CERAMICOS TRADICIONALES Y CERAMICOS MODERNOS
Las cerámicas son materiales sólidos que no son ni metales ni polímeros
aunque pueden tener elementos metálicos y orgánicos como constituyentes o
aditivos. Las cerámicas se pueden presentar en forma amorfa, vítrea,
monocristalina, policristalina o combinaciones de algunas de ellas. Estos
materiales tienen dos características importantes: su capacidad de resistir
al calor y su resistencia al ataque químico; debidas a la fortaleza del
enlace entre sus átomos. La investigación busca ahora la solución de su
principal defecto: la tendencia que muestran a romperse o fragilidad.
Los recientes avances no sólo han permitido mitigar el problema de
fragilidad, sino que han proporcionado un mayor control sobre aspectos de
composición y micro estructura que rigen otras propiedades físicas. Tal
control facilita el diseño de materiales cerámicos que satisfagan
exigencias químicas, térmicas, mecánicas y eléctricas específicas, de las
que ningún otro material puede dar cuenta. De hecho, han desempeñado un
papel decisivo en el desarrollo de nuevas tecnologías, como ordenadores y
telecomunicaciones, y continuarán protagonizando las tecnologías del
futuro.
Los avances tecnológicos son controladores clave de la economía mundial hoy
en día. Los materiales contribuyen en dos terceras partes de las
innovaciones tecnológicas actuales, y en especial los cerámicos juegan
muchos aspectos importantes en la tecnología moderna. Necesidades y
oportunidades para los cerámicos son particularmente evidentes en áreas
tales como computación, comunicaciones, aplicaciones militares, medicina,
disminución de la contaminación y transporte. Entre la gran cantidad de
avances que en el siglo XX estimularon el progreso de los cerámicos están
el desarrollo general de la ciencia y la tecnología, el incremento de
nuevas industrias, los adelantos en tecnología militar, y concerniente a la
salud, la seguridad y el ambiente. Es útil reflexionar sobre los avances
de los cerámicos en términos de tres grandes aspectos. Primero, el
incremento de tecnologías nuevas en este campo, conocidos como materiales
con propiedades diferentes y mejoradas; que, estimuló el desarrollo de
nuevos cerámicos para algunas necesidades específicas. Segundo, los avances
en las técnicas para la caracterización de materiales, lo que propicio la
aparición de cerámicos totalmente nuevos, así como la introducción de
mejoras en las propiedades de cerámicos ya existentes. Tercero, los avances
en ingeniería eléctrica y mecánica han sido aplicados a los procesos
existentes de producción de cerámicos. La innovación frecuentemente
involucra una combinación de estos tres efectos.
1. CERAMICA TRADICIONAL
Se puede definir como aquella que tiene como base a los silicatos,
principalmente los materiales arcillosos, los cementos y los vidrios.
Entre las cerámicas tradicionales podemos citar: Las vasijas de barro
cocido, la porcelana, los ladrillos, las tejas, los vidrios, entre otros.
El arte de fabricar piezas conformando y cociendo materiales arcillosos ha
sido practicado por las más antiguas civilizaciones hasta nuestros días.
Los sectores industriales que trabajan con la cerámica tradicional son las
industrias de la porcelana, de los sanitarios, de la alfarería y como no,
la industria de la cerámica estructural (ladrillos, bovedillas, tejas,
adoquines). También se deben incluir en esta clasificación la industria de
los refractarios. Su fabricación es realizada con materias primas de
yacimientos naturales (con o sin beneficio), el conformado puede ser manual
y el proceso de cocción se realiza en hornos tradicionales. En cuanto a
la estructura, en su gran mayoría presentan tamaños de grano grueso y una
alta porosidad fácilmente visible.
2. CERÁMICAS MODERNAS O AVANZADAS
Son fabricados con materias primas artificiales que han sufrido un proceso
químico para conseguir alta pureza y mejora de sus características físicas.
El proceso de conformado se realiza con equipos sofisticados que incluyen
la utilización de altas temperaturas, presiones, entre otras. Su micro
estructura es de grano fino imposible de observar a simple vista. Estos
materiales dependiendo de sus materias primas y composiciones pueden poseer
excelente propiedades mecánicas, eléctricas magnéticas u ópticas aún bajo
condiciones extremas.
3. APLICACIONES TECNOLÓGICAS DE LAS CERAMICAS AVANZADAS
Si bien las cerámicas tradicionales representan la mayor parte de la
producción de materiales cerámicos, ocurre que se han desarrollado nuevos
materiales cerámicos, denominados "cerámicas avanzadas", que han encontrado
un lugar prominente en nuestra tecnología avanzada. En particular, las
propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas, así como la combinación de
estas propiedades únicas de las cerámicas han sido explotadas en muchas
aplicaciones.
Motores de Combustión Interna de automóviles. Las principales
ventajas de estos nuevos materiales sobre los metales y aleaciones
metálicas convencionales son:
- Capacidad de resistir temperaturas más altas de operación del motor,
aumentando el rendimiento del combustible usado;
- Excelentes resistencias al desgaste y a la corrosión;
- Menores pérdidas por fricción;
- Capacidad de operar sin sistema de refrigeración;
- Menores densidades, que resultan en una disminución del peso del
motor.
- Además, y debido a su excelente resistencia al desgaste, los
componentes cerámicos no requieren una lubricación exhaustiva.
Tales motores están todavía en la fase de desarrollo experimental; sin
embargo, ya se han ensayado bloques de motor cerámicos, así como
válvulas, camisas cilíndricas, pistones, cojinetes y otros componentes.
Además, la investigación también se lleva a cabo en turbinas de gas que
emplean rotores cerámicos, estatores, regeneradores y cámaras de
combustión. Considerando sus características físicas y químicas tan
deseables antes mencionadas, los materiales cerámicos avanzados llegarán,
en el futuro, a utilizarse también en motores de reacción de aviones.
Blindajes. Algunas de las nuevas cerámicas avanzadas son utilizadas
en sistemas de blindaje para proteger al personal militar y a los
vehículos de los proyectiles balísticos. La principal consideración en
estas aplicaciones es el peso del material protector necesario para
obstruir el impacto del proyectil.
La mayoría de los blindajes de cerámicas están formados por una o más
placas cerámicas juntas que se combinan con una placa dúctil y más blanda
de soporte. Cuando se produce el impacto, las placas deben ser
suficientemente duras para fracturar el proyectil de alta velocidad, el
cual, al impactar también produce la fractura de la placa cerámica. La
estructura del blindaje debe absorber el resto de la energía cinética por
deformación y, además, frenar la penetración del proyectil y los
fragmentos dinámicos.
Industria Aeroespacial. Algunos materiales cerámicos pueden
soportar temperaturas extremadamente altas sin perder su solidez. Son
los denominados materiales refractarios. Generalmente tienen baja
conductividad térmica por lo que son empleados como aislantes. Por
ejemplo, partes de los cohetes espaciales son construidos de azulejos
cerámicos que protegen la nave de las altas temperaturas causadas
durante la entrada a la atmósfera.
Aislamiento eléctrico y comportamiento dieléctrico: Los cerámicos
son buenos aislantes eléctricos. Cuando son combinados con fuerza,
permite usarlos en la generación de energía y transmisión. Las líneas
de alta tensión son generalmente sostenidas por torres de transmisión
que contienen discos de porcelana, los cuales son lo suficientemente
aislantes como para resistir rayos y tienen la resistencia mecánica
apropiada como para sostener los cables.
Biomédica: Huesos, dientes, materiales de implante
Óptica/Fotónica: Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes, ..etc
Electrónica: Condensadores, sustratos de circuito integrado,
aislantes,..etc
Energía: Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear
3. ASPECTOS ECONÓMICOS
Los incentivos económicos y la necesidad de progreso tecnológico obligan a
concentrarnos en tres áreas: las cerámicas, los materiales híbridos y los
semiconductores. Las nuevas cerámicas estructurales son livianas y capaces
de resistir el uso prolongado y el calor, cualidades que permiten su
utilización en componentes que saquen un mayor rendimiento al combustible,
incrementen la productividad de los procesos y faciliten la energía,
pudiéndose utilizar incluso combustibles de menor calidad. Tales
expectativas crearán, en los próximos años, un marco propicio para el
rápido crecimiento del mercado de las cerámicas, rentabilizando las
inversiones.
ACTIVIDAD PARTE I.
1. PALABRAS CLAVE. Defina los siguientes conceptos
Materiales cerámicos Cerámica avanzada
Materiales metálicos Materiales polímeros
Materiales híbridos Materiales refractarios
Materiales compuestos Semiconductores
Ductilidad
Fragilidad Aleación Estructura
atómica
Estructura cristalina Estructura vítrea o amorfa
Microestructura
Macroestructura Elasticidad
Sinterización
Policristalino
Monocristalino
