CERAMICOS Son productos inorgánicos, esencialmente no metálicos, policristalinos y frágiles. Son materiales ampliamente usados en la industria: (ladrillo, alfarera, losetas y porcelana!, incluye el concreto, pues sus componentes son cerámicas. "am#i$n "am#i$n materiales como Car#uro de "ungsteno y %itruro de &oro. Su importancia se #asa en la a#undancia en la naturale'a y sus propiedades fsicas y mecánicas, diferentes a las de los metales. EEM)*OS: Al+mina: esde a#rasi-os asta uesos artificiales. /aolinita: (Silicato idratado de aluminio! principal componente en los productos de #arro. IM)OR"A%CIA COMERCIA*: Son de alta dure'a (+tiles para ingeniera!, como Aislamiento "$rmico y El$ctrico, con #uena esta#ilidad 0umica a altas temperaturas de fusi1n. )rácticamente no son d+ctiles, son frágiles. )RO2C"OS COMERCIA*ES )roductos de #arro: )ara la construcci1n (ladrillos, losetas, etc!. )roductos refractarios: )aredes de ornos, crisoles y moldes. )roductos de lo'a: )orcelana, -a3illas cerámicas. )roductos de -idrio: 4entanas, en-ases, etc. 5i#ra de -idrio: )ara lana de aislamiento. A#rasi-as: O6ido de aluminio y car#uro de cilicio. Materiales para erramientas de corte: Car#uro de "ungsteno. ES"R2C"2RAS E *AS CER7MICAS Se caracteri'an por tener enlace co-alente y i1nico, más fuerte 0ue el enlace metálico y son la causa de su dure'a y tenacidad, la forma de su3eci1n de los electrones en las mol$culas de estos elementos acen 0ue sean conductores po#res. *os fuertes enlaces dotan a estos materiales de altas temperaturas de fusi1n. "ienen estructura cristalina mas comple3a 0ue la de los materiales metálicos. 8ay -arias ra'ones para esto: 9. Con átomos de diferente tamaos. ;. *as fuer'as i1nicas son tam#i$n diferentes para cada material cerámico (slice diferente del aluminio!. <. 2ni1n de más de dos elementos )RO)IEAES MEC7%ICAS
*os materiales cerámicos de#eran ser mas resistentes 0ue los materiales metálicos pero su fina estructura de sus enlaces e-itan 0ue ayan desli'amientos, mecanismo #ase para un deformaci1n clásica. *os materiales cerámicos al igual 0ue los metales, tienen las mismas imperfecciones cristalinas (-acantes, átomos desacomodados, pe0ueas fisuras y grietas!, todo eso tiende a concentrar esfuer'os y el material metálico falla por fractura. )RO)IEAES 5=SICAS > )esan menos 0ue los metales, pero más 0ue los polmeros. > &a3a conducti-idad el$ctrica. > &a3a conducti-idad t$rmica. > &a3a e6pansi1n y fallas t$rmicas. %2E4OS MA"ERIA*ES CER7MICOS O6idos cerámicos: El más importante es la al+mina, se saca de la #au6ita pero a tra-$s de un orno el$ctrico, #a3a conducti-idad t$rmica y resistencia a la corrosi1n, #uena dure'a en caliente. Se usa para a#rasi-os, y cerámicas aislantes (&u3as!. Car#uros: Se usan para erramientas ?C (car#uro de tungsteno! "iC (car#uro de titanio! "aC (car#uro de tantalio! Se caracteri'an por su dure'a y resistencia al desgaste. *a fuente usual del car#ono para estas reacciones es el car#1n de umo. %itruros: 9. %itruros de silicio: motores de coetes, crisoles para ornos. ;. %itruros de #oro: "ienen una dure'a similar al diamante pero no compite como erramienta (muy costoso!. <. %itruros de titanio: es conductor de la electricidad y se usa para recu#rir superficies de erramientas, tiene alta dure'a y resistencia al desgaste. @. Sial1n: similitud en propiedad con el silicio pero con me3or resistencia a la o6idaci1n y a las altas temperaturas. . 4idrio: se conoce desde ace mas de @BBB aos A.C. tiene una estructura amorfa y ad0uiere su estado -treo cuando se a dado un tiempo insuficiente durante el enfriamiento desde la fundici1n para permitir 0ue se forme una
estructura cristalina. Su principal componente es la Slice.
MA"ERIA*ES CER7MICOS *os materiales cerámicos tienen como caracterstica 0umica estar compuestos principalmente por enlaces i1nicos y co-alentes, 0ue se ordenan en forma especfica, dándole al material una estructura cristalina , lo 0ue les proporciona ciertas propiedades distinti-as. Son materiales inorgánicos, de #a3a conducci1n el$ctrica y mecánicamente frágiles. Algunos de estos materiales se utili'an desde la AntigDedad, pues son los materiales de uso en construcci1n más e6tendidos y antiguos del mundo, de#ido a la a#undancia de terrenos arcillosos en casi todas las 'onas del planeta. *adrillos, ado#es y todo tipo de ta#i0ues usados en construcci1n son e3emplos de estos.
Edificaci1n de ladrillos de la antigua Mesopotamia.
Sin em#argo, en la actualidad, los di-ersos m$todos de producci1n an permitido crear cerámicas avanzadas o estructurales , materiales de muy di-ersas caractersticas, incluyendo a0uellas con #uena conducti-idad el$ctrica o con me3ores propiedades mecánicas, por lo 0ue el uso de estos -a más allá 0ue el de la edificaci1n. Estos materiales se pueden clasificar en cerámicas #asadas en 16idos y en #asadas en nitruros, car#uros, silicuros y otros. Entre las cerámicas a-an'adas ca#e destacar la al+mina, la #erilia, los car#uros, los nitruros y los #oruros.
*a producci1n de cerámicas a-an'adas sigue las etapas de producci1n de pol-os, preparaci1n de la masa por umectaci1n, conformado y secado, prensado y sinteri'aci1n, aplicando el calor con o sin presi1n simultánea, para aca#ar con el mecani'ado. *a correcta composici1n de los pol-os constituye un punto fundamental del proceso, para lo 0ue es preciso eliminar totalmente las impure'as y uniformar el tamao de las partculas. *os procesos más utili'ados industrialmente son:
*a fundici1n por re-estimiento. 2na suspensi1n de arcilla en agua se -ierte en un molde. A medida 0ue el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un s1lido sua-e. El i0uido so#rante se elimina y la forma ueca se retira del molde. *a uni1n en este punto es arcilla> agua. *a conformaci1n plástica en +medo. En unos de los casos se apisona un refractario +medo en un molde y luego se lo destruye para 0ue salga en una forma determinada. *a masa plástica se fuer'a a tra#es de un tro0uel para producir una forma alargada 0ue luego se corta a longitud deseada. Cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla +meda en una rueda rotati-a, y se la conforma con una erramienta. )rensado con pol-o seco. Se consigue rellenando un tro0uel con pol-o y luego prensándolo. eneralmente el pol-o contiene alg+n lu#ricante, tal como ácido, esteárico o cera. espu$s la pie'a fresca o -erde se somete al orneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes -olátiles. El prensado en caliente. In-olucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinteri'aci1n. Se o#tienen mayor densidad y tamao mas fino del grano. El pro#lema es o#tener una duraci1n adecuada del tro0uel a temperaturas ele-adas, para lo cual mucas -eces se emplean atm1sferas de protecci1n. *a compactaci1n isostática. El pol-o se encapsula en un recipiente 0ue se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presuri'ado. *as formas del recipiente y de los cora'ones remo-i#les determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frio.
Algo 0ue ca#e sealar dentro de la clasificaci1n de las cerámicas es 0ue los vidrios %O son materiales cerámicos, se estudian de forma aparte, pues
aun0ue tienen caractersticas similares, no son materiales s1lidos sino l0uidos su#enfriados y su estructura no es cristalina sino amorfa (desordenda!.
4enta3as
F &AA E%SIA. e#ido a su peso #a3o se utili'a para diseo de motores, re-estimientos de lan'adera espacial, a-iones, entre otros. F EGC*E%"E COM)OR"AMIE%"O A%"E *A CORROSIH%. *os materiales mecánicos son com#inaciones de elementos metálicos y no metálicos, se puede considerar 0ue son materiales 0ue ya an sido corrodos. *a corrosi1n en los materiales cerámicos transcurre como una simple disoluci1n 0umica, en contraste con los procesos electro0umicos de los metales y no metales. F A*"AS CARAC"ER=S"ICAS MEC7%ICAS. (MEOR RESIS"E%CIA MEC7%ICA A 5RICCIH%!.Oponen un alta resistencia al despla'amiento tangencial, de#ido a su flu3o de -iscosidad #a3o. F MA%"E%IMIE%"O M=%IMO.*os recu#rimientos cerámicos no necesitan ning+n mantenimiento despu$s de su puesta en o#ra, e6cepto las normales operaciones de limpie'a. *a cerámica se caracteri'a por su alta facilidad de limpie'a y su capacidad de preser-aci1n frente a la suciedad y cual0uier tipo de contaminaci1n. F RESIS"E%"ES A A&RASIH%.Esta caracterstica permite sa#er el grado de coesi1n interna del material. F 2RA&I*IA E*E4AA.Se refiere a la capacidad 0ue tiene el material cerámico de mantener su integridad estructural #a3o las condiciones a las cuales está e6puesto. F 2SO E% MEIOS 2=MICAME%"E ARESI4OS.*a estructura at1mica de los materiales cerámicos es la responsa#le de su gran esta#ilidad 0umica ante agentes 0umicos agresi-os. F AIS*A%"E "JRMICO.*a mayora de los materiales cerámicos tienen #a3as conducti-idades t$rmicas de#ido a sus fuertes enlaces i1nicoKco-alentes. *a diferencia de energa entre la #anda de -alencia y la #anda de conducci1n en estos materiales es demasiado grande como para 0ue se e6citen mucos electrones acia la #anda de conducci1n. F AIS*A%"E E*JC"RICO.*a forma de su3eci1n (su3etar con fuer'a de manera 0ue no se caiga, mue-a o separe! de los electrones en las mol$culas de estos
elementos ace 0ue sean #a3os conductores. F )ERMEA&*E A *AS O%AS E*EC"ROMA%E"ICAS.Se relacionan con la interrelaci1n entre un material y las radiaciones electromagn$ticas en forma de ondas o partculas de energa, onocids como fotones. Estas radiaciones pueden tener caractersticas 0ue entren en nuestro espectro de lu' -isi#le, o ser in-isi#les para el o3o umano. Esta interacio1n produce una di-ersidad de efectos, como a#sorci1n, transmisi1n. Refle6i1n, refracci1n y un comportamiento electr1nico. F A*"A 2RELA RIIEL. "ienen enlaces i1nicos y co-alentes, los cuáles son más fuertes 0ue los metálicos. F A*"OS )2%"OS E 52SIH%. e#ido a sus enlaces fuertes permiten 0ue los cerámicos tengan altos puntos de fusi1n. F %O S25RE% OGIACIH%. *a estructura at1mica de los materiales cerámicos es la responsa#le de su gran esta#ilidad 0umica ante agentes 0umicos agresi-os. Se cree 0ue los cerámicos refractarios y estructurales son inertes o resistentes a la o6idaci1n en comparaci1n con los metales. Esto es relati-amente cierto a temperaturas am#ientes o por de#a3o de los 9BBN C en am#ientes secos. Cuando la temperatura aumenta la degradaci1n de los mismos comien'a a acelerarse. es-enta3as
F SO% 5R7I*ES J&I*ES. Cuando en el proceso de fractura, en respuesta a una tensi1n aplicada estática, se da poca o ninguna deformaci1n plástica en el material antes de romperse. Esto de#ido a la porosidad 0ue presentan estos materiales. F &AA RESIS"E%CIA A IM)AC"OS. Mucos materiales cerámicos son duros y tienen #a3a resistencia al impacto de#ido a sus uniones i1nico>co-alentes, aun0ue como e6cepci1n encontramos el comportamiento de las arcillas como materiales fácilmente deforma#les de#ido a fuer'as de enlaces secundarios d$#iles entre las capas de los átomos unidos por enlaces i1nico>co-alentes. *as causas principales de la fractura en cerámicos poli cristalinos an de #uscarse en las grietas superficiales producidas durante los procesos de conformaci1n y aca#ado, poros, inclusiones y estructuras de granos grandes formados durante el proceso de cocci1n, 0ue act+an como concentradores de tensiones fragili'ando al material.
Materiales Cerámicos para ingeniería En la unidad precedente se han analizado las diferentes familias de materiales metálicos utilizadas en la ingeniería, que podrían completarse en cuanto a características mecánicas y comportamiento resistente a altas temperaturas con los materiales cerámicos, que además poseen propiedades muy especiales en cuanto a conductividad eléctrica y magnética, así como una gran estabilidad química Los materiales cerámicos tienen una gran variedad de aplicaciones que van desde la alfarería, fabricación de materiales para la construcción (ladrillos, azuleos, loza, etc!", hasta aplicaciones a elevadas temperaturas, materiales refractarios, aplicaciones eléctricas y electrónicas como materiales aislantes, substratos semiconductores, imanes, materiales ferroeléctricos o piezoeléctricos, etc!, y finalmente como materiales que conugando estas propiedades permiten su aplicación industrial por su elevada tenacidad! En esta unidad didáctica, repasaremos la estructura de los materiales cerámicos, ya estudiada en la unidad #, tanto cristalinos como vítreos, resumiendo sus principales propiedades y aplicaciones! $e describirán algunos procesos productivos que completarán la visión general que sobre el procesado de materiales cerámicos debe darse! %ebido a diversidad de materiales y las diferentes aplicaciones a las que pueden destinarse, el estudio de los mismos se abordará siguiendo la clasificación siguiente, que sin obedecer a ning&n tipo de material o aplicación específica siguen una secuencia lógica en su e'posición Estructuras cerámicas silico)aluminosas! Estructuras cerámicas no cristalinas! *orcelanas! +erámicas eléctricas y magnéticas! +erámicas tenaces!