Índice
Portada…………………………………………………………………..……1 Índice………………………………………………………………….………2 Introducción…………………………………………………………….…….3 Marco Teórico…………………………… Teórico……………………………………………………… …………………………… … ..…….4 1. Cerámicos………….………… Cerámicos………….……………………….…………… …………….………………………….…..4 …………….…..4 1.2 Estructura de los cerámicos ……………………………………………4 1.3 Propiedades de los materiales cerámicos …………………..….....…..4 1.4 Obtención de cerámicos……………………… cerámicos……………………………………………...… ……………………...… 7 1.5 Procesamiento…………………………………………….…………..…8 1.6 Síntesis de los polvos cerámicos………………………..…… cer ámicos………………………..………… …… .….9 1.7 Características de los materiales cerámicos sinterizados………..… 9
Conclusiones reflexivas……………………… r eflexivas……………………… ……….……………..… ..…11 Bibliografía……………………………………………… Bibliografía…………………… ………………………………………………1 ……………………1 2
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Introducción
La meta de este breve trabajo es examinar mas cerca la síntesis, el procesamiento y las aplicaciones de los materiales cerámicos. Estos se han utilizado durante miles de años. La mayoría de los materiales cerámicos presentan una buena resistencia a la compresión: sin embargo, no exhiben virtualmente nada de ductilidad a la tensión. La familia de los materiales cerámicos incluye materiales inorgánicos policristalinos y de un solo cristal, vidrios inorgánicos amorfos y vitroceramicos. Existen muchas maneras distintas de clasificar los materiales cerámicos. Una de ellas es definirlos con base en la clase de sus compuestos químicos (por ejemplo, óxidos, carburos, nitruros, sulfuros, fluoruros, etc.). Otra forma, la cual utilizaremos aquí, es clasificar los materiales cerámicos según su función principal. Los materiales cerámicos se utilizan en una amplia gama de tecnologías como refractarios, bujías, dieléctricos en capacitores, sensores, abrasivos, medios de grabación magnética, etc. Los materiales cerámicos también pueden aparecer en la naturaleza en forma de óxidos o como materiales naturales. Los materiales cerámicos se utilizan también como recubrimientos
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Marco Teórico 1. Cerámico Los productos cerámicos tienen una enorme variedad de aplicaciones, comenzando con el ladrillo común para la construcción, pasando por la porcelana delicada y llegando al vidrio óptico especializado. Debemos estudiar con mayor detalle el método de preparación de los productos cerámicos que el de los productos metálicos, ya que en general los productos no se pueden forjar a partir de barras o laminas para obtener una pieza terminada. En la mayoría de los casos debemos manejar la materia prima, prensarla para darle forma de ladrillo o de plancha o de magneto y, luego, desarrollar la estructura en la forma deseada calentándola.
1.2 Estructura de los cerámicos - 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).
1.3 Propiedades de los materiales cerámicos Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.
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Materiales cerámicos Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno. Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces híbridos iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad de sus electrones y les confieren propiedades específicas como la dureza, la rigidez y un elevado punto de fusión. Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los metales, por lo que resultan menos elásticos y tenaces que éstos.
Ejemplo: El peso de todo un carro de bomberos puede ser soportado por cuatro tazas cafeteras de materia cerámico Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos. Cerámicos cristalinos Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios. Cerámicos no cristalinos Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo prestablecidos. Vitro cerámicos
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Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la aparición de microcristales que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica. Propiedades y aplicaciones Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades:
• Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura.
• Son capaces de soportar altas temperaturas • Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión • Poseen una amplia gama de cual idades eléctricas. Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad que presenten. Son mucho más duros que los metales. A diferencia de éstos, se trata de materiales relativamente frágiles, ya que los enlaces iónico-covalentes. Su fragilidad es muy baja y las fracturas se propagan de manera irreversible. Para mejorar sus propiedades, se han desarrollado materiales híbridos o compositores. Estos compuestos constan de una matriz de fibra de vidrio, de un polímero plástico o, incluso, de fibras cerámicas inmersas en el material cerámico, con lo que se consigue que el material posea elasticidad y tenacidad, y, por tanto, resistencia a la rotura. Los materiales cerámicos también se utilizan en la fabricación de otros materiales híbridos denominados cermet, abreviatura de la expresión inglesa ceramic metals, compuestos principalmente de óxido de aluminio, dióxido de silicio y metales como el cobalto, el cromo y el hierro. Para obtenerlos, se emplean dos técnicas: el sintetizado y el fritado.
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El sintetizado consiste en compactar los polvos metálicos cuando presentan dificultad para ser aleados. El fritado consiste en someter el polvo metálico junto al material cerámico a una compresión dentro de un horno eléctrico para obtener una aleación. Resistencia a la temperatura Esta propiedad se fundamenta en tres características de los materiales cerámicos: elevado punto de fusión, bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad térmica.
Su elevado punto de fusión supera el de todos los metales, si exceptuamos el volframio. Su bajo coeficiente de dilatación los hace particularmente resistentes a los choques térmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios de volumen que determinan la aparición de gritas y su posterior rotura. Su baja conductividad térmica permite su empleo como aislantes.
Resistencia a los agentes químicos La estructura atómica de los materiales cerámicos es la responsable de su gran estabilidad química, que se manifiesta en su resistencia a la degradación ambiental y a los agentes químicos. Las aplicaciones de los diferentes tipos de materiales dependen de su estructura y de los agentes químicos a que vayan ser sometidos. La alúmina de elevada pureza se emplea en prótesis o implantes óseos o dentales por su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su gran estabilidad a lo largo del tiempo.
1.4 Obtención de Cerámicos En este primer grupo de los métodos del procesamiento de los cerámicos se da forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia. La fundición por revestimiento es un método interesante y casi único en cuento una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. Generalmente el molde se hace de yeso, con porosidad controlada, de modo que parte de agua de la 6
suspensión entre en la pared del molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El liquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua. La conformación plástica en húmedo se efectúa por medios diversos. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Por otra parte, cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta. Prensado con polvo seco. Esto se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después de haberse llevado a cabo cualquiera de los procesos anteriores, la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles. El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Las ventajas que se obtienen sobre el prensado en seco son: mayor densidad y tamaño más fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección. La compactación isostática. Es una manera muy especial de prensar polvos en un fluido comprensible para evitar la compactación no uniforme que a veces se observa en los troqueles. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frío.
1.5 Procesamiento de Cerámicos Pasos del procesamiento de los cerámicos: Quebrado Trituración o molienda Materias primas Remoción de componentes indeseables Moldeado Secado Cocción Aditivos: Aditivos: Aglomerantes, Aglomerantes, lubricantes, lubricantes, des des floculantes, floculantes, agentes agentes humectantes humectantes,, 7
plastificantes. Tamizado Separación magnética Filtrado Flotación Fundición, Extrusión, Prensado, Moldeo por inyección. Sinterizado Cerámicos Acabado
1.6 Síntesis de los polvos cerámicos Los materiales cerámicos de funden a altas temperaturas y presentan un comportamiento frágil a la tensión. Un polvo es una colección de finas partículas. El paso de fabricación de un polvo cerámico se define aquí como la síntesis de los materiales cerámicos. Un cerámico en verde es un material cerámico que todavía no ha sido sinterizado. Los pasos para la conversión de un polvo cerámico en una forma útil se conoce como procesamiento de los polvos. El cerámico en verde se consolida al continuación utilizando un tratamiento de alta temperatura conocido como sinterizado o quemado. En este proceso, se calienta el cerámico en verde a una temperatura elevada, utilizando un tratamiento térmico con atmosfera controlada, a fin de obtener un material denso
1.7 Características de los materiales cerámicos sinterizados En el caso de los materiales cerámicos sinterizados, el tamaño promedio del grano, la distribución del tamaño y el nivel y tipo de porosidad son importantes Granos y límites de grano: Con frecuencia el tamaño promedio del grano esta íntimamente relacionado con el tamaño de la partícula primaria. Los materiales cerámicos son un tamaño de grano son mas resistentes que los de grano grueso. Porosidad: Los poros representan el defecto de mayor importancia presente en los materiales cerámicos policristalinos. La presencia de poros suele ser perjudicial para las propiedades mecánicas de los materiales cerámicos en bloque. La presencia de poros es una de las razones por las cuales los materiales cerámicos muestran un comportamiento tan frágil bajo carga a la tensión. 8
La porosidad aparente mide los poros interconectados y determina la permeabilidad.
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Conclusiones reflexivas
Las propiedades de los materiales cerámicos también varían considerablemente debido a diferencias de enlace. En general, la mayoría delos materiales cerámicos son típicamente duros y quebradizos con poca resistencia a los impactos y a la ductilidad. En consecuencia, en la mayoría delos diseños de ingeniería, se suelen evitar los esfuerzos intensos sobre materiales cerámicos, especialmente si son esfuerzos de tensión. Los materiales cerámicos son, normalmente, buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de conducción de electrones, y así muchas cerámicas se usan como aislantes polarizados con carga eléctrica y se utilizan como materiales dieléctricos para condensadores. La polarización permanente de algunos materiales cerámicos produce propiedades piezoeléctricas que capacitan a estos materiales para ser usados como transductores electromecánicos. Otros materiales cerámicos, por ejemplo Fe 3O4, son semiconductores y se les encuentra aplicación como termistores para medidas de temperatura. El procesado de los materiales cerámicos usualmente incluye la aglomeración de pequeñas partículas por variedad de métodos en los estados secos, plástico líquido. Los procesos de conformación por frío predominan en la industria cerámica, pero también se usan los procesos de conformación por calor. El prensado, el moldeado en barbotina y la extrusión son procesos de conformado cerámico. Después de su formación los materiales cerámicos reciben normalmente un tratamiento térmico como sinterización o vitrificación. Durante la sinterización, las pequeñas partículas del artículo formado se unen mediante difusión en estado sólido a altas temperaturas. En la vitrificación, una fase vítrea sirve como medio de reacción para unir las partículas sin fundir. Los vidrios son productos inorgánicos cerámicos de fusión que se han enfriado hasta un sólido rígido sin cristalización. La mayoría de los vidrios inorgánicos se componen de una red de tetraedros de sílice (SiO 2) unidos iónica y covalentemente. La adición de otros óxidos como Na 2O y CaO modifica la red de la sílice para producir un vidrio más manejable. Otras adiciones al vidrio crean un espectro de amplias propiedades. Los vidrios tienen propiedades especiales como transparencia, dureza a temperatura a temperatura ambiente y excelente resistencia a la mayoría de los ambientes, lo que hace que sean importantes en muchos diseños de ingeniería. Las investigaciones en este campo darán materiales con una mejora continua delos prestaciones y limitaciones de este tipo de materiales.
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Bibliografía http://www.mitecnologico.com/Main/EstructuraPropiedadesDeCeramicos Libro de Ciencia de los Materiales Cuarta Edición http://html.rincondelvago.com/materiales-ceramicos_2.html
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