POLÍMEROS1. DEFINICIÓN

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.El monómero (del griego mono, uno y meros, parte) es una molécula de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas, válgase la redundancia, polímeros.La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como "polimerización por pasos" o como "polimerización en cadena". En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una masa molecular distinta, de ahí que se hable de masa promedio del polímero.La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros bifuncionales.Ejemplo: HOOC--R1--NH2Si reacciona consigo mismo, entonces:2 HOOC--R1--NH2 HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O[pic][pic]Tacticidad de poliestireno, atáctico, sindiotáctico, isotáctico

2. CLASIFICACIÓN

Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí.

Según su origen

• Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural,la lignina, etc.• Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.• Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC), el polietileno, etc.

Según su mecanismo de polimerización

En 1929 Carothers propuso la reacción:[pic]Estructura de los cuatro polímeros mostrados a continuación.1. Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.2. Polímeros de adición. La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto de baja

masa molecular.Esta polimerización se genera cuando un "catalizador", inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina.3. Polímeros formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.4. Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.

Según su composición química

• Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos decarbono.• Polímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono.Dentro de ellos se pueden distinguir:• Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas.Ejemplos: polietileno y polipropileno.• Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros.Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.• Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.Ejemplos: PVC y PTFE.• Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.• Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.Algunas sub-categorías de importancia:• Poliésteres• Poliamidas• PoliuretanosPolímeros inorgánicos. Entre otros:• Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.• Basados en silicio. Ejemplo: silicona.

Según su comportamiento al elevar su temperatura

Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario no lo hace se diferencian dos tipos de polímeros:• Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado solido) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo PVC.• Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos es que

sedescompongan químicamente, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas.La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se haga referencia sólo a "los plásticos termoestables". Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la gran mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy interesantes).3. ESTRUCTURA INTERNA

La estructura puede ser lineal o también ramificada (aparte de poder presentar entrecruzamientos).

[pic]

También pueden adoptar otras estructuras, por ejemplo radiales.

[pic]Polimerización del estireno para dar poliestirenon indica el grado de polimerizaciónPor otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas cadenas.La naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades físicas, así como la estructura que presentan, determinan diferentes características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no presentara ninguno.Los enlaces decarbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser: atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se la llama tacticidad. Las propiedades de un polímero pueden verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica.En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras, particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de forma aleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o en los polinucleótidos de los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano o en algunos polisacáridos.Los monómeros que conforman la cadena de un copolímero se pueden ubicar en la cadena principal alternándose según diversos patrones, denominándose copolímero alternante,

copolímero en bloque, copolímero aleatorio, copolímero de injerto. Para lograr este diseño, la reacción de polimerización y los catalizadores deben ser los adecuados.[pic]a) Homopolímero b) Copolímero alternantec) Copolímero en bloque d) Copolímero aleatorioe) Copolímero de injertoFinalmente, los extremos de los polímeros pueden ser distintos que el resto de la cadena polimérica, sin embargo es mucho másimportante el resto de la cadena que estos extremos debido a que la cadena es de una gran extensión comparada con los extremos.4. APLICACIONESAtendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:• Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.[pic]La suela de estos tenis están hechas a base de elastómeros.• Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.[pic]Estos productos plásticos son fabricadas a base de plásticos.• Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.[pic]Esta silla está conformada por fibras de polímeros.• Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.• Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.

CERÁMICOS1. DEFINICIÓNLa palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere a la arcilla entodas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor.Hasta los años 1950, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio. El arte tradicional de la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse la historia del rakú, singular técnica milenaria oriental.Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales. Esto también se ha buscado

incorporándolas a materiales compuestos como es el caso de los cermets, que combinan materiales metálicos y cerámicos.

2. CLASIFICACIÓN

El producto obtenido dependerá de la naturaleza de la arcilla empleada, de la temperatura y de las técnicas de cocción a las que ha sido sometido. Así tenemos:• Materiales cerámicos porosos. No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:-Arcillas cocidas.- De color rojizo debido al óxido de hierro de las arcillas que la componen. La temperatura de cocción es de entre 700 a 1000ºC. Si una vez cocida se recubre con óxido de estaño (similar a esmalte blanco), se denomina loza estannífera. Se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.-Loza italiana.- Se fabrica con arcilla entreamarillenta y rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción varía entre 1.050 a 1070ºC.-Loza inglesa.- Fabricada de arcilla arenosa de la que se elimina mediante lavado el óxido de hierro y se le añade silex (25-35%), yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. La cocción se realiza en dos fases:1)Cocido entre 1200 y 1300ºC.2)Se extrae del horno y se cubre de esmalte. El resultado es análogo a las porcelanas, pero no es impermeable.-Refractarios.- Se trata de arcillas cocidas porosas en cuyo interior hay unas proporciones grandes de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectua entre los 1300 y los 1600ºC. El enfriamiento se debe realizar lenta y progresivamente para no producir agrietamientos ni tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3000 ºC. Las aplicaciones más usuales son:a) Ladrillos refractarios, que deben soportar altas temperaturas en el interior de hornos.b) Electrocerámicas: Con las que en la actualidad se están llevando a cabo investigaciones en motores de automóviles, aviones, generadores eléctricos, etc., con vistas a sustituir elementos metálicos por refractarios, con los que se pueden obtener mayores temperaturas y mejor rendimiento. Una aplicación no muy lejana fue su uso por parte de la NASA para proteger la parte delantera y lateral del Challenger en el aterrizaje.

[pic]Challenger de la NASA• Materiales cerámicos impermeables. Se los ha sometido a temperaturas bastante altas en las que sevitrifica completamente la arena de cuarzo. De esta manera se obtienen productos impermeables y más duros. Los más destacados:-Gres cerámico común.- Se obtiene a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1300ºC. Es muy empleado en pavimentos.-Gres cerámico fino.- Obtenido a partir de arcillas refractarias (conteniendo óxidos metálicos) a las que se le añade un fundente (feldespato) con objeto de rebajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1300 ºC. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se impregnan

los objetos de sal marina. La sal reacciona con la arcilla y forma una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico.-Porcelana. Se obtiene a partir de una arcilla muy pura, denominada caolín, a la que se le añade fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Son elementos muy duros soliendo tener un espesor pequeño (de 2 a 4 mm), su color natural es blanco o translucido. Para que el producto se considere porcelana es necesario que sufra dos cocciones: una a una temperatura de entre 1000 y 1300 ºC y otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1800 ºC. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.). Según la temperatura se distinguen dos tipos:• Porcelanas blandas. Cocidas a unos 1000 ºC, se sacan se les aplica esmalte y se vuelven a introducir en el horno a una temperatura de 1250 ºC o más.• Porcelanas duras. Se cuecen a 1000 ºC, a continuación se sacan, se esmaltan, y se reintroducen en elhorno a unos 1400 ºC o más. Si se decoran se realiza esta operación y luego se vuelven a introducir en el horno a unos 800º.3. ESTRUCTURA INTERNA

¬Enlace atómico: parcial o totalmente iónico¬Iones metálicos: cationes (ceden sus electrones, +), aniones (aceptan electrones, -).¬Estructuras cristalinas, compuestas de dos o más elementos.¬La estructura está determinada por: el valor de la carga eléctrica de los iones (el cristal debe ser eléctricamente neutro) y los tamaños relativos de los cationes y aniones (número de coordinación).

a) Estructura cristalina tipo XY (X: catión, Y: anión)¬ Igual número de cationes y aniones.¬ Ejemplos: cloruro de sodio (NaCl), cloruro de cesio (CsCl), blenda(ZnS), etc.

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Enlace iónico

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Estructura del NaCl

Estructura cristalina tipo XmYp

¬ Número de cationes distinto del número de aniones¬ m y p son diferentes de 1.¬ Ejemplos: fluorita (CaF2), UO2, ThO2, etc.

[pic]Flurita (CaF2)

(Ca2+, F-)

c) Estructura cristalina tipo XmZnYp

¬ Dos tipos de cationes (X y Z) y un anión (Y)¬ Ejemplos: perouskita (BaTiO3), SrZrO3, SrSnO3, espinela (MgAl2O4,FeAl2O4).

[pic]Perouskita (BaTiO3)Ti4+O2-Ba+2

d) Densidad r de los cerámicos cristalinos

ρ ’ n (∑ AY + ∑AX) / VcNA

n: N° de ionesΣAY, ΣAX: suma de pesos atómicos de cationes y aniones, respectivamenteVc: volumen de la celda unitariaNA: N° de Avogadro (&,023 x 1023 iones/mol).

Cerámicas formadas por silicatos

¬ Silicatos: materiales compuestos formados principalmente por silicio y oxígeno (mayoría de suelos, rocas, arcillas y arenas)¬ En vez de combinación de celdas unitarias, se usa combinación detetraedros SiO44-.

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Tetraedro de SiO44-

a) Sílice

¬ Silicato más simple: dióxido de silicio ó sílice

[pic]Sílice (SiO2)

b) Silicatos más complejos

¬ Uno, dos o tres de los átomos de oxígeno del tetraedro son compartidos por otros tetraedros.¬ Ejemplos: SiO44-, Si2O76-, Si3O96-, etc.

¬ Cationes, como Ca2+, Mg2+ y Al3+, compensan las cargas negativas de los tetraedros SiO44- de manera que alcancen la neutralidad y sirven de enlace iónico entre los tetraedros SiO4.

[pic]Fig. 6.7 Estructuras de iones deSilicatos formados a partir de SiO44-.

Vidrios de sílice

¬ Sólido no cristalino, con un alto grado de distribución al azar.¬ Vidrios inorgánicos comunes (recipientes, ventanas, etc.): vidrios de sílice más óxidos (CaO y Na2O). Los cationes (Na+, Ca2+) enlazan los tetraedros, dando forma a una estructura vítrea, más probable que una cristalina.

[pic]Representación de unvidrio de sílice con sodio.Carbono

¬ Existe en varias formas polimórficas y en estado amorfo.¬ Carboncillo: amorfo¬ Grafito: compuesta por capas, los átomos de C de cada capa unidos conenlaces covalentes, y entre capas unidos por fuerzas de Van der Waals.Propiedades anisotrópicas.¬ Diamante: poliformo metaestable de C a temperatura ambiente y presiónatmosférica. Cada átomo de C está unido con otros cuatro, con enlacescovalentes. Propiedades isotrópicas.

[pic]

4. APLICACIONESLas cerámicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. El vidrio es formado por cualquiera de los siguientes métodos: soplado, prensado, laminado, estirado, colado o flotado.Los materiales cerámicos cristalinos no son susceptiblesde un variado rango de procesado. Los métodos empleados para su manejo tienden a fallar en una de dos categorías -hacer cerámica en la forma deseada, pro reacción in situ, o por formación de polvos en la forma deseada, y luego sinterizados para formar un cuerpo sólido. Algunos métodos usados son un híbrido de los dos métodos mencionados.

Manufactura in situ

El uso más común de este método es en la producción de cemento y concreto. Aquí, los abrasivos deshidratados son mezclados con agua. Esto da comienzo a las reacciones de la hidratación, las cuales resultan en cristales grandes, interconectados formándose alrededor de los agregados.

Pasado un tiempo, esto resulta en una cerámica sólida.El mayor problema con este método es que la mayoría de las reacciones son tan rápidas que no es posible hacer una buena mezcla, lo que tiende a impedir la construcción en gran escala. Sin embargo, los sistemas a pequeña escala pueden ser realizados mediante técnicas de depósito, en donde los diferentes materiales son introducidos sobre un substrato, donde se produce la reacción y la cerámica se forma sobre este substrato.

Conformado de los polvos

El objetivo principal del conformado es dar forma y consistencia a la masa de polvos que dé lugar a un aumento de la densidad y, por lo tanto, a una mejora de las propiedades mecánicas. Existen dos formas de realizar el conformado: mediante la aplicación de presión y temperaturas elevadas. Con la aplicación de presión y temperatura, el proceso es similar a si no aplicásemos altas temperaturas, pero obtenemos productos más densos y homogéneos a la vez que ahorramos materias primas.• Prensado uniaxial: (encaliente o en frío). Consiste en la aplicación de presión en una única dirección hasta conseguir la compactación de los polvos cerámicos. La pieza así conformada tendrá la forma de la matriz y las superficies con las que se aplica la presión.• Prensado isostático: (en caliente o en frío). Consiste en compactar los polvos encerrándolos herméticamente en moldes elásticos típicamente de goma, látex o PVC, aplicándoles presión hidrostática mediante un fluido que puede ser agua o aceite. El fundamento de este proceso es el Teorema de Pascal, de este modo conseguimos compactar uniformemente y en todas las direcciones el material.• Slip Casting: Se fundamenta en el moldeo por barbotina de la cerámica tradicional, mediante el cual obtenemos piezas de espesores pequeños utilizando moldes porosos.

Métodos basados en la sinterización

Los principios de los métodos basados en la sinterización son sencillos: Una vez que la materia prima es acondicionada para su procesamiento (hornada), es introducida en el horno, con lo que el proceso de difusión compacta a la materia prima.Los poros se achican, resultando un producto más denso y fuerte. El quemado se hace a una temperatura por debajo del punto de derretimiento de la cerámica. Siempre queda alguna porosidad, pero la verdadera ventaja de este método es que la hornada puede ser producida de cualquier modo imaginable, e incluso puede ser sinterizado. Esto lo hace una ruta muy versátil.Existen miles de posibles refinamientos de este proceso. Algunos de los más comunes involucran presionar la hornada para darle la densidad, la quema reduce el tiempo de sinterización necesario. A veces, se añaden elementosorgánicos junto a la hornada, que son disueltos durante la quema.Algunas veces, se agregan lubricantes orgánicos durante el proceso para incrementar la densidad. No es raro combinarlos, agregando materia orgánica y lubricantes a una hornada, y luego presionar (la formulación de estos aditivos químico orgánicos es un arte en sí mismo). Esto es particularmente importante en la manufactura de cerámica de alto rendimiento, tales como las usadas para la electrónica, en condensadores, inductores, sensores, etc.Puede realizarse una mezcla de componentes en vez de usar un solo polvo, y luego verterlo en el

molde deseado, dejándolo secar y luego sinterizarlo. De hecho, en la alfarería tradicional es hecho de esta forma, usando una mezcla plástica que es trabajada con las manos.Si una mezcla de materiales diferentes componentes es utilizada en una cerámica, algunas veces la temperatura de sinterización es mayor a la temperatura de fundición de alguno de sus componentes (fase líquida de sinterización). Esto genera un período más corto de sinterización comparado con el estado sólido sinterizado.

Otras aplicaciones de la cerámica

Hace un par de décadas atrás, Toyota investigó la producción de un motor cerámico el cual puede funcionar a temperaturas superiores a 3300 °C. Los motores cerámicos no requieren sistemas de ventilación y por lo tanto permiten una mayor reducción en el peso, y con esto, una mayor eficiencia en el uso de combustible. La eficiencia en el uso de combustible de un motor es también superior a más alta temperatura. En un motor metálico convencional, mucha de la energía generada desde la combustión debe ser derrochada como calor para prevenir lafundición de las partes metálicas.A pesar de todas estas propiedades deseables, tales motores no están en producción porque la manufactura de partes cerámicas es muy dificultosa. Las imperfecciones en la cerámica conducen a quiebras y rompimientos. Dichos motores son factibles en investigaciones de laboratorio, pero las dificultades actuales sobre la manufactura impiden su producción en masa.Con los vidrios se fabrican artículos útiles a altas temperaturas, con la viscosidad bajo control, de tal forma que el vidrio pueda ser conformado.Se lleva a cabo el proceso en función de los rangos de viscosidad que se divide en tres:• Rango líquido• Rango de trabajo• Rango de recocidoEs 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.Procedimiento y aplicación de los vidrios cerámicosEstos 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 aplicaciones de productos de arcillaLos cerámicos cristalinos se usan para la manufactura. Los productos de arcilla se utilizan para producir tubos, ladrillos y artefactos de cocina. Existen técnicasde 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 aplicaciones de cerámicos avanzadosEstos están diseñados para optimizar las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. Algunos procesos para llegar a los cerámicos avanzados son:

• Compresión y sinterizado.• Unión por reacción• Proceso sol gel.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 sialón, etc.Refractarios[pic]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 más fino.Se dividen en 3 grupos: ácido, básico y neutro.Otros materiales cerámicos y sus aplicacionesCementos: 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.

MATERIALES COMPUESTOS1. DEFINICIÓNEn ciencia de materiales reciben elnombre de materiales compuestos aquellos que cumplen las siguientes propiedades:• Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.• Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.• Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas.A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricación o la incompatibilidad entre materiales.La gran mayoría de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.

2. CLASIFICACIÓN

Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:

Materiales Compuestos reforzados con partículas

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.Tipos: Endurecidos por dispersión Formados por partículas verdaderas.[pic]Estructura de epoxy prepolymer, donde n indica el número de subunidades polimerizados y se encuentra en el rango de 0 hasta casi 25.

Materiales Compuestos reforzados con fibrasUn componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las fibras.[pic]Estructura interna del kevlarEn términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresión, incluyendo cualquier agregado.Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminación.

Materiales compuestos estructurales

[pic][pic]Panel sandwich con núcleo en forma de panal.Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sandwich.Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material isótropo, uniendo variascapas marcadamente anisótropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.Los paneles sandwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia, (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores eléctricos multicapas.

Ejemplos de materiales compuestos

• Plásticos reforzados con fibra:o Clasificados por el tipo de fibra:▪ Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)▪ Plástico reforzado de fibra de carbono o CFRP o▪ Plástico reforzado de fibra de vidrio o GFRP o reinforced plastic GRP (informalmente, "fibra de vidrio")o Clasificados por la matriz:▪ Termoplásticos reforzados por fibra larga.▪ Termoplásticos tejidos de vidrio.▪ Compuestos termoformados o termoestables.• Compuestos de matriz metálica o MMCs:o Cermet (cerámica y metal).[pic]Puntas de sierra a base de cermet.o Fundición blanca.▪ Metal duro (carburo en matriz metálica)o Laminado metal-intermetal.• Compuestos de matriz cerámica:o Hormigón/Concretoo Carbono-carbono reforzado (fibra de carbono en matriz de grafito).o Hueso (matriz óseareforzada con fibras de colágeno)o Adobe (barro y paja)• Compuestos de matriz orgánica/agregado cerámicoo Madreperla o nácaro Concreto asfáltico• Madera mejoradao Plywoodo Tableros de fibra orientada.o Trexo Weatherbest (fibra de madera reciclada en matriz de polietileno)o Pycrete (serrín en matriz de hielo)[pic]Tablas de Plywood.

[pic]3. ESTRUCTURA INTERNA

Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes:• Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.• Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

Refuerzos

Los tipos de refuerzo se pueden clasificar en tres categorías: fibras, whiskers y partículas. Desde el punto de vista de propiedades mecánicas, se puede obtener una gran mejora mediante el uso de fibras continuas, reforzando en la dirección del esfuerzo aplicado; mientras que con whiskers y partículas se experimenta una disminución de resistencia pero se obtiene una gran isotropía en el material.

Fibras Continuas: En el caso de las fibras metálicas, los problemas de ataque químico por parte de la matriz, los posibles cambios estructurales con la temperaturaza, la posible disolución de la fibra en la matriz y la relativamente fácil oxidación de las fibras de metales refractarios (W, Mo, Nb), hacen que éste tipode materiales sean poco empleados. Esto ha dado pie al enorme desarrollo de las fibras cerámicas, siendo las más empleadas como refuerzo las de B, Al 2O3 y SiC, y que entre sus numerosas ventajas se cuentan: no se disuelven en la matriz, mantienen su resistencia a altas temperaturas, tienen alto módulo de elasticidad, no se oxidan y tienen baja densidad.

Partículas: El uso de partículas como material reforzante, tiene una mayor acogida en los CMM, ya que asocian menores costos y permiten obtener una mayor isotropía de propiedades en el producto. Sin embargo, para tener éxito en el CMM desarrollado, se debe tener un estricto control del tamaño y la pureza de las partículas utilizadas. Los refuerzos típicos de mayor uso en forma de partícula son los carburos (TiC, B4C), los óxidos (SiO2, TiO2, ZrO2, MgO), la mica y el nitruro de silicio (Si3N4). En los últimos años se han empezado a utilizar partículas de refuerzo de compuestos intermetálicos, principalmente de los sistemas Ni-Al y Fe-Al.

Matriz

Es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se puede distinguir a simple vista por ser continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El comportamiento a la fractura también depende de la resistencia de la interfase. Una interfase débil da como resultado un material con baja rigidez y resistencia pero alta resistencia a la fractura y viceversa.

Las matrices se pueden clasificar en: Matrices orgánicas y Matrices inorgánicas.

Los materiales compuestos de matriz metálica (CMM) han sido destinados especialmente a aplicaciones estructurales en laindustria automotriz, aeroespacial, militar, eléctrica y electrónica, las cuales usualmente exigen alta rigidez, resistencia y módulo específico. Para el caso de las aplicaciones en el sector eléctrico y electrónico, se requiere en el diseño de los materiales, propiedades termomecánicas y termofísicas con una máxima transferencia de calor.

Los materiales metálicos de uso más común en CMM son las aleaciones ligeras de Al, Ti y Mg; siendo el Al el de mayor consumo debido a su bajo costo, baja densidad, buenas propiedades mecánicas, alta resistencia a la degradación ambiental y fácil manipulación. También se destaca el

uso de aleaciones base Cu, al igual que se está investigando el uso de semiconductores, superaleaciones y compuestos intermetálicos.

4. APLICACIONES

Construcción Industrial:

· Estructuras en ambiente corrosivo.· Estructuras en la industria química y petroquímica.· Construcciones en plantas de depuración o tratamiento de aguas residuales.· Paneles de control.· Marcos de puertas y ventanas. Paneles.

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El hormigón se utiliza en la industria de la construcción.

Automoción

· Elementos de carrocería.· Células de aeronave o embarcaciones.

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Las células de las aeronaves son hechas a base de fibra de carbono.

Industria eléctrica y radioeléctrica

· Estructuras aislantes y transparentes a las ondas de radio.· Bandejas de cables.

Utillaje industrial

· Mangos y accesorios para herramientas.· Escaleras aislantes.

Útiles deportivos· Esquíes, raquetas, juguetería.[pic]Raqueta para tenis playeroArtículos de seguridad:· Chalecos antibalas.[pic]Chaleco antibalas hecho con kevlar.