PROFESORA:
ELCY MARÍA CÓRDOBA TUTA ASIGNATURA:
MATERIALES REFRACTARIOS
1. DEFINICIÓN • Términ Término griego “KERAM “KER AMOS” OS” (M aterial rial qu emado) do) o griego “KERAMO S” (Mate (Mater (Ma terial ial quema quemad que mado) o) • Artículo sólido formado por la acción del calor Antigua
sobre materias primas terrosas.
• Artículo sólido compuesto en su mayor parte por Moderna (incompleta)
Actualmente aceptada
sustancias inorgánicas no metálicas y endurecido por acción del calor.
• Sólido inorgánico no metálico (Kingery (Kinge ry,, 1976). (Kingery,
1. DEFINICIÓN • Términ Término griego “KERAM “KER AMOS” OS” (M aterial rial qu emado) do) o griego “KERAMO S” (Mate (Mater (Ma terial ial quema quemad que mado) o) • Artículo sólido formado por la acción del calor Antigua
sobre materias primas terrosas.
• Artículo sólido compuesto en su mayor parte por Moderna (incompleta)
Actualmente aceptada
sustancias inorgánicas no metálicas y endurecido por acción del calor.
• Sólido inorgánico no metálico (Kingery (Kinge ry,, 1976). (Kingery,
Compuesto orgánico: Es aquel que tiene como componente principal al carbono, en combinación con otros elementos como oxígeno oxígeno,, nitrógeno e hidrógeno hidrógeno.. Grafito
y diamante: Compuestos sólo de carbono. Son materiales cerámicos. cerámicos.
2. HISTORIA DE LA CERÁMICA •La cerámica fue uno de los
primeros materiales fabricados por el hombre luego del descubrimiento del fuego. •El trabajo de la arcilla fue una técnica común a
todas las culturas primitivas.
•Cerámicas más antiguas (hace diez mil años):
recipientes encontrados en Siria, Mesopotamia inferior, noreste de Nigeria. Cocidos a fuego directo. •Tablillas de barro de los sumerios (5000 A.C.)
para transmitir mensajes.
•Primeros hornos: Mesopotamia (año 4500 A.C.).
Figuras con sentido religioso y urnas fúnebres, fabricadas a mano. Adobe: Mezcla de barro y paja. Secado al sol. Sin cocción.
•Ladrillos de barro (4000
A.C.), sólo para construcción de murallas, templos y palacios.
•Torno alfarero (2500
A.C.) en Egipto
•Tejas (800 A.C.) en
Grecia
•Caolín: En el año 2000 A.C. los chinos
descubrieron la arcilla de mayor calidad, en una colina denominada Kao-Ling.
Al mezclarlo con feldespato y agua y cocerlo a alta temperatura (1200-1300°C), obtuvieron un material
•Culturas precolombinas: No tuvieron gran
desarrollo en la alfarería, no se desarrollaron hornos de gran temperatura (sólo 500-600°C).
•En América los materiales vidriados
se conocieron con la llegada de los conquistadores. •En Egipto desde el 1450 A.C. ya
• Cerámicos modernos
3. CLASIFICACIÓN DE LOS CERÁMICOS Rápida
Función Formas de clasificación
Productos
Composic ión
Estructura
DIVISIÓN RÁPIDA TRADICIONALES
• A base de silicatos y
aluminosilicatos (Ej. arcillas). • Baratos (materia prima abundante en la corteza terrestre). • Tejas, ladrillos, etc.
AVANZADOS • A partir de la
concentración y purificación de minerales poco abundantes. • Materiales sintéticos. • Costosos • ZrO2, SiC, BaTiO3
COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE
ELEMENTO
% PESO
O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H Resto
46.60 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09 0.44 0.14 0.83
> 80%
COMPOSICIÓN (ÓXIDOS Y NO ÓXIDOS) Componentes principales
Tipos
Ejemplos Puros: SiO2 (cristalina, vítrea) Parcialmente sustituidos: Aluminosilicatos (SiO2+ Al2O3 + otros) Puros: Al2O3, MgO, ZrO2, TiO2, BaO, BeO, Cr 2O3, UO2, GeO2, WO3, etc. Parcialmente sustituidos: ferritas (NiFe2O4) Sales: yeso (CaSO4)
Silicatos Óxidos
No silicatos
Monoelementales
Grafito (C) Azufre (S) Carburos (SiC, B4C3, WC, etc.) Boruros (ZrB2, etc.) Nitruros (BN, Si3N4) Fosfuros (AlP) Silicluros (MoSi2) Calcogenuros (S + otro elemento) Halogenuros (F, Cl, Br, I + otro elemento) Arseniuros (GaAs) Los anteriores parcialmente sustituidos Mezclas de óxidos y no óxidos (SIALON: Si3N4+Al2O3)
No óxidos
Binarios
Ternarios, etc.
ESTRUCTURA
• Teniendo en cuenta el ordenamiento de largo
alcance de lo átomos: 1. Monocristalinos: naturales (cuarzo, rubí, diamante), sintéticos (diamante)
Diamante (C puro)
Cuarzo (SiO2)
Escapolita (silicato de Al)
2. Policristalinos: obtenidos por sinterización (inmensa mayoría de cerámicos cristalinos)
Modelo atómico en un material ordenado (cristalino)
Modelo atómico en un material amorfo (vidrio)
IMÁGENES DE MISCROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
Alúmina (Al2O3)
Vidrio (con inmiscibilidad
VITROCERÁMICA
MICROESTRUCTURA DE UN VITROCERÁMICO
PRODUCTOS DENOMINACIÓN DEFINICIÓN GENERAL Y EJEMPLOS Cerámica roja Productos de arcilla cocida, generalmente porosos: ladrillos, tejas, objetos artísticos, etc. Cerámica blanca Productos de caolín-feldespato-cuarzo, pueden ser porosos o no: lozas, porcelana para vajillas, sanitarios, etc. Refractarios Productos resistentes a altas temperaturas: Sílicoaluminosos, de alta alúmina, básicos, etc. Vidrios Productos no cristalinos, generalmente transparentes: vidrios planos, envases, fibras, etc. Cementos Productos que presentan características aglomerantes y adhesivas al ser mezclados con agua. Cemento Pórtland, yeso, cal, etc. Abrasivos Productos de alta dureza usados para cortar y pulir: carburo de silicio, diamante, carburos metálicos, etc. Cerámicos Los productos no comprendidos en los grupos anteriores
FUNCIÓN
FUNCIÓN EJEMPLOS Y USOS Eléctrica y Aislantes: Porcelanas, Al2O3, etc. → aisladores electrónica Ferroeléctricos y piezoeléctricos: BaTiO 3, etc. → capacitores, osciladores, transductores, etc. Semiconductores: óxidos de metales de transición → termistores, varistores Superconductores: Tl2Ba2Ca2Cu3Ox Conductores iónicos: β-Al2O3, ZrO2, etc. → electrolitos sólidos, sensores. Magnética Ferritas: memorias, sensores Óptica Lentes, filtros ópticos, etc.: vidrios Química Sensores de gases: ZrO 2, SnO2 Soportes de catalizadores: Al2O3, vidrios, etc.
Térmica Mecánica
Refractarios: sílico aluminosos, básicos, etc. Materiales de construcción: cerámica roja (ladrillos, etc) Abrasivos: Al2O3, diamante, TiC, SiC, etc. Combustibles nucleares: UO 2, PuO2 Protección: vidrios con PbO Prótesis óseas y dentales: Al 2O3, etc Recubrimientos: hidroxiapatita Huesos artificiales: biovidrios
Nuclear
Biológica
MICROESTRUCTURA TÍPICA DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
En gran medida, la microestructura define las propiedades del cerámico
Ejemplo distribución de fases: OBTENCIÓN DE UNA PORCELANA MATERIAS PRIMAS 45% caolinita 25% cuarzo 25% feldespato 5% comp. Minoritarios
(Al2O3·2SiO2·2H2O) (SiO2) (K2O·Al2O3·6SiO2) (Fe2O3, TiO2, etc.)
Principales transformaciones durante la cocción de la porcelana Caolinita:
3(Al2O3·2SiO2·2H2O) → 3Al2O3·2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O Caolinita mullita cristobalita Cuarzo:
SiO2 → SiO2 cuarzo cristobalita (hexag., 2,65 g/cm3)
Feldespato:
(tetrag., 2,33 g/cm3)
45% caolinita (Al2O3·2SiO2·2H2O)
25% cuarzo (SiO2) 25% feldespato (K2O·Al2O3·6SiO2)
5% comp. minoritarios (Fe2O3, TiO2, etc.)
1000 a 1500°C
40% mullita (3Al2O3·2SiO2)
15% cristobalita (SiO2) 15% cuarzo (SiO2) 30% fase vítrea (todos los elementos)
