INTRODUCCIÓN Históricamente, los cerámicos se cuentan entre los materiales más antiguos hechos por el por el Hombre.. Si bien su invención data del Neolítico, el primer pueblo que desarrolló técnicas Hombre técnicas para para elab elabor orar ar la cerámica fue fue el Chino hino,, pas pasando ando el con conoci ocimie miento nto a apón apón,, la !ndia !ndia,, "edio #riente, $gipto $gipto,, %recia & finalmente finalmente $uropa $uropa.. $stas $stas civili civili'ac 'acion iones es,, en con contra trapos posici ición ón a las culturas prehistóricas que simplemente de(aban secar las pie'as de cerámicas al sol o (unto a una fogata, fueron desarrollando métodos métodos de de cocción en hornos, lo que me(oró las prestaciones las prestaciones del del material & sus bondades estéticas.
CLASIFICACIÓN Estructura )uede ser cristalina, no cristalina, o una me'cla de ambas. Se presentan en las más variadas formas* de estructuras estructuras mu& mu& simples a las más comple(as me'clas de fases. Su abundancia en la naturale'a naturale'a & & las diferencias que presentan en sus propiedades respecto a las de los metales metales los los convierte en materiales sumamente importantes. Seg+n su estructura estructura,, los cerámicos pueden clasificarse en dos grandes grupos grupos,, los cristalinos o cerámicos, & los no cristalinos o vidrios. su ve', los cristalinos pueden ser monocristalinos o policristalinos.
Ilustración 1 Clasificación de los cerámicos según su estructura.
-os que presentan estructura poli cristalina o no cristalina pueden a su ve' ser monofásicos o polifásicos. -as cerámicas cristalinas pueden clasificarse en tres grupos. -as cerámicas de silicato, cu&a unidad estructural fundamental es el Si#, inclu&en por e(emplo a la porcelana & los materiales refractarios. -os cerámicos de óxido sin silicatos son compuestos a los que se les agregan impure'as, como el l#/, "g# & 0e#. -as cerámicas sin óxidos, como el 1nS, SiC & 2iC 2iC,, se utili'an como material para elementos ele mentos calefactores de horno, así como material abrasivo.
Ilustración 2 Cerámicas cristalinas.
con(untos irregulares irregulares & aleatorios. -os Estructura no cristalina -os átomos se acomodan en con(untos sólidos no cristalinos con una composición comparable a la de las cerámicas cristalinas se denominan !idrios. -a ma&or parte de los vidrios que se comerciali'an son silicatos.
Estructura )uede ser cristalina, no cristalina, o una me'cla de ambas. Se presentan en las más variadas formas* de estructuras mu& simples a las más comple(as me'clas de fases. Su abundancia en la naturale'a & las diferencias que presentan en sus propiedades respecto a las de los metales los convierte en materiales sumamente importantes.
Cristales cerámicos Ha& dos características de los iones que componen los materiales cerámicos cristalinos que determinan la estructura cristalina3 v $l valor valor de de la carga eléctrica de los iones componentes. v -os tama4os relativos de los cationes & aniones. Con respecto a la primera, el cristal debe ser eléctricamente neutro* es decir debe haber igual n+mero de cargas positivas 5 de los cationes6 que de cargas negativas 5de los aniones6. -a fórmula química química de de un compuesto indica la proporción que debe haber entre cationes & aniones para que se mantenga la neutralidad. $l segundo aspecto comprende el tama4o de los radios iónicos de los cationes & aniones 7C & 7 . )uesto que los elementos proporcionan electrones al ser ioni'ados los cationes son generalmente menores que los aniones por lo tanto 7C87 es menor que uno. Cada catión de rodeará de tantos aniones vecinos más pró9imos como le sea posible. -os aniones también se rodearán del má9imo n+mero de cationes posibles como vecinos más pró9imos. -as estructuras cristalinas se vuelven más estables mientras ma&or sea el n+mero de aniones que rodean al catión central.
Car"ono $l carbono carbono es es un elemento que e9iste en varias formas polimórficas, así como en estado estado amorfo. amorfo. $ste grupo de materiales no cae dentro de ninguna de las clases tradicionales en que se clasifican los materiales3 metales, cerámicas cerá micas & polímeros. Sin embargo hemos decidido nombrar estos materiales puesto que el grafito 5una de las formas polimórficas6 se clasifica a veces como una cerámica* & también porque la estructura cristalina del diamante 5otro polimorfo6 es similar a la de la blenda 5 1nS6, un compuesto cerámico.
Diamante $l diamante es un polimorfo metaestable de carbono a temperatura ambiente & presión atmosférica atmosférica.. Cada átomo de carb carbon onoo está está unido unido con con otro otross cuatro átomos de carbono mediante enlaces totalmente covalentes. Se caracteri'a por ser e9tremadamente duro 5el material más duro conocido6 & por su poca conductividad eléctrica
#ra$ito $l grafito es otro polimorfo del carbono cu&a estructura cristalina está compuesta por capas de átomos de carbono dispuestos he9agonalmente3 en cada capa cada átomo de carbono está unido a tres átomos coplanales por enlaces covalentes* el cuarto electrón de enlace participa en enlaces de tipo fuer'as de van der :aals entre las capas. Como consecuencia de estos enlaces interplanares débiles, la separación interplanar es considerable & el desli'amiento entre planos fácil. Sus propiedades3 lta conductividad eléctrica, alta resistencia & buena estabilidad química a temperaturas elevadas.
Estructuras cerámicas de silicatos Se caracteri'an por su ba(o precio, disponibilidad & por sus propiedades especiales. -as estructuras de silicato son particularmente importantes para materiales de construcción en ingeniería3 vidrios, cemento )ortland, ladrillos & aislantes eléctricos.
De$ectos atómicos %untuales $n los materiales cristalinos cerámicos los átomos e9isten como iones cargados. $sto hace que la estructura de defectos debe cumplir las condiciones de electroneutralidad . )or consiguiente los defectos en las cerámicas no ocurren de forma aislada. ;n tipo de defecto está formado por una vacante catiónica &/un catión intersticial. $sto se denomina un defecto
Im%ure&as en cerámicas
-os átomos de impure'as pueden formar soluciones sólidas en los materiales cerámicos tanto intersticiales como sustitucionales $n el caso de las intersticiales, los radios iónicos de las impure'as deben ser peque4os en comparación con los del anión. ;na impure'a sustituirá al átomo disolvente que sea más similar en el comportamiento eléctrico. )ara que en el estado sólido ha&a una solubilidad apreciable de los átomos de impure'as sustitucionales, los tama4os iónicos & la carga deben ser casi iguales a los de los inoes disolventes. Si una impure'a tiene una carga distinta a la del ión al cual sustitu&e red como los anteriormente descriptos.
Dislocaciones $n algunos materiales cerámicos inclu&endo el lif, el 'afiro 5l#/6 & el "g# se observan dislocaciones. Sin embargo estas no se mueven con facilidad debido a un vector de 0urguers grande a la presencia de relativamente pocos sistemas de desli'amientos & a la necesidad de romper enlaces iónicos fuertes para después obligar a los iones a desli'arse a los de carga opuesta. Como consecuencia las grietas no se redondean por la deformación del material que se encuentra en la punta de la grieta & su propagación contin+a. $so es lo que hace de los cerámicos, materiales frágiles.
De$ectos su%er$iciales -os límites de grano & las superficies de las partículas son defectos superficiales importantes en los cerámicos. ;n cerámico con grano de tama4o fino tiene ma&or resistencia que uno de grano más grueso. -os granos más finos a&udan a reducir los esfuer'os que se desarrollan en sus bordes debido a la e9pansión & a la contracción anisotrópica, Normalmente se produce un tama4o de grano fino utili'ando desde el principio materias primas cerámicas de partículas más finas 5en el caso de sinteri'ado6.
'orosidad $n un material cerámico los poros pueden estar interconectados o bien, cerrados. -a porosidad aparente mide los poros interconectados & determina la permeabilidad 5facilidad con la cual pasan gases & otros fluidos a través del cerámico6. Se determina pesando el material cerámico seco 5>?6 después de vuelve a pesar cuando está suspendido en agua 5>S6 & después de que ha sido retirado el agua 5>>6
-a porosidad real inclu&e tanto poros interconectados como cerrados
0 es la densidad en masa & c es la densidad real del cerámico.
$(emplos de materiales cerámicos Nitruro de silicio 5Si/N@6, utili'ado como polvo abrasivo. Carburo de silicio 5SiC6, empleado en hornos de microondas, en abrasivos & como material refractario. A9ido de cinc 51n#6, semiconductor. "agnetita 5
PROPIEDADES
'ro%iedades el(ctricas de los cerámicos) -os materiales cerámicos se usan ampliamente en la industria eléctrica & electrónica. )rincipalmente como aislantes 5dieléctricos6 eléctricos o encapacitores. #tra aplicación difundida es derivada de las propiedades pie'oeléctricas de ciertos tipos de cerámicas.
'ro%iedades de los com%onentes diel(ctricos) -a unión iónica & covalente en materiales cerámicos restringe la movilidad de los iones & de los electrones 5los cales se comporten entre dos átomos o son cedidos de un átomo a otro6 & esto determina que estos materiales sean buenos aislantes eléctricos $9isten / propiedades básicas de los componentes dieléctricos. Constante dieléctrica 7uptura dieléctrica
Com%ortamiento diel(ctrico) $ste tipo de material cerámico presenta una estructura bipolar 5entidades de cargas 5B6 & 56 a nivel atómico o molecular separadas6 por lo en presencia de un campo eléctrico estos se orientan & es posible usarlos en capacitores.
Constante diel(ctrica) -a constante diel(ctrica de un medio continuo es una propiedad macroscópica. $l efecto de la constante dieléctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador eléctrico o capacitor. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dieléctrico diferente del aire la capacidad de almacenamiento de la carga del
condensador aumenta. ?e hecho la relación entre la capacidad inicial Ci & la final Cf vienen dada por la constante eléctrica3
-a alta constante dieléctrica de ciertos tipos de cerámicos permite la miniaturi'ación de capacitores.
Conducti!idad t(rmica) -a conducción térmica es un fenómeno por el cual el calor se transporte de una región de alta temperatura del material a otra de ba(a temperatura. -a conductividad térmica caracteri'a la capacidad de un material de transferir calor -os materiales que no poseen electrones libres son aislantes térmicos & solo e9iste transporte de calor por vibraciones de la red. $l vidrio & otras cerámicas amorfas tienen conductividades menores que las cerámicas cristalinas por su estructura atómica altamente desordenada e irregular.
Es$uer&os t(rmicos ó tensiones) -as tensiones térmicas son tensiones inducidas en un cuerpo como resultado de Cambios en la 2emperatura. 2ensiones resultantes de la e9pansión & contracción térmicas confinadas. -o cual puede producir fracturas & agrietamiento, lo cual se da por lo general en los procesos de secado.
C*o+ue t(rmico de un material $rá,il) $l enfriamiento rápido de un material introduce en las tensiones superficiales de reacción, contribu&endo a la formación de grietas & su propagación a partir de defectos superficiales & pudiendo producir rotura. -a capacidad de un material de soportar esta clase de falla se llama resistencia al choque térmico. )ara un cuerpo cerámico que es rápidamente enfriado, la resistencia al choque térmico depende no solo de la magnitud del cambio de la 2emperatura sino
también de las propiedades mecánicas & térmicas del material. -a resistencia al choque térmico es me(or para cerámicos que tienen alta resistencia a la fractura así como ba(o modulo de elasticidad & ba(o coeficiente de e9pansión térmica.
'orosidad) -os poros cumplen una función importante, al permitir soportar shoc=s térmicos 5quebraduras como resultado del rápido cambio de temperatura6. Cuando la porosidad es más ba(a se produce una pérdida de la capacidad aislante & de la resistencia al shoc=.
'unto de $usión) $n general, los cerámicos tienen alto punto de fusión, debido a sus uniones iónico D covalentes.
'ro%iedades mecánicas de los cerámicos) Considerando a los cerámicos como una clase de material, podemos decir que estos son relativamente frágiles, en estos la resistencia a la tracción 5o tensión6 que soportan los materiales cerámicos varía enormemente pero en ning+n caso soporta los "pa "ientras que la resistencia a la compresión es de E a FG veces superior. )or lo general los materiales cerámicos son duros & tienen ba(a resistencia al impacto debido a sus uniones iónico D covalentes.
-ecanismos %ara la de$ormación en cerámicos) Con enlaces co!alentes entre capas de átomos3 en esta situación cuando el material es sometido a una tracción lo suficientemente alta se separan las uniones de pares de electrones sin que se vuelvan a formar luego & se produce una fractura quebradi'a. $s por eso que los cerámicos enla'ados covalententemente son frágiles tango para estructuras monocristalinas como policristalinas.
Con enlace Iónico) "onocristalinos3 muestran deformación plástica ba(o fuer'as compresoras a temperatura ambiente. $(.3 o9ido de magnesio & cloruro de sodio 5sin embargo los cerámicos policristalinos son los más usados en la industria6* en estos los desli'amientos se producen sobre las filas. ?e planos donde los iones son de igual carga. )olicristalinos3 $n regiones donde predominan los enlaces iónicos, la rotura se produce por repulsión de iones de igual carga al querer producir desli'amiento sobre la fila. ?e planos FGGI.
Factores +ue a$ectan la resistencia de los materiales cerámicos) -a falla mecánica en materiales cerámicos se da principalmente por defectos estructurales. $n cerámicos policristalinos las principales causa de fractura de deben a la presencia de grietas superficiales, poros, inclusiones & granos de gran tama4o.
$n los poros se concentran grandes esfuer'os & cuanto el esfuer'o alcance cierto valor crítico se formara una grieta & se propagara hasta que ocurre la fractura 5considerando que la tenacidad de estos materiales es ba(a por lo que no se oponen a las propagaciones de fisuras6.
Tenacidad) -os materiales cerámicos debido a su combinación de enlaces iónico D covalente tienen ba(a tenacidad. -a tenacidad es la resistencia a la ruptura & a las deformaciones, & está representada por el área ba(o la curva de tensióndeformación. l ser ésta peque4a 5por la falta de una etapa de deformación plástica6, la energía que pueden absorber los cerámicos antes de la ruptura es poca.
-a tenacidad como área ba(o la curva tensión deformación. pesar de esto la tenacidad puede aumentarse mediante procesos como la presión en caliente de cerámicos con aditivos & reacciones a de aglutinación.
Dure&a) -a gran dure'a de los cerámicos se debe a sus fuertes enlaces covalentes & es una de sus principales características. ra'ón de esto suelen ser usados como abrasivos 5e(. carburo de silicio, SiC6 para pulir otros materiales.
Rotura %or $ati,a en cerámicos) Como en los cerámicos ha& ausencia de plasticidad al ser sometidos a esfuer'os cíclicos, la fractura por fatiga en materiales cerámicos es poco com+n. )ero e9isten ciertos casos comprobados como el de alumina policristalina que a temperatura ambiente después de JK.GGG compresiones cíclicas presento fisura por fatiga.
Cerámicos tradicionales . cerámicos de in,enier/a
#tra clasificación de los cerámicos los divide en cerámicos tradicionales & de ingeniería.
Cerámicos tradicionales -os cerámicos tradicionales son silicoaluminados derivados de materias primas minerales. Se constitu&en de tres componentes básicos3 la arcilla 5Si#l#/#H6, sílice o sile9 5Si#, arena6 & feldespato 5Sil#L o Sil#Na6. -a arcilla, a su ve', está compuesta principalmente por silicatos de aluminio hidratados con peque4as cantidades de otros ó9idos. ntes que el material endure'ca por el fuego, las arcillas se pueden traba(ar, & constitu&en el cuerpo principal del material. )or su lado, el s/lice 5Si#, sile9, arena o cuar'o6 funde a altas temperaturas & constitu&e el componente refractario de los cerámicos tradicionales. $l $eldes%ato %otásico funde a ba(a temperatura, transformándose en vidrio, formando una fase líquida que une los componentes refractarios & facilita la sinteri'ación. -as a%licaciones estructurales de la arcilla, como los ladrillos para la construcción, las tuberías de desagMe, las te(as & las losetas para pisos, están fabricadas a partir de arcillas brutas o naturales, las cuales contienen los tres componentes básicos.
Cerámicos de in,enier/a -as cerámicas técnicas o de ingeniería son fabricados con compuestos sintéticos puros o casi puros* principalmente ó9idos, carburos, nitruros. lgunas de las más importantes cerámicas de ingeniería son3 al+mina 5l#/6 en industrias microelectrónicas, nitruro de silicio 5Si/N@6 se usa para herramientas de corte como el torno, carburo de silicio 5SiC6 se utili'a como abrasivos & circonia 51r#6 combinados con algunos otros ó9idos refractarios, para recubrimiento de las superaleaciones de los álabes de las turbinas. 'rocesamiento de cerámicos tradicionales -as etapas básicas para el procesado de cerámicos son tres3
0 're%aración del material 1 -oldeado 5en seco o en h+medo6 2 Tratamiento t(rmico por secado & *orneado por calentamiento de la pie'a de cerámica. Con$ormado3 %rocesamiento de materiales cerámicos -os materiales cerámicos tiene dos propiedades que son determinantes de sus métodos de conformado & procesado. )oseen un alto punto de fusión & casi nula deformación térmica hasta a altas temperaturas. $stos factores hacen que la fusión de los cerámicos para conformarlos & traba(arlos como líquidos sea inviable. $s por ello que se le da forma al polvo o me'cla de polvo, agua & aditivos sin previa cocción & luego se produce la liga cerámica por calentamiento. $l esquema de la figura muestra los distintos tipos de materiales cerámicos3
'roductos de la arcilla -as arcillas contienen muchas fases, pero la más importante es la arcilla mineral, como la caolinita, que le confiere la plasticidad. -a cantidad & tipo de minerales en una arcilla varían
considerablemente* sin embargo, las características comunes de todos los materiales arcillosos son una estructura lam inar & la capacidad de absorber agua en la superficie & entre esas placas. "uchos de los procesos ho& en día se producen a partir de estas materias primas, las cuales primero son sometidas por una operación de molienda para reducir su tama4o de partícula mediante un molino de bolas. $l polvo obtenido tiene una buena plasticidad & su humedad varía seg+n el método de conformado a usar, pero su resistencia es ba(a debido a que el conformado se hace en verde. 2ambién se utili'an sílice & feldespatos 5usados como fundentes6* estos +ltimos para formar una fase vítrea en las pastas, a fin de promover la vitrificación & translucide'.
T(cnicas de con$ormado $9isten diversas técnicas, & la que se eli(a depende del material & de la forma, el tama4o & las propiedades que se deseen para el componente terminado. -as principales clasificaciones de las técnicas de conformado son en seco & en h+medo.
-oldeos en *4medo -oldeo en "ar"otina o colado $n un molde de esca&ola 5&eso6 se vierte una me'cla de arcilla & agua llamada barbotina* el molde absorbe el agua de la pasta, que forma una capa delgada en su cara interna. Cuando el depósito de arcilla es lo suficientemente grueso como para formar las paredes del recipiente, se vacía el resto de la barbotina, manteniendo la pie'a h+meda en el interior del molde hasta que se seque & contraiga lo suficiente para poder e9traerla del mismo. -as pie'as pueden alcan'ar un KO de humedad, necesitando un secado %re!io a la cocción. $l molde se constru&e de forma que sea desmontable. Con este proceso se fabrican los sanitarios.
Ilustración 3Técnicas de conformado
-oldeo %or %resión Se utili'a una pasta líquida a presión para aumentar la velocidad de formación de las pie'as. No se utili'an moldes de esca&ola, &a que carecen de la resistencia & estabilidad necesarias a estas temperaturas & presiones. -as pie'as suelen salir con apro9imadamente JO de humedad, por lo que es fundamental el secado de las mismas previa a la cocción. "ediante este proceso no es posible la obtención de pie'as de gran tama4o debido a los alabeos que se producen en la pie'a h+meda por acción de la gravedad. ;n e(emplo que utili'a esta técnica es la va(illa. Extrusión ;na máquina de e9trusión fuer'a una masa plástica bastante rígida a través de una boquilla para formar una barra de sección constanteque puede recortarse en tramos. -a arcilla se comprime en el cilindro, por medio de un pistón. -os tubos, te(as, ladrillos & algunos aislantes eléctricos se fabrican por e9trusión.
-oldeos en seco 'rensado en seco Consiste en compactar polvos secos o ligeramente h+medos a una presión lo suficientemente alta como para formar un artículo relativamente denso & resistente que se pueda mane(ar. -a pasta líquida se seca por atomi&ación. -a me'cla se da forma a alta presión en una matri' deacero. $n general se emplean dos tipos de %rensa, la hidráulica & la mecánica. $s importante que la pie'a se prense, de manera que adquiera una densidad lo más homogénea posible, de lo contrario se corre el peligro de que se alabe o que se contraiga irregularmente al cocerla. Cuanto me(or flu&a la me'cla durante el prensado, más fácil será conseguir una densidad uniforme. $l %rensado %or am"os extremos confiere ma&or homogeneidad que la que se conseguiría si solo se actuara por arriba. Con la lu"ricación de las %aredes se acaba de perfeccionar la operación. $ste método se usa con frecuencia para fabricar materiales refractarios, componentes cerámicos electrónicos & algunas baldosas, las cuales actualmente se pueden fabricar con ma&ores tama4os.
Acabado
-uego del moldeo, se le da un acabado a la pie'a, que, dependiendo de cada caso, constará de recorte & desbarbado, eliminación de aletas, costuras & sobrantes 5&a sea de forma automática o manual6, acabado superficial, acabado en seco 5con papel de li(a o cepillo6 o acabado en h+medo 5con espon(a o pincel suave6.
Secado . cocido
;na pie'a cerámica que ha sido conformada hidroplásticamente o por moldeo en barbotina retiene mucha porosidad, & su resistencia es insuficiente para la ma&oría de las aplicaciones prácticas. demás, puede contener a+n algo del líquido 5agua, por e(emplo6 a4adido para a&udar a la operación de conformado. $ste líquido es eliminado en un proceso de secado* la densidad & la resistencia aumentan como resultado del tratamiento a alta temperatura o por el proceso de cocción. -as técnicas de secado & cocción son críticas, &a que una contracción no uniforme durante estas operaciones puede originar tensiones que introdu'can muchos defectos, como grietas o distorsiones, que hacen que la pie'a se vuelva in+til.
Secado ?urante el secado, el control de la velocidad de eliminación de agua es crítico. medida que un cuerpo cerámico de arcilla se seca, también e9perimenta contracción. $n las primeras etapas de secado, las partículas de arcilla están rodeadas por una película mu& fina de agua. medida que el secado progresa & se elimina agua, la distancia entre partículas disminu&e, lo cual se pone de manifiesto en forma de una contracción. $l secado en la parte interna de un cuerpo se reali'a por difusión de moléculas de agua hasta la superficie, donde ocurre la evaporación. Si la velocidad de evaporación es ma&or que la velocidad de difusión, la superficie se secará, & por lo tanto se encogerá más rápidamente que en el interior, con una alta probabilidad de formación de los defectos antes mencionados. -a velocidad de evaporación superficial debe ser, como má9imo, igual a la velocidad de difusión del agua, & puede ser controlada mediante la temperatura, humedad & velocidad del flu(o de aire.
Secado %or atomi&ación ;na boquilla atomi'adora en la parte superior de una gran cámara divide la pasta líquida en peque4ísimas gotas que caen a través de gases calentados, de forma que cuando llegan al fondo de la cámara lo hacen en forma de peque4as esferas, a menudo huecas. ?ichas esferas son barridas por un rascador giratorio hacia un transportador.
Secado de cámara -a cerámica se coloca en una cámara & el ciclo se completa sin movimiento de la misma. ;nos ventiladores de poca velocidad impulsan el aire a través de serpentines de vapor, que luego llega a las pie'as mediante aletas graduables.
Secadores continuos -as pie'as de cerámica avan'an sobre carretillas o bandas transportadoras, dispuestas en línea recta o en capas, & van siendo sometidas a una secuencia de condiciones definidas. Cocción -a cocción de los productos cerámicos es una de las etapas más importantes del proceso de fabricación, &a que de ella dependen gran parte de las características del producto cerámico3 resistencia mecánica, estabilidad dimensional, resistencia a los agentes químicos, facilidad de limpie'a, resistencia al fuego, etcétera. -as variables fundamentales a considerar en la etapa de cocción son el ciclo t(rmico 5temperaturatiempo, ver
Ilustración 4Ciclo térmico de cocción.
Cocción rá%ida -a cocción rápida de las baldosas cerámicas, actualmente predominante, se reali'a en hornos mono estrato de rodillos, los que han permitido reducir e9traordinariamente la duración de los ciclos de cocción hasta tiempos inferiores a los @G minutos, debido a la me(ora de los coeficientes de transmisión de calor de las pie'as, & a la uniformidad & fle9ibilidad de los mismos. $n los hornos mono estrato, las pie'as se mueven por encima de los rodillos, & el calor necesario para su cocción es aportado por quemadores gas naturalaire, situados en las paredes del horno. -os mecanismos principales de transmisión de calor presentes durante este proceso son la convección & la radiación.
'rocesamiento . a%licación de cerámicos a!an&ados -os cerámicos estructurales avan'ados están dise4ados para optimi'ar mecánicas a temperaturas elevadas. fin de alcan'ar estas propiedades, comparación con la cerámica tradicional, un control e9cepcional de procesamiento & de la microestructura. Se utili'an técnicas especiales para materiales en productos +tiles
las propiedades se requiere, en la pure'a, del conformar estos
Com%resión isostática "uchos de los cerámicos más avan'ados empie'an en forma de polvo, se me'clan con un lubricante para me(orar su composición, & se prensan para darles forma, la cual, una ve' comprimida, se sinteti'a para que se desarrolle la micro estructura & propied eridas. $n algunos casos, particularmente en cerámicos avan'ados, el conformado por compactación de polvos se efect+a a altas temperaturas, mediante prensas calientes o por compresión isostática en caliente. $n este proceso los polvos se llevan en recipientes metálicos o de vidrio* entonces se calientan & compactan simultáneamente en un recipiente de gas inerte a presión. $sto permite utili'ar menos lubricantes & disminu&e la porosidad, manteniendo propiedades mecánicas deseables. -a humedad remante en la pie'a & la porosidad son mu& ba(as, por lo que se pueden conformar pie'as de ma&or tama4os sin las complicaciones de alabeos que se obtendrían en el método de moldeo en barbotina o colado. $(emplos, pie'as para motor , turbinas, refractarios porcelanatos & pie'as relativamente grandes & simples.
Sinteri&ado) transformación de un producto poroso en compacto $n los casos que no se desea la vitrificación en ve' de ello se consigue la resistencia deseada mediante la difusión. ?urante el sinteri'ado, primero los iones se difunden a lo largo de los bordes & superficies de grano, hacia los puntos de contacto entre partículas, generando puentes & cone9iones entre granos individuales 5figura F@/Q6.
Unión %or reacción lgunos materiales cerámicos, como el Si/N@, se producen mediante unión por reacción. $l silicio se conforma & a continuación se le hace reaccionar con nitrógeno para formar el nitruro. -a unión por reacción, que se puede efectuar a temperaturas más ba(as proporciona un me(or control dimensional, en comparación con la compresión en caliente. Sin embargo, se obtienen densidades & propiedades mecánicas menores.
Unión . ensam"le de %ie&as cerámicas
Cuando dos componentes cerámicos se ponen en contacto ba(o carga, en la superficie frágil se crean concentraciones de esfuer'os, lo cual provoca una ma&or probabilidad de falla. demás, los métodos para unir pie'as cerámicas son limitados. -os cerámicos frágiles no se pueden unir por procesos de soldadura por fusión o de unión por deformación. ba(as temperaturas, se pueden conseguir uniones adhesivas utili'ando materiales poliméricos* a temperaturas superiores se pueden utili'ar cementos cerámicos. -a unión por difusión se utili'a para unir cerámicos entre sí con metales.
Re$ractarios -os materiales refractarios deben soportar alta temperatura sin corroerse o debilitarse por el entorno & cuenta además con la capacidad de producir aislamiento térmico -os refractarios se dividen en tres grupos, ácido, básico & neutro, con base en su comportamiento químico
Re$ractarios ácidos -os refractarios ácidos comunes inclu&en las arcillas de sílice, de al+mina & refractarios de arcilla Cuando al sílice se le agrega una peque4a cantidad de al+mina, el refractario contiene un microconstitu&ente eutéctico con punto de fusión mu& ba(o & no es adecuado para aplicaciones refractarias por encima de los FQGGRC, temperatura que frecuentemente se requiere para fabricar aceros.
Sin embargo, cuando se le agregan ma&ores cantidades de al+mina, la microestructura adquiere una alta temperatura de fusión. $stos refractarios de arcilla por lo general son relativamente débiles, pero poco costosos.
Re$ractarios "ásicos arios refractarios se basan en el "g# 5magnesia6. $l "g# puro tiene un punto de fusión alto, buena refractariedad & buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentran en los procesos de fabricación de acero. -os refractarios básicos son más costosos que los refractarios ácidos.
Re$ractarios neutros $stos refractarios pueden ser utili'ados para separar refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que una ataque al otro. Re$ractarios es%eciales $l carbono, o grafito, es utili'ado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente cuando no ha& o9ígeno fácilmente disponible. #tros materiales refractarios inclu&en diversidad de nitruros, carburos & boruros. -a ma&or parte de los carburos, el 2iC & el 1rC no resisten bien la o9idación & sus aplicaciones a alta temperatura son más adecuadas para situaciones de reducción. Sin embargo, el carburo de silicio es una e9cepción* cuando se o9ida el SiC a alta temperatura, se forma en la superficie una capa delgada de SiG, protegiéndolos contra o9idación adicional hasta apro9imadamente los FEGGRC. -os nitruros & los boruros también tienen temperaturas de fusión altas & son menos susceptibles a la o9idación. lgunos de los ó9idos & los nitruros son candidatos para uso en turborreactores.
Cementos demás de su uso en la producción de materiales para la construcción, en aparatos domésticos, en materiales estructurales & refractarios, los materiales cerámicos encuentran toda una infinidad de aplicaciones, inclu&endo las siguientes. $n un proceso conocido como cementación, las materias primas cerámicas se unen utili'ando un aglutinante que no requiere horneado o sinteri'ado. ;na reacción química convierte una resina líquida en un sólido que une las partículas. Se clasifican como cementos inorgánicos a varios materiales cerámicos familiares3 Cemento, &eso & cali'a, los cuales al me'clares con agua forman una pasta que al fraguar endurecen
A"rasi!os Son utili'ados para desgastar, desbastar o cortar a otros materiales, los cuales son necesariamente más blandos. )or consiguiente, la principal característica de este grupo de materiales es su dure'a o resistencia al desgaste & alto grado de tenacidad para que las partículas abrasivas no se fracturen fácilmente.
-as cerámicas abrasivas más comunes son el carburo de silicio, el carburo de tungsteno, el o9ido de aluminio & la arena de sílice.
5IDRIOS $s un material sólido de estructura amorfa, que se obtiene por enfriamiento rápido de una m asa fundida lo cual impide su cristali'ación. ?e aquí surge otra definición que dice que el vidrio es un líquido sobreenfriado. $sto quiere decir, de altísima viscosidad a temperatura ambiente, por lo que parece un sólido. Cuando se encuentra a F@EGTC es un líquido de ba(a viscosidad. esa temperatura su temperatura su viscosidad es parecida a la de la miel. temperatura ambiente el vidrio se comporta estructuralmente como un líquido congelado, dicho de otra forma es un líquido que se enfría tan rápidamente que es imposible que se formen cristales. Cuando el vidrio se enfría lentamente se forman cristales de vidrio, fenómeno que se conoce como desvitrificación. -os artículos hechos con vidrio desvitrificado tienen poca resistencia física. -os vidrios más comunes 5comerciales6 están compuestos en un JGO por Si#, FEO de Na#, FO de Ca#. U un /O de diversos ó9idos 5de aluminio, magnesio, etc6. ESTRUCTURA -a ma&oría de los vidrios de uso comercial están basados en el o9ido de silicio, 5Si#6, como formador de vidrio, donde la subunidad fundamental es el tetraedro Si#@, en donde un átomo de silicio se encuentra covalentemente enla'ado a cuatro átomos de o9igeno. )ueden tener algunos iones modificadores adicionales que son ó9idos como el Ca#, Na# que proporcionan cationes & o9ígenos no enla'antes, la presencia de estos modificadores disminu&e la viscosidad del vidrio a altas temperaturas haciendo que este sea más fácil de moldear. Cuando solo está presente la sílice 5Si#6 el vidrio es mu& rígido haciéndolo +t il para aplicaciones en que se requiere una peque4a e9pansión térmica, pero por esta ra'ón es mu& viscoso & difícil de moldear en estado liquido lo que limita su uso.
'RO'IEDADES -os vidrios no solidifican igual que los materiales cristalinos, este se hace cada ve' más viscoso a medida que la temperatura disminu&e aunque no e9iste una temperatura definida en la cual solidifique. Con el estudio de relación entre la temperatura & el volumen específico podemos diferenciar un sólido cristalino de uno no cristalino. $n los materiales cristalinos ha& una disminución discontinua del volumen a temperatura constante en cambio en los materiales vítreos el volumen disminu&e continuamente con la disminución de la temperatura. Se observa un peque4o cambio en la pendiente a una temperatura llamada temperatura de transición vítrea, por deba(o de esta temperatura el material es un vidrio & por encima es un liquido subenfriado & luego un liquido CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Resistencia mecánica $l vidrio tiene propiedades mecánicas que lo aseme(an, por así decirlo, a los sólidos cristalinos. No es, por lo tanto, d+ctil ni maleable. No sufre de formación permanente por acción de un esfuer'o, sino que alcan'ado el límite de resistencia se produce su fractura. -a rotura se produce siempre por un esfuer'o de tracción, no por compresión. $n líneas generales podemos decir que la resistencia intrínseca del vidrio es sumamente elevada, comparable a la del acero. Resistencia t(rmica Vsta es una propiedad importante que se pretende en la ma&oría de los vidrios, particularmente en aquellos que, como ocurre en muchos productos alimenticios & medicinales, deban soportar en su utili'ación cambios de temperatura relativamente bruscos, en especial, en los procesos de lavado, llenado en caliente, pasteuri'ado, esterili'ación, uso con comidas, etc. 7especto de esta resistencia, debemos se4alar que la rotura no se produce por el cambio de temperatura en sí, sino por el esfuer'o mecánico de tracción provocado por el salto térmico. Vste no es más que un medio para )roducir esfuer'os de tracción debido a las contracciones desiguales producidas por el enfriamiento más o menos brusco del ensa&o. TECNICAS DE 'ROCESA-IENTO So%lado 6 so%lado $n la operación de soplado por boca, una varilla de hierro hueca o ca4a es sumergida en un crisol que contiene el vidrio fundido, para recoger una porción en la punta por rotación de la ca4a. $l vidrio tomado, es enfriado a cerca de FGGGRC & rotado contra una pie'a de hierro para hacer una preforma. -a preforma es entonces manipulada para permitir su estiramiento, nuevamente calentada & soplada para que tome una forma seme(ante a la del artículo que se
quiere formar, siendo luego colocada en el interior de un molde de hierro o madera & soplada para darle su forma final. Se lo utili'a generalmente para el conformado de botellas.
'rensado6 so%lado ;n vástago es utili'ado para dar forma a la superficie interior del artículo, al empu(ar el vidrio contra el molde e9terior. $l prensado puede ser hecho tanto con la a&uda de un operador, como en forma completamente automática. -uego se reali'a un soplado para obtener la forma final.
'or $lotación) $n este proceso el vidrio es mantenido en una atmósfera químicamente controlada a una temperatura suficientemente alta 5FGGG TC6 & por un tiempo suficientemente largo como para que el vidrio fundido quede libre de irregularidades & su superficie llegue a ser plana & paralela. $n esta condición, el vidrio es vertido sobre una superficie de esta4o fundido, que al ser perfectamente plana permite obtener también un producto de estas características. -a lámina es enfriada mientras a+n avan'a a lo largo del esta4o fundido, hasta que la superficie alcan'a una consistencia suficientemente como para ser transportada sobre una cinta sin que el vidrio quede marcado 5apro9imadamente QGGTC6. -a lámina entonces pasa a través de un horno t+nel de recocido, mientras es transportada camino a su almacena(e, donde computadoras determinarán el corte de la lámina para satisfacer las ordenes de los clientes. Su aplicación más importante es para el conformado de ventanas.
'or estirado) Se utili'a para formar pie'as largas, se consiguen vidrios planos de espesor uniforme & superficies planas. Se trata de e9traer verticalmente, a partir de un ba4o fundido de vidrio contenido en un horno de balsa, obteniendo láminas, barras, tubos & fibras. )or estirado para formar fibras de vidrio3 $l vidrio fundido está contenido en una cámara calentada con resistencias de platino. -a fibra se forma haciendo pasar el vidrio fundido a través de peque4os orificios en la base de la cámara.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Recocido $l proceso de recocido es utili'ado para liberar las tensiones internas, que se producen debido al rápido e irregular enfriamiento de la pie'a de vidrio durante la operación de formado. )ara ello la pie'a es vuelta a calentar & luego enfriada lentamente. -a operación se reali'a utili'ando para ello un horno t+nel de recocido, que consiste básicamente en una serie de quemadores dispuestos en un horno largo, a través del cual son llevadas las pie'as de vidrio. Tem%lado -a pie'a de vidrio se calienta a una temperatura ma&or a la de transición vítrea & se enfría rápidamente a temperatura ambiente. )rimero la superficie se enfría más rápidamente & una ve' que alcan'a una temperatura inferior al punto de deformación esta adquiere rigide', en este momento el interior esta a una temperatura superior & todavía es plástica, al seguir con el enfriamiento el interior intenta contraerse en un grado ma&or que el que le permite la superficie rígida e9terior & tiende a tirarla hacia adentro. Como consecuencia la pie'a soporta esfuer'os de compresión en la superficie con esfuer'o de tracción en el interior, aumentando su resistencia a la formación de grietas por tracción, lográndose me(ores propiedades mecánicas. $sta técnica se utili'a cuando se desea una alta resistencia. 
