estufas.

PROCESAMIENTO Y APLICACIÓNES DE LOS PRODUCTOS DE ARCILLA

• Los cerámicos cristalinos se usan para la manufactura. Los productos de arcilla se utilizan para producir tubos, ladrillos y artefactos de cocina. Existen técnicas de conformado para productos de arcilla. Los productos de arcilla pasan por un secado y horneado..

Las aplicaciones de productos de arcilla son por ejemplo: los ladrillos que se aplican en la construcción.

PROCESAMIENTO Y APLICACIÓNES DE LOS CERAMICOS AVANZADOS

Estos están diseñados para optimizar las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. Algunos procesos para llegar a los cerámicos avanzados son:

• Compresión y sinterizado

Muchos de los cerámicos mas avanzados empiezan en forma de polvo, se mezclan con un lubricante para mejorar su compactación, y se prensan para darle forma, la cual, una vez comprimida se utiliza para darle la estructura y las propiedades requeridas.

• Unión por reacción

algunos materiales cerámicos, como el Si3N4 , se producen mediante unión por reacción. El silicio se conforma y a continuación se le hace reaccionar con nitrógeno para formar el Nitruro.

PROCESAMIENTO Y APLICACIÓNES DE LOS CERAMICOS AVANZADOS

• Proceso sol gel:

se prepara una solución coloidal liquida, que contenga iones metálicos disueltos. La reacción de hidrólisis forman una solución organometalica o sol, compuesta por cadenas tipo polimerica, con iones metálicos y oxigeno. De la solución se forman partículas de oxido amorfo, las cuales producen un gel rígido. El gel es secado y horneado para sinterizado y compactación de la pieza terminado en cerámico.

Las aplicaciones estructurales incluyen el motor del automóvil “todo de cerámica”, componentes para turborreactores y turbinas, sirven como sensores en la detección de gases peligrosos.

Algunos materiales avanzados son: el nitruro de aluminio, el carburo de silicio, el salón, etc.

REFRACTARIOS Son componentes importantes del equipo utilizado en la producción, refinación y manejo de metales y vidrios. Estos deben soportar altas temperaturas sin corroerse o debilitarse, están compuestos por partículas de oxido aglutinadas con un material refractario mas fino.Se dividen en 3 grupos: ácido, básico y neutro.

• Ácidos: incluyen las arcillas de sílice, de alumina y refractarios de arcilla. El sílice puro a veces se utiliza para contener metal de retiro.

• Básicos: varios refractarios se basan en el MgO. El MgO puro tiene un punto de fusión alto, buena refractariedad y buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentra en los procesos de fabricación de acero. Los refractarios de olivina frecuentemente contienen forsterita o Mg2SiO4, también con altos puntos de fusión. Estos son mas costosos que los refractarios ácidos.

• Neutros: normalmente incluye la cromita y la cromitamagnesita pueden ser utilizados para separa refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que uno ataque al otro.

REFRACTARIOS

Otros materiales cerámicos y sus aplicaciones• Cementos: las materias primas cerámicas se unen

utilizando un aglutinante que no requiere horneado o sinterizado, se utiliza para producir concreto.

• Recubrimientos: los productos cerámicos se usan como recubrimientos protectores de otros materiales, los recubrimientos comerciales son los vidriados y los esmaltados.

• Fibras: a partir de los cerámicos se producen fibras utilizada como refuerzo de materiales, para ser tejidas en tela, etc.


• Las cerámicas y los vidrios representan algunos de los materiales para ingeniería más antiguos y durables ante el ambiente. También son los materiales que han desarrollado avances para la industria aeroespacial y electrónica.

• El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa quemada”, indicando de esta manera que las propiedades deseables de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción.


• Son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo la alúmina (AL2O3) es un cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálico (oxígeno).

• Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tiene baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica y elevada resistencia a la compresión.


• Una tecnología moderna de rápido crecimiento es la de los materiales cerámicos avanzados, también llamados materiales cerámicos estructurales. Estos fueron utilizados por primera vez en 1971 para aplicaciones a alta temperatura en tuberías de gas que funcionaban a 2506°C. En la fabricación de estas piezas se utilizaron nitruro de silicio y carburo de silicio.

• La materia base para la fabricación de los productos cerámicos es la arcilla en sus múltiples variedades; ésta, al amasarla con agua, adquiere características de plasticidad y por ello puede adoptar la forma deseada.

MATERIALES CERAMICOSARCILLA

Las arcillas comunes se utilizan en la fabricación de ladrillos para la construcción de edificios y ladrillos refractarios. Estas arcillas comunes están formadas por alúmina y sílice en diversa proporciones, con la presencia de otras impurezas, tales como óxido férrico (el cual le da color rojo), óxido de manganeso, potasa, magnesio y cal. El caolín (arcilla blanca formada principalmente por alúmina y sílice) se utiliza para fabricar utensilios de barro, de porcelana fina, de otras porcelanas, de productos de papel y de ladrillos refractarios.

MATERIALES CERAMICOSREFRACTARIO

• Los refractarios deben soportar altas temperaturas sin corroerse o debilitarse por el entorno. Los refractarios típicos están compuestos por diversas partículas gruesas de óxido aglutinadas con un material refractario más fino. Este segundo material se funde al hornearse y proporciona la unión. En algunos casos, los ladrillos refractarios contienen aprox. de 20 a 25% de porosidad aparente, a fin de conseguir un mejor aislamiento térmico.

• Los refractarios se dividen en tres grupos: ácidos, básicos y neutros con base en su comportamiento químico.

Refractarios ácidos

• Incluyen las arcilla de sílice, de alúmina y refractarios de arcilla. El sílice puro a veces se utiliza para contener metal derretido. Los refractarios de arcilla por lo general son relativamente débiles, pero poco costosos. Contenidos de alúmina por arriba de aprox. 50% constituyen los refractarios de alta alúmina.

Refractarios Básicos

• Varios refractarios se basan en el MgO (magnesia o periclasa) El MgO puro tiene un punto de fusión alto, buena refractariedad buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentran en los procesos de fabricación de acero. Típicamente, los refractarios básicos son más costosos que los refractarios ácidos.

Refractarios Neutros

• Normalmente incluyen la cromatina y la magnesita, pueden ser utilizados para separar refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que uno ataque al otro.

Refractarios Especiales

• El carbono, el grafito, es utilizado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente cuando no hay oxígeno fácilmente disponible. Estos materiales refractarios incluyen la circonia (ZrO2), el circón (ZrO2.SiO2) y una diversidad de nitruros, carburos y boruros.

LAS ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALESCERAMICOS

Estructuras de los cerámicos cristalinos:• Existen dos características que componen los materiales

cerámicos cristalinos que determinan la estructura cristalina: el valor de la carga eléctrica de los iones componentes y los tamaños relativos de los cationes y aniones.

• El cristal debe ser eléctricamente neutro, o sea todas las cargas positivas de las cationes deben ser equilibradas por un número igual de cargas negativas de los aniones.


• Estructura del Cloruro Sódico• Un gran número de

materiales cerámicos, incluyendo el CaO, el MgO, MnS, NiO, MnO, FeO, y el HfN poseen la estructura del cloruro de sodio, esta estructura es del tipo AX posee un número de coordinación tanto para los cationes y los aniones de 6, por consiguiente, el cociente del radio del catión y del anión esta comprendido entre 0,414 y 0,732.


• El número de coordinación es 8 para ambos tipos de iones. El intercambio de las posiciones de los iones positivos y negativos reduce la misma escritura. Esta no es una estructura cúbica centrada en el cuerpo puesto que distintos tipos de iones ocupan los puntos de la red


Estructura Cristalina del Sulfuro de Zinc

• La estructura de la blenda de la blenda de zinc es típica del ZnS, del BeO, del SiC y del ZnTe. Tiene estructura cristalina del tipo AX, en la cual el número de coordinación es 4; o sea, todos los iones están con coordinación tetraédrica. Se denomina estructura de la blenda o de la escalerita, lo cual corresponde al nombre dado al mineral de sulfuro de zinc.


Estructura cristalina de la Fluorita• El CaF2, el ThO2, el CeO2, el

UO2, el ZrO2, el PuO2, y el HfO2, tienen la estructura de la florita, estos compuestos se destacan por la fórmula química AmXp, donde m y/o p son diferentes de 1. El cociente de radios iónicos rC/rA para el CaF2 es alrededor 0.8, lo cual, según la tabla 1, corresponde a un número de coordinación de 8.


• Estructura Perovskite• Se encuentra en varios

cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. En este tipo de celda están presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo están los iones de bario, los iones de oxígeno llenarán los sitios centrados en las caras y los iones de titanio ocuparán los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celda unitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.


• Estructura de espinel• La estructura del espinel típica

del MgAl2O4, tiene una celda unitaria que se puede visualizar como una formación de ocho cubos más pequeños. En cada uno de estos cubos menores se localizan iones de oxígeno en las posiciones normales de una red cúbica centrada en las caras. Dentro de los cubos pequeños hay cuatro sitios intersticiales octaédricos y ocho sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan tres. En espinel normal los iones bivalentes (como el ma2+) ocupan sitios tetraédricos y los triviales (como el Al3+), los octaédricos. En los espineles inversos, el ion bivalente y la mitad de los iones triviales se localizan en los sitios octaédricos. Esta estructura la tiene muchos cerámicos eléctricos y magnéticos importantes, incluyendo el Fe3O4.


• Grafito• Al grafito, una de las

formas cristalinas del carbono, alguna veces se le considera material cerámico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de átomos metálicos y no metálicos. El grafito tiene una estructura hexagonal por capas y se utiliza como material refractario, como lubricante y como fibra.

PROCESAMIENTO Y APLICACIONES DE CERÁMICOS AVANZADOS

• Los cerámicos estructurales avanzados están diseñados para optimizar las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. A fin de alcanzar estas propiedades, se requiere, en comparación con la cerámica tradicional, un control excepcional de la pureza, del procesamiento y de la micro estructura. Se utilizan técnicas especiales para conformar estos materiales en productos útiles


• Muchos de los cerámicos más avanzados empiezan en forma de polvo, se mezclan con un lubricante para mejorar su composición, y se prensan para darles forma, la cual, una vez comprimida, se sintetiza para que se desarrolle la micro estructura y propiedades requeridas.


• Los cerámicos avanzados incluyen los carburos, los boruros, los nitruros y los óxidos. Generalmente estos materiales se seleccionan tanto por sus propiedades mecánicas como físicas a altas temperaturas

• Un extenso grupo de cerámicos avanzados se usa en aplicaciones no estructurales, aprovechando sus únicas propiedades magnéticas, electrónicas y ópticas, su buena resistencia a la corrosión a alta temperatura, su capacidad de servir como sensores en la detección de gases peligrosos y por ser adecuados para dispositivos de prótesis y otros “componentes de repuesto para el ser humano”


• La Alúmina(Al2O3): Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere buena resistencia.

• - El Nitruro De Aluminio(AIN): Proporciona un buen aislante eléctrico, pero tiene alta conductividad térmica. Dado que su coeficiente de expansión térmica es similar al del silicio, el AIN es un sustituto adecuado del Al2O3 como material de sustrato para circuitos integrados.

• - El Carburo De Boro(B4C): Es muy duro y aún así extraordinariamente ligero. Además de su utilización como blindaje nuclear, encuentra uso en aplicaciones que requieren excelente resistencia a la abrasión, como parte en placas blindadas.


• - El Carburo De Silicio(SiC): tiene una resistencia a la oxidación extraordinaria a temperatura incluso por encima del punto de fusión del acero. A menudo el SiC se utiliza como recubrimiento para metales, para compuestos de carbono y otros cerámicos a temperaturas extremas.

• - El Nitruro De Silicio(Si3N4): Son candidatos para componentes de motores automotrices y de turbina de gas, permitiendo temperaturas de operación más elevadas y mejores eficiencias de combustible, con menor peso que los metales y aleaciones tradicionales


• - El Sialón: Se forma cuando el aluminio y el oxígeno reemplazan parcialmente al silicio y al nitrógeno en el nitruro de silicio. Es relativamente ligero, con un coeficiente de expansión térmica bajo, buena tenacidad a la fractura, y una resistencia superior a la de muchos de los demás cerámicos avanzados comunes. El sialón puede encintrar aplicaciones en componentes para motor y otras aplicaciones, que a su vez involucran altas temperaturas y condiciones severas de desgaste.

• - El Boruro De Titanio(TiB2): Es un buen conductor de la electricidad y del calor. Además tiene excelente tenacidad. El TiB2, junto con el carburo de silicio y la alúmina, son aplicaciones en la producción de blindajes.

• - La Urania(UO2): Utilizado como combustible de reactores nucleares.

SISTEMAS DE TRITURACION• SISTEMAS DE IMPACTO: El producto no debe tener un

grado de humedad muy elevado.• SISTEMA DE COMPRESIÓN: Es el que mejor se adapta a

los productos húmedos.• SISTEMA DE CORTE O CIZALLA: Diseñado para triturar

materiales duros y por tanto secos.• SISTEMAS DE ABRASIÓN: El producto a triturar debe

avanzar a una elevada velocidad.

MOLINO DE RODILLOS Es el tipo de molinos mas adecuado para procesar arcillas que, en estado natural tengan una humedad superior al 10%.

En esencia, como indica la figura, consisten en dos rodillos iguales, con sus ejes dispuestos horizontalmente y paralelos, que se someten a rotación cada uno de ellos en sentido contrario al otro.

MOLINOS DE RULOS• Es una maquina que obedece a los mismos principios que los trituradores de rodillos, pero mucho mas robustos y con elevadas producciones. Se denomina también de muelas, ya que consiste en dos, tres o incluso mas, grandes ruedas de llantas muy anchas, montadas de forma que puedan girar alrededor de una eje horizontal al cual otro eje vertical imprime un movimiento de rotación lento.

MOLINOS DE BOLAS• Los molinos tubulares consisten en un tubo cilíndrico, mas o menos

largo, montado horizontalmente, que se hace girar alrededor de su eje longitudinal. En su interior se depositan las bolas, o cilindros (de cerámica o metálicas) que son las que llevan a cabo la trituración.

CLASIFICADORES NEUMATICOS• El principio de funcionamiento se basa en la ley de Stokes.

El aire junto con el polvo procedentes del molino se introducen a gran velocidad en un ciclón. Al entrar en la cámara de expansión, la velocidad de la corriente se reduce, el polvo cae por la parte inferior y el aire se evacua por la parte superior.

LA FABRICACION DE LA BARBOTINA El proceso de automatización, una vez la mezcla se ha

triturado en un molino de bolas y desleído, se realiza dentro de una cámara, de forma y dimensiones definidas en cada caso, consistente en:

• Circulación de gases calientes por el interior de la cámara.• Atomizado o pulverizado de la bar botina.• Contacto del producto atomizado con los gases calientes.• Evaporación del agua de las gotas.• Recuperación del producto seco.• Evaporación de los gases húmedos.

LA CONFORMACION DE LOS MATERIALES CERAMICOS

Un estado plástico blando, permite manejar fácilmente el barro, pasta, aplicando una presión moderada, pero la pasta es muy pegajosa y existen grandes dificultades para mantener una cierta altura, o tamaño de la pieza.

La preparación del barro con menos cantidades de agua. Supone un estado plástico mediano y la pieza puede moldearse mediante una moderada presión lo que permite confeccionar piezas de una altura notable.

SISTEMA DE CONFORMADO

Dependiendo del tipo de cuerpo, su contenido de agua y el producto deseado, se aplicarán determinados métodos de conformado, mientras otros serán menos recomendables o nulos. La siguiente tabla muestra que sistema de conformado mejor cumplen las diferentes condiciones y requisitos para la conformación de los diversos productos.

EL AMASADO El amasado es una de las operaciones esenciales en el proceso cerámico, ya que es cuando se dosifica el agua precisa.

La figura reproduce una amasadora de doble eje que es la mas usada en la industria ladrillera. El agua se añade finamente pulverizada junto a la entrada de la arcilla.

PRENSA DE EXTRUSION AL VACÍO

La maquina consta de: LA AMASADORA: Que acaba de ajustar el agua LA CAMARA DE VACIO: Que situada entre la

amasadora y la extrusora, extrae el aire ocluido en la pasta

LA EXTRUSORA: Que por medio de un tornillo sin fin comprime la pasta contra el molde. El paso de estas hélices suele ser variable con el propósito de comprimir mas efectivamente toda la masa contra el molde.

LA BOQUILLA: La cabeza extrusora es la pieza que conecta el órgano transportador con la boquilla.

PARTES DEL MOLDE

Un molde consta de un marco, que admite diversas figuras para la fabricación de los acabados.

EQUILIBRADO DEL MOLDE• El defecto mas común que suele darse en los moldes

es la diferencia en la velocidad de salida de la barra. La figura muestra el defecto de manera exagerada, pero ligeros defectos de este tipo dan lugar a la aparición de fisuras longitudinales en el extremo (en donde “falta” material).

TERMINADO DEL PRODUCTO

En las plantas de proceso modernas, caracterizadas por altos tonelajes y grandes velocidades de transporte, aún los

materiales aparentemente inocuos producen un desgaste significativo.

Cerámica de carburo de silicio para componentes que sufren desgaste, altas temperaturas y/o choque térmico.

Instalación: piezas individuales y componentes conformados,

Ventajas: altamente resistente a la abrasión, resistente a choque térmico a los ataques ácidos

Una pieza de transición con revestimiento KALSICA.

El basalto fundido es un material de protección contra el desgaste con base mineral para aplicaciones donde el material manipulado

produce abrasión inducida por fricción.

Temperaturas de aplicación: Hasta 350ºC

Ventajas: Altamente resistente a la abrasión, superficie lisa y duradera, resistente a la corrosión.

Kalcor Material compuesto de alúmina y circona para componentes de instalaciones donde ocurren desgastes extremos y/o temperaturas

elevadas.

Temperatura de aplicación: hasta 1000ºC

Ventajas: altamente resistente a la abrasión, resistente a temperaturas elevadas, resistente a la corrosión

Cerámicos con alto contenido de alúmina resistentes a la abrasión y a las temperaturas elevadas.

para componentes de instalaciones con condiciones de desgaste extremo y/o temperaturas elevadas, para

revestimientos de poco espesor o para superficies lisas.Instalación: tubos, componentes con forma, o baldosas finas colocadas en el mortero sintético, La sujeción mecánica por

soldadura también es posible.

Temperatura de aplicación: hasta 1000ºC,

Ventajas: altamente resistente al desgaste, superficie lisa

y duradera, a prueba de corrosión,

Indicado donde problemas de pegaduras van acompañados de un aumentado desgaste por abrasión.

En forma de baldosas estándares o cortadas a medida, según lo exijan las circunstancias. Se utiliza en áreas de planta donde se necesitan superficies lisas y una resistencia media al desgaste,

Incluso superficies cónicas pueden ser revestidas con baldosas KALCERAM

cortadas a medida, según las exigencias del caso.

KALCERAM

Revestimiento combinado con

ABRESIST y KALOCER.

Transporte Hidraulico

Toda la tubería de la línea de transporte hidráulico necesita protección contra la abrasión. Bajo condiciones típicas de transporte y procedimientos

normales operativos, ABRESIST ha demostrado ser muy eficaz.

Transporte Neumático

Para reducir la abrasión excesiva en los codos de líneas neumáticas, deben instalarse componentes con revestimientos

resistentes a la abrasión, tales como ABRESIST.

A causa de la turbulencia producida en el tramo recto detrás de un codo, es conveniente que este tramo tenga un revestimiento

resistente a la abrasión. La longitud recomendada para este tramo recto es de 10 veces el diámetro interior, ó 1 a 2 metros.

Los materiales cerámicos desempeñan un papel importante en la industria electrónica. Los circuitos integrados

semiconductores generalmente se montan en un sustrato de cerámica, por lo regular alúmina.

Condensadores: Se utilizan exclusivamente en microelectrónica, ya que sus valores y tamaños no son

suficientes como para dar 40uF a 400V que requeriría un motor, o los 1000uF que requiere el filtrado de una fuente de alimentación. Son sumamente baratos y suponen una opción de la que no se puede prescindir en muchos casos dadas sus

características

De los condensadores cerámicos urge decir que como la cerámica no es maleable, es rígida, la

configuración no es axial, enrollada, sino multicapa.

Neodimio y Samario

Titanato de bario

Este material es el de mayor constante dieléctrica que existe. llega a sobrepasar 4000V

Condensadores de alto voltaje, los condensadores son ideales para aplicaciones de telecomunicaciones, fuentes de alimentación,

inversores, módem, etc

Sistema de filtración de emisionesHORNO INCINERADOR DE RESIDUOS HOSPITALARIOS

FILTRO CERAMICOS

Los filtros cerámicos de baja densidad es una nueva tecnología de filtración con la cual se ha demostrado conseguir los

menores niveles de emisión de partículas sólidas a la atmósfera.

PRINCIPALES VENTAJAS DE LOS FILTROS CERAMICOS• Temperaturas de filtración más elevadas hasta

900C.• Mejor resistencia a la corrosión y al ataque ácido.

• Velocidades de filtración más elevadas.• Total resistencia a chispas y partículas incandescentes.• Capacidad elevada para la retención de gases ácidos.

• Vida de los cartuchos cerámicos más larga.• Mayor eficacia de filtración.

Materiales Piezoeléctricos

Generan un potencial eléctrico cuando se les somete a un esfuerzo mecánico. Esta propiedad hace posible el empleo de materiales piezoeléctricos para controlar las frecuencias en los circuitos electrónicos, como en los relojes de cuarzo y los generadores

ultrasónicos. Cuarzo (Si O2 cristalino),

El efecto piezoeléctrico se produce cuando doblegamos, torcemos o golpeamos una pieza de piedra o cerámica y se producen

minúsculas cargas eléctricas que pueden ser levantadas de la superficie del material por medio de contactos metalizados en

ambas caras.

Lo opuesto, se llama Piezomotricidad y consiste en aplicar una carga eléctrica a las caras metalizadas de un sustrato cerámico para

hacerlo vibrar.

Disco de Freno CeramicoProceso de fabricación

Tiempo fabricación mas de un dia de trabajo,

Mezcla de resinas Fibra de carbono

Horno al vacioMaterial Ceramico

1.700 grados centígrados.

El resultado es un disco de cerámica que, una vez enfriado, está listo para ser utilizado y que tiene unas características de

dureza próximas a las de un diamante en bruto.

BLINDAJES CERÁMICOSAplica para estructuras fijas como puertas, cabinas, bóvedas y

estructuras móviles tales como vehículos terrestres, marítimos y aéreos habiendo demostrado su eficiencia frente a proyectiles de

FAL cal. 7.62 y 5.56

Las características más importantes de los cerámicos para estas aplicaciones son su baja densidad, alta dureza, alta rigidez, que

combinadas con las propiedades elásticas de los materiales compuestos, a los cuales se vinculan con adhesivos estructurales,

conforman un blindaje adecuado para disipar la energía del proyectil.

Materiales cerámicos compuestos

Los objetos cerámicos son mucho más fuertes cuando se forman a partir de una mezcla compleja de dos o más materiales.

Semejantes mezclas se denominan materiales compuestos o composites. Los materiales compuestos más eficaces se forman

por la adición de fibras cerámicas a un material cerámico.

Aplicaciones de los materiales cerámicos compuestos

Se utilizar ampliamente en la industria de las herramientas para cortar. Por ejemplo, la alúmina reforzada con fibras

extremadamente finas de carburo de silicio se usa para cortar y maquinar hierro colado y aleaciones más duras a base de níquel.

También se utilizan materiales cerámicos en las ruedas de amolar y otros abrasivos a causa de su excepcional dureza, El carburo de

silicio es el abrasivo más ampliamente utilizado.

Peliculas Delgadas

OTROS MATERIALES CERÁMICOS Y SUS APLICACIONES

Cementos:En un proceso conocido como cementación, las materias

primas cerámicas se unen utilizando un aglutinante que no requiere horneado o sinterizado. Una reacción química convierte una resina líquida en un sólido que une las

partículas. En el caso del silicato de sodio, la introducción de gas CO2 actúa como catalizador para deshidratar la solución

de silicato de sodio y convertirla en un material vítreo.

La reacción de cementación más común e importante ocurre en el cemento Pórtland, utilizado para producir el concreto.

Recubrimientos:

Con frecuencia los productos cerámicos se utilizan como recubrimientos protectores de otros materiales. Los recubrimientos comerciales comunes incluyen los

vidriados y los esmaltados. Los vidriados se aplican sobre la superficie de un material cerámico para sellar un cuerpo de arcilla permeable, para dar protección y decorar, o para fines especiales. Los esmaltados se

aplican sobre superficies metálicas. Los esmaltados y vidriados son productos de arcilla que se vitrifican

fácilmente durante el horneado.

Mediante la adición de otros minerales se pueden producir en los vidriados y esmaltados colores especiales.

Recubrimientos:

Uno de los problemas que tienen los vidriados y los esmaltados son las grietas o cuarteduras superficiales que

ocurren cuando el vidriado tiene un coeficiente de expansión térmica distinto al del material subyacente.

Para materiales cerámicos avanzados y para materiales de operación a alta temperatura se utilizan

recubrimientos de SiC para mejorar su resistencia a la oxidación. A las superaleaciones base níquel se les puede

aplicar recubrimientos de circonia, como barreras térmicas que protejen al metal contra la fusión o contra

reacciones adversas.

Fibras:

A partir de materiales cerámicos se producen fibras para diversos usos como esfuerzo de materiales compuestos, para ser tejidas en telas o para uso en sistemas de fibras

ópticas. Las fibras de vidrio de borosilicato, las más comunes, proporcionan resistencia y rigidez a la fibra de

vidrio. También se pueden producir fibras con una diversidad de materiales cerámicos, incluyendo alúmina,

carburo de silicio y carburo de boro.

Superconductividad:

Fenómeno que presentan algunos conductores que no ofrecen resistencia al flujo de corriente eléctrica. Los

superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos

magnéticos. La superconductividad sólo se manifiesta por debajo de una determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético crítico Hc, que dependen del material

utilizado.

VIDRIOS:

El vidrio es un liquido sobreenfriado y se encuentra en un estado metaestable, osea puede pasar a un estado de menor energía, solo si pasa por un estado de mayor energía. El vidrio fundido se enfría lentamente, para

evitar su cristalización, es un material cerámico obtenido a partir de materiales inorgánicos a altas temperaturas, se distingue de otras cerámicas en que sus constituyentes son calentados hasta fusión y después enfriados hasta un

estado rígido sin cristalización.

Materia Prima:Materia Prima:

Las materias usadas para fabricar vidrio son:

Vitrificantes: tales como La sílice, con punto de fusión 1.720 °C.

Fundentes: Los mas usados son el Sulfato de Sodio y el Carbonato Sodico, son fácilmente atacables los vidrios

formados por vitrificantes y fundentes.

Estabilizantes: Se añaden para obtener vidrios mas estables y menos atacables. Los mas usados son:

Carbonato Calcico, Carbonato de Megnesio, Oxido de Bario(Barita), Oxido de Aluminio(Alumina), Oxido de

Plomo y Oxido de Cinc.

.

ESTRUCTURA DEL VIDRIO

El Óxidos formadores de vidrio: Muchos vidrios inorgánicos están basados en el oxido de silicio, (SiO2), como formador de vidrio. La subunidad fundamental en

los vidrios de sílice es el tetraedro SiO4 - en donde un átomo (ion) de silicio (Si4 +) se encuentra covalentemente

enlazado a cuatro átomos de oxigeno.

El oxido de boro B2 O3, es también un oxido formador de vidrio y por si mismo forma subunidades que son

triángulos planos con el átomo de boroligeramente fuera de plano de los átomos de oxigeno.

El oxido de boro es un aditivo importante para muchos tipos de vidrios comerciales, con vidrios de borosilicato y

aluminoborosilicato.

PROPIEDADES DE LOS VIDRIOS

Los vidrios tienen propiedades especiales no encontradas en otros materiales de ingeniería. La combinación de transparencia y dureza a temperatura ambiente con

suficiente fuerza y una excelente resistencia a la corrosión en la mayoría de los ambientes hacen al vidrio

indispensable para muchas aplicaciones de ingeniería tales como construcción y vidriado de vehículos.

En la industria eléctrica el vidrio es esencial para varios tipos de lámparas debido a sus propiedades aislantes y

capacidad para suministrar un cierre hermético.

Temperatura de transición vítrea:

El comportamiento frente a la solidificación de un vidrio es diferente del de un cristal, un liquido que forma un

sólido cristalino bajo solidificación (p. ej., un metal puro) normalmente cristalizará en su punto de fusión con una

disminución significativa de su volumen especifico, por el contrario un liquido que forma un vidrio bajo

enfriamiento no cristaliza el liquido se vuelve mas viscoso a medida que su temperatura va disminuyendo y se

transforma desde un estado plástico blando y elástico a un estado vidrioso, quebradizo y rígido en un margen

reducido de temperaturas.

Métodos de conformado del vidrio:

Los productos de vidrio se fabrican calentando primero el vidrio a una temperatura alta para producir un liquido viscoso que seguidamente se moldea, contorna o lamina

en la forma deseada.Conformado en hojas y laminas: Se fabrica mediante el proceso de flotado, en el cual una tira de vidrio sale del horno de fusión y flota sobre la superficie de un baño de estaño fundido, la lámina de vidrio es enfriada mientras

se mueve a través del estaño fundido y bajo una atmósfera controlada químicamente cuando su superficie esta suficientemente dura, la lámina de vidrio se saca del horno sin ser marcada mediante rodillos y pasa a través de un largo horno de recocido llamado Lehr, donde se

eliminan las tensiones residuales.


Conformado por soplado, prensado y moldeado del vidrio:

Artículos huecos como botellas, jarras, y envolturas de tubos luminosos se fabrican soplando aire para ajustar el

vidrio fundido dentro de los moldes. Artículos planos como lentes ópticas y lentes para faros se fabrican

prensando con un émbolo en el molde que contiene vidrio fundido.

Muchos artículos pueden fabricarse moldeando el cristal dentro de un molde abierto.


Conformado por vidrio reforzado químicamente:

La resistencia de un vidrio puede incrementarse mediante tratamientos químicos especiales. Por ejemplo, si un vidrio de alumino-silicato de sodio se sumerge en un

baño de nitrato de potasio a una temperatura de aproximadamente 50°C por debajo de su punto de tensión ( 500°C) durante 6 a 10 h, los iones más

pequeños de sodio, junto a la superficie del vidrio son reemplazados por iones potasio más grandes.

VIDRIOSVIDRIOS OBSERVACIONESOBSERVACIONES

Sílice (fundida)Sílice (fundida)Difícil de fundir y fabricar , pero útil hasta Difícil de fundir y fabricar , pero útil hasta

temperaturas de 1000°C. Muy baja expansión y alta temperaturas de 1000°C. Muy baja expansión y alta resistencia al choque térmico.resistencia al choque térmico.

Sílice 96%Sílice 96%Fabricado a partir de vidrios relativamente suaves de Fabricado a partir de vidrios relativamente suaves de

borosilicato; se calienta para consolidar los poros.borosilicato; se calienta para consolidar los poros.

Soda-cálcica: láminas de vidrioSoda-cálcica: láminas de vidrioFácilmente fabricable. Usado ampliamente en una Fácilmente fabricable. Usado ampliamente en una variedad de aplicaciones; cristalería, para ventanas, variedad de aplicaciones; cristalería, para ventanas,

contenedores y bombillas eléctricas.contenedores y bombillas eléctricas.

Silicato de PlomoSilicato de PlomoFunde fácil y es fabricable, con buenas propiedades Funde fácil y es fabricable, con buenas propiedades

eléctricas.eléctricas.

Alto contenido en plomoAlto contenido en plomo

El alto contenido en plomo absorbe los rayos X; el El alto contenido en plomo absorbe los rayos X; el alto índice de retracción es útil en lentes acromáticas.alto índice de retracción es útil en lentes acromáticas.

Vidrio para cristal decorativo.Vidrio para cristal decorativo.Aplicaciones ópticas y vidrios de mesa.Aplicaciones ópticas y vidrios de mesa.

Ventanas de radiación y lámparas de televisión.Ventanas de radiación y lámparas de televisión.

Borosilicato: baja expansiónBorosilicato: baja expansión

Baja expansión, buena resistencia al choque térmico y Baja expansión, buena resistencia al choque térmico y estabilidad química. Utilizando ampliamente en la estabilidad química. Utilizando ampliamente en la

industria química.industria química.Para utensilios de cocina, instrumentos de laboratorio, Para utensilios de cocina, instrumentos de laboratorio,

grandes espejos de telescopios, hornos y lámparas grandes espejos de telescopios, hornos y lámparas reflectoras.reflectoras.

Baja pérdida eléctricaBaja pérdida eléctrica Bajas pérdidas dieléctricas.Bajas pérdidas dieléctricas.

Aluminoborosilicato: aparatos estándarAluminoborosilicato: aparatos estándarContenidos altos en alumina y bajos en óxido bórico Contenidos altos en alumina y bajos en óxido bórico

mejoran la durabilidad química.mejoran la durabilidad química.

Bajo alcali (Vidrios E)Bajo alcali (Vidrios E)Usado ampliamente para fibras en compuestos de Usado ampliamente para fibras en compuestos de

resina de vidrio.resina de vidrio.

AluminosilicatoAluminosilicato Resistencia a altas temperaturas, baja expansión.Resistencia a altas temperaturas, baja expansión.

Cerámica vítreaCerámica vítrea

Cerámica cristalina fabricada por desvitrificación del Cerámica cristalina fabricada por desvitrificación del vidrio.vidrio.

Fácil fabricación, buenas propiedades. Diferentes Fácil fabricación, buenas propiedades. Diferentes vidrios y catalizadores.vidrios y catalizadores.

APLICACIONES DE LOS VIDRIOS

Los materiales cerámicos, tanto cristalinos como no cristalinos son muy frágiles, en particular a temperaturas bajas. El problema con la fractura frágil de los materiales

cerámicos se intensifica por la presencia de imperfecciones como pequeñas grietas, porosidad, inclusiones extrañas,

fases cristalinas o un tamaño grande de grano, que se introducen en el proceso de manufactura. Los defectos

varían en tamaño, forma y orientación, tanto dentro de un solo componente, como de un componente a otro.

FALLAS MECANICAS EN LOS FALLAS MECANICAS EN LOS MATERIALES CERAMICOSMATERIALES CERAMICOS


• Fractura frágil: Cualquier grieta o imperfección limita la capacidad de un producto cerámico para resistir un esfuerzo a tensión. Esto se debe a que una grieta concentra y amplifica el esfuerzo aplicado. Los defectos resultan de máxima importancia cuando actúan esfuerzos de tensión sobre el material. Los esfuerzos a la compresión tienden a cerrar las grietas en vez de abrirlas; a menudo los cerámicos tienen excelente resistencia a la compresión.

METODOS PARA MEJORAR LA TENACIDAD

• Un método tradicional para mejorar la tenacidad consiste en rodear las partículas frágiles del cerámico con un material matriz más suave y tenaz. Esto se hace al producir herramientas de corte y abrasivos de Cermet, que es un grupo de materiales realmente compuestos.

Otra alternativa es crear compuestos de matriz cerámica (CMC) introduciendo fibras o aglomerados cerámicos en dicha matriz. Cuando una grieta intenta propagarse en la matriz, encuentra la interfase entre matriz y fibra cerámica; la interfase ayuda a bloquear la propagación de la grieta.

Otro proceso es introducir deliberadamente muchas microgrietas, demasiado pequeñas para propagarse por sí mismas pero que pueden ayudar a detener otras grietas mayores que pudieran intentar crecer.

TERMO FLUENCIA DE LOS CERAMICOS

• Como los cerámicos a menudo se diseñan para uso a altas temperaturas, la resistencia a la termofluencia es una propiedad importante. Los cerámicos cristalinos tienen buena resistencia a la termofluencia, por sus altos puntos de fusión y su elevada energía de activación para la difusión.

La termofluencia de los cerámicos cristalinos frecuentemente ocurre como resultado del deslizamiento de los bordes de grano. Conforme los granos se deslizan uno sobre otro, se pueden iniciar las grietas y finalmente causar la falla.

FACTORES QUE FACILITAN EL DESLIZAMIENTO DE LOS BORDES DE GRANO

• Tamaño de grano: los más pequeños son los que incrementan la tasa de termofluencia así existen más bordes de grano y el deslizamiento de bordes de éstos se facilita.

• Porosidad: al incrementar la porosidad en el cerámico, se reduce su sección transversal y aumenta el esfuerzo que actúa sobre el producto cerámico para una carga dada; los poros también facilitan el deslizamiento de los bordes de grano. En consecuencia, la tasa de termofluencia se incrementa.

• Impurezas: diversas impurezas pueden provocar la formación de fases vítreas en los bordes de grano, permitiendo termofluencia debido a flujo viscoso.

• Temperatura: las altas temperaturas reducen la resistencia de los bordes de grano, incrementan la velocidad de difusión y promueven la formación de fases vítreas.

MATERIALES ABRASIVOS CERAMICOS

• La gran dureza de algunos materiales cerámicos les hace susceptibles de ser usados como abrasivos para cortar, afilar y pulir otros materiales de menor dureza. La alúmina fundida y el carburo de silicio son dos de los productos abrasivos cerámicos más usados industrialmente. Los productos abrasivos, como láminas y ruedas, se hacen por enlace de partículas cerámicas individuales. Entre los materiales de adición se encuentran cerámicas horneadas, resinas orgánicas y cauchos. Las partículas cerámicas deben ser duras y con extremos cortantes afilados. Además, el producto abrasivo debe tener cierta porosidad, para proporcionar canales para que el aire o el líquido fluyan a través de la estructura.

RESISTENCIA AL DESGASTE POR ABRASION O AL ATAQUE QUIMICO

• Es un campo donde las cerámicas puede proporcionar soluciones en condiciones extremas. La resistencia de las cerámicas avanzadas es incluso particularmente eficaz cuando se combinan abrasión por deslizamiento y ataque químico.

Se logra así una gran resistencia a la abrasión evitando un excesivo desgaste de otros materiales y componentes. Además de numerosas aplicaciones en la industria, éstas propiedades proporcionan a las cerámicas una gran variedad de aplicaciones biomecánicas

IMPERFECCIONES

• DEFECTOS PUNTUALES

Estos son discontinuidades de la red que involucran uno o quizá varios átomos. Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento; durante el proceso del material; mediante una introducción de impurezas; o intencionalmente a través de aleaciones.

IMPUREZAS

• Puesto que hay tanto cationes como aniones, una impureza sustituirá al átomo disolvente que sea más similar en comportamiento eléctrico; si el átomo de impureza forma normalmente un catión en un material cerámico, lo más probable es que sustituya al catión disolvente. Por ejemplo, en el cloruro sódico, las impurezas iónicas Ca2+ y O2- sustituirán probablemente a los iones Na+ y Cl-, respectivamente.

• Para que en el estado sólido haya una solubilidad apreciable de los átomos de impurezas sustitucionales, los tamaños iónicos u la carga deben ser casi iguales a los de los iones disolventes.

DISLOCACIONES

• En algunos materiales cerámicos, incluyendo el LiF, el Zafiro (Al2O3), y el MgO se observan dislocaciones. Sin embargo, éstas no se mueven con facilidad por los siguientes factores que influyen:

• Debido a un vector de Burgers grande, a la presencia de relativamente pocos sistemas de deslizamiento, y a la necesidad de romper enlaces iónicos fuertes para después obligar a los iones a deslizarse frente a los de carga opuesta.

• Debido a que no ocurre deslizamiento las grietas no se redondean por la deformación del material que se encuentra en la punta de la grieta y, en consecuencia, su propagación continúa. El material cerámico es frágil.

• Aunque las dislocaciones se mueven con mayor facilidad a temperaturas elevadas, es más probable que ocurra deformación mediante mecanismos como el deslizamiento de bordes de grano y el flujo viscoso de las fases vítreas.

Vacancia e Intersticio

Impurezas

Defecto de Schottky y Frenkel

Diagrama de Fase• En un material, en términos de micro estructura, una fase es una región que difiere en estructura y/o composición de otra región.

• Un diagrama de fase es una representación gráfica de las fases que están presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composición.

• Un ejemplo de diagrama sería:

Componentes de automotor (Kyocera)

El ideal de fabricar un motor hecho exclusivamente con componentes cerámicos aún no es una realidad, pero algunos motores contienen

componentes cerámicos como los rotores turbo, lámparas y termostatos

de cerámica resistente. Son más resistentes al calor, permitiendo que

el combustible se encienda a más altas temperaturas. Esto conduce al

incremento de la eficiencia en la combustión, rebajando el consumo,

así como disminuyendo las emisiones contaminantes y ruidos.

Altavoces (Shinsei)Los altavoces hechos con cerámicas

piezoeléctricas vibran cuando las pulsiones eléctricas son remitidas a ellos. Se pueden hacer pequeños,

delgados y ligeros, pero serán suficientemente potentes. Cuando estos dispositivos se implantan en

paneles cuya supeficie puede vibrar, como por ejemplo, cristal, o pared,

se convierte en un altavoz. Estos han sido fotografiados al lado de lapiceros para que se vea los

pequeños que pueden llegar a ser.

Dispositivo de diagnóstico por ultrasonidos (Aloka)

Este dispositivo, con propósitos de diagnóstico, puede describir formas en el interior del cuerpo sin causar

daños ni dolor. El dispositivo transmite ultrasonidos y recepciona ondas. La parte más importante de

este dispositivo es la prueba (foto en círculo) hecha con cientos de

diminutas piezas piezoeléctricas de cerámica. La señal eléctrica de las ondas reflejadas, capturadas por el dispositivo probador puede mostrar

en detalle un feto chupándose un dedo.

Componentes de una turbina de gas

(Nissan Motor)Los investigadores han hecho

bastante camino en el desarrollo de los componentes cerámicos para turbinas de gas utilizadas en la generación de electricidad, o al

menos en cuanto a los componentes expuestos a la combustión de gases a

altas temperaturas. Si estos componentes aguantan tan altas

temperaturas será ventajoso usarlos — las turbinas de gas normales son sometidas a temperaturas de unos

900 °C, con una eficiencia energética de sólo el 20%, pero puede ser elevado al 40% aumentando la temperatura a 1.350 °C. Los componentes cerámicos son

presentados en los cuadrados rojos.

Hueso artificial (Toshiba Ceramics)

El componente principal del hueso natural es la hidroxiapatita, material que puede fabricarse artificialmente

y ser procesado en un sustituto poroso de hueso llamado “Neo

hueso”. El cuerpo humano acepta fácilmente la prótesis y con el

tiempo se forma tejido alrededor de ello.

Azulejo Interior/Exterior (TOTO)Azulejos con material cerámico,

óxido de titanio, pintados. Cuando la luz se refleja en los azulejos produce

un efecto foto catalítico que esteriliza y desodoriza. Las manchas

se quitan fácilmente, ya que el material favorece la solubilidad en

agua. En la actualidad estos azulejos se utilizan para suelos y paredes de salas quirúrgicas y como “ladrillo

vista” en las fachadas de los edificios. .

Desodorante textil antibacteriano (ShinShu Ceramics)

Este material textil ha sido tejido con material cerámico que posee un

efecto foto catalizador. Este nuevo tipo de textil, llamado mairaifu, es integrado en toallas, calcetines o

camisetas, debido a su poder antibacteriano y desodorante.

“Huevo” desodorante antibacteriano (IT)

Este “huevo foto catalítico” está hecho con un material cerámico que tiene efectos foto catalíticos y otro

material cerámico poroso. Los “huevos” se cuecen en horno,

utilizando técnicas tradicionales de la cerámica Seto. Debido a su efecto

antibacteriano y desodorante son muy útiles en el baño y la nevera.

Objetos de oficina (Kyocera)La cerámica es más ligera que el

metal, por lo que las tijeras de cerámica son más agradables de usar. Además, se mantienen más

tiempo afiladas. También las puntas de los bolígrafos en cerámica duran

más y producen líneas más finas, con una escritura más suave.

Utensilios de cocina (Kyocera)Los cuchillos de cocina en cerámica son muy populares por su capacidad anticorrosiva, afilados durante más

tiempo y no transmiten a los alimentos olor metálico. También se

fabrican cortadoras, peladoras y ralladores de cerámica.

Tasa de Té (Kyocera)Esta tasa de té, gyokuji, está hecha con corindón cristalizado en polvo,

sinterizado a ultra altas temperaturas en una bomba neumática, limado con diamante en polvo y, posteriormente,

decorado utilizando técnicas de la cerámica Satsuma. El aspecto es

tradicional, aunque el método es de cerámica avanzada. Bello e

irrompible.

materiales cerámicos

Documents