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MATERIALES CERÁMICOS

INTRODUCCIÓN

¿Qué se entiende por material cerámico?

Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada. Así mismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también es muy elevado (lo que llamamos fragilidad).

Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado…). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza en la cual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a tracción, por los poros y un elevado módulo de Young (fragilidad elevada) y al tener un enlace iónico covalente, es imposible de realizar.

Sintonización: Es el nombre general para el proceso de densificación de un material policristalino, con o sin presencia de fase líquida para ayudar al transporte de materia.

Esto contarlo como anécdota:

Existen materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos poros la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros.

PROCESO DE FORMACIÓN O CONSTITUCIÓN DE LOS MATERIALES CERÁMICOS

Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas. Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, película, fibra, etc.

Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominándose monofásicos. Los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan policristalinos.Los monocristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única fase.

¿Qué elementos o combinación de elementos forman los materiales cerámicos?

En general los componentes de los materiales cerámicos, fase(s) cristalina(s) y/o vítrea(s), están formados por elementos metálicos y no metálicos.Los enlaces en las diferentes fases pueden tener desde naturaleza iónica a covalente.

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ESTRUCTURA MATERIALES CERÁMICOS

Cerámicos cristalinos:

- Estructura Perovskita: La celda unidad tipo perovskita la adoptan en varios cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3. En este tipo de celda están presentes tres tipos de iones. En las esquinas de un cubo están los iones de bario, los iones de oxígeno ocupan el centro de las caras y los de titanio ocuparán el centro del cubo. La distorsión de la celda unidad produce un dipolo permanente, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.

- Estructura del corindón: Una de las formas de la alúmina, Al2O3 tiene la estructura cristalina del corindón, similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de aluminio y 18 de oxígeno. La alúmina es un material común que se utiliza como refractario, aislante eléctrico y abrasivo. Otros productos cerámicos, incluyendo el Cr2O3 y el Fe2O3 tienen la estructura.

- Estructura de espinela: Es típica del MgAl2O4, tiene una celda unidad cúbica que se puede visualizar como una formación de ocho cubos más pequeños. En cada uno de estos cubos menores se localizan iones de oxígeno en las posiciones normales de una red cúbica centrada en las caras. Dentro de los cubos pequeños hay cuatro huecos intersticiales octaédricos y ocho huecos intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan tres. En la espinela normal los iones divalentes ocupan posiciones tetraédricas y los trivalentes, los octaédricos. En la espinela inversa, el ión bivalente y la mitad de los iones trivalentes se localizan en las posiciones octaédricas. Esta estructura la tienen muchos cerámicos eléctricos y magnéticos importantes, como Fe3O4.

- Grafito: Al grafito, una de las formas cristalinas del carbono, algunas veces se le considera material cerámico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de átomos metálicos y no metálicos. El grafito tiene una estructura hexagonal por capas y se utiliza como material refractario, como lubricante y como fibra.

Silicatos cristalinos:

- Compuestos de silicatos: Cuando dos iones Mg2+ están disponibles para combinarse con un tetraedro, se produce un compuesto Mg2SiO4, o forsterita. Los dos iones Mg2+ satisfacen los requisitos de carga y equilibran a los iones SiO4. Los grupos Mg2SiO4, a su vez, producen una estructura cristalina tridimensional. De modo similar, los iones Fe2+ pueden combinarse con los tetraedros de sílice para producir Fe2SiO4. El Mg2SiO4 y el Fe2SiO4 forman una serie de soluciones sólidas conocidas como ortosilicatos. Dos tetraedros de silicatos pueden combinarse compartiendo un vértice para producir un tetraedro doble, es decir, un ión Si2O7. Este grupo iónico puede a su vez combinarse con otros iones para producir pirosilicatos, es decir, compuestos de tetraedros dobles.

- Estructuras de anillo y de cadena: Cuando dos vértices del tetraedro se comparten con otros grupos tetraédricos, se forman anillos y cadenas con el tipo de fórmula (SiO3)n 2n-, en la cual n indica el número de grupos SiO3 de la cadena o del anillo. Gran cantidad de materiales cerámicos tienen esta estructura metasilicato. La wollastonita

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(CaSiO3) está constituida por anillos de Si3O9; el berilo (Be3Al2Si6O18) contiene anillos grandes de Si16O18; y la enstatita (MgSiO3) tiene una estructura en cadena.

- Estructuras laminares: Cuando la relación O: Si resulta en la formula (Si2O5)2-, los tetraedros se combinan para formar estructuras laminares. En una formación ideal, tres de los átomos de oxígeno de cada tetraedro están ubicados en un solo plano, formando una red hexagonal. Los átomos de silicio en los tetraedros forman un segundo plano, también con red hexagonal. El cuarto átomo de oxígeno de cada tetraedro está presente en un tercer plano. Estos últimos átomos están enlazados iónicamente con otros grupos de átomos, formando materiales como las arcillas, la mica y el talco.

- Sílice: Cuando las cuatro esquinas de los tetraedros están compartidas con otros tetraedros iguales se produce cristobalita, variedad más habitual del SiO2. Este compuesto puede existir en varias formas polimórficas. Conforme se incrementa la temperatura, la sílice cambia de cuarzo α al β a tridimita β a cristobalita β y al líquido.

La estructura de los vidrios cerámicos

- Historia

Nuestros antepasados usaban la obsidiana, un vidrio natural, desde hace más de 75.000 años para elaborar cuchillos y puntas de flecha.Plinio el Viejo (siglo I), en su Historia Natural, cuenta que unos mercaderes que se dirigían hacia Egipto para vender natrón (carbonato de sodio), se detuvieron para cenar a orillas del río Belus, en Fenicia. Como no había piedras para colo-car sus ollas, decidieron utilizar algunos trozos de natrón. Calentaron sus ali-mentos, comieron y se dispusieron a dormir. A la mañana siguiente vieron asombrados que las piedras se habían fundido y habían reaccionado con la are-na para producir un material duro y brillante, el vidrio.En realidad, el hombre aprendió a fabricar el vidrio muchísimo tiempo antes en forma de esmaltes vitrificados, la fayenza. Hay cuentas de collares y restos de cerámica elaborados con fayenza en tumbas del periodo predinástico de Egipto, en las culturas Naqada (3500-3200 a. C.).

- Propiedades generales y clasificación

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que ocu-rre en la naturaleza y también es creado artificialmente por el hombre. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de pro-ductos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo de estructura reticular.

El vidrio se obtiene por fusión a unos 1.500 °C de materiales como arena de síli-ce (SiO2) principalmente y otros materiales como borato(B2O3), dióxido de ger-manio (GeO2) , ect . Las estructuras vítreas se producen al unirse los tetraedros de sí-lice u otros grupos iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina en es-tado sólido.

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Podemos clasificar los vidrios en:

- Vidrios Naturales

Los vidrios naturales tienen unas propiedades muy generales y formas ya defini-das. Su uso se limita sobre todo a usos artísticos y decorativos. Como ejemplos de vidrios naturales tenemos la obsidiana de origen volcánico y las tectitas de origen meteórico.

- Vidrios Artificiales

- Vidrios de silicato: Son los más ampliamente utilizados. La sílice fundida, hecha a partir de SiO2 puro, tiene un alto punto de fusión y sus cambios dimensionales durante el calentamiento y el enfriamiento son reducidos. Sin embargo, gene-ralmente los vidrios de silicato contienen óxidos adicionales. Aunque los óxidos como la sílice se comportan como formadores de vidrio, un óxido intermedio no forma vidrio por sí mismo, pero se incorpora en el entramado reticular de los formadores de vidrio. Un tercer grupo de óxidos, los modificadores, rompen la estructura reticular y finalmente hacen que el vidrio desvitrifique, es decir, se cristalice.

- Vidrios de silicato modificados: Si la relación oxígeno-silicio aumenta de manera significativa los modificadores rompen la red de sílice, pero también aportan nuevas propiedades. Podemos encontrar vidrios como:

- Vidrio Sódico-Cálcico: Está formado por sílice, sodio y calcio principalmente. La sílice es parte de la materia prima básica, el sodio le da cierta facilidad de fusión y el calcio la provee de estabilidad química. Sin el calcio el vidrio sería soluble hasta en agua y prácticamente no serviría para nada.Este tipo de vidrio es el que se funde con mayor facilidad y el más barato. Por eso la mayor parte del vidrio incoloro y transparente tiene esta composición. Las ventanas de los edificios, desde la más grande hasta la más pequeña están hechas con este vidrio.

- Vidrios al plomo: El vidrio fino que se utiliza para vajillas y se conoce como cris-tal es el resultado de fórmulas que combinan sílice y potasio con óxido de plo-mo. El vidrio al plomo es pesado y presenta un elevado índice de refracción a la luz, lo que le convierte en un material apropiado para la fabricación de lentes y prismas, así como para joyas de imitación. Dado que el plomo absorbe las radia-ciones de alta energía, en las instalaciones nucleares se utilizan vidrios al plomo para la protección de los trabajadores.

- Vidrios Potásicos : Se remplaza el sodio por el potasio. Son más duros que los anteriores, muy brillantes, resisten mejor las variaciones de temperatura y son muy resistentes a la acción del agua y de los ácidos. Ejemplos; son los vidrios de Bohemia, vidrios de óptica , etc

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- Vidrios no silicáticos: se pueden producir a partir de BeF2 (fluoruro de berilio), GeO2 (dióxido de germanio), el fosfato de aluminio y el fosfato de boro tienen también una estructura tetraédrica de corto alcance.

- Algunos vidrios se forman combinando estos anteriores con sílice como la com-binación de sílice y borato conocidos como vidrios borosilicatados. Entre las propiedades más importantes del vidrio borosilicatado se encuentran su gran resistencia a la corrosión por parte de agentes químicos y su coeficiente de dila-tación que es aproximadamente un tercio del vidrio común. El Pírex por ejem-plo, contiene cantidades apreciables de B2O3 en la sílice y es muy usado en quí-mica para contener y calentar líquidos químicos

PROPIEDADES

Las propiedades de los materiales cerámicos vienen determinadas en cuatro niveles: atómico, ordenación de los átomos, microestructura y macroestructura.

Las propiedades de los materiales cerámicos cubren un amplio intervalo de necesidades:

1. Propiedades mecánicas2. Propiedades magnéticas.3. Propiedades eléctricas.4. Propiedades térmicas.5. Propiedades ópticas.6. Propiedades humídicas.7. Otras propiedades.

Propiedades mecánicas:

Los materiales cerámicos son muy frágiles, particularmente a temperaturas bajas. El problema se intensifica con la presencia de imperfecciones como pequeñas fisuras, porosidad, inclusio-nes,..., que se introducen en el proceso de fabricación. Los defectos varían en tamaño, forma y orientación, tanto dentro de un solo componente, como de un componente a otro.

- Fractura frágil. Cualquier fisura o imperfección limita la capacidad de un producto cerámico para resistir una tensión a tracción. Eso es debido a que una fisura concentra y amplifica la ten-sión aplicada.

- Tratamiento estadístico de la fractura frágil. Debido a que las características en tracción de-penden del tamaño y geometría de los defectos, hay una dispersión considerable de los valo-res de resistencia, determinados a partir de ensayos de tracción, de flexión o de fatiga. Los componentes cerámicos producidos a partir de materiales idénticos, con métodos de produc-ción idénticos, rompen a distintas cargas aplicadas.

La distribución de Weibull y el módulo de Weibull proporcionan un tratamiento estadístico para diseñar piezas de materiales cerámicos.

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- Métodos para mejorar la tenacidad. Un método tradicional para mejorar la tenacidad consis-te en rodear las partículas frágiles del cerámico con un material matriz más tenaz. Otra alterna-tiva es crear compuestos de matriz cerámica introduciendo fibras o aglomerados cerámicos en dicha matriz.

Ciertos materiales cerámicos se pueden endurecer por transformación.

El procesado del producto es también crítico para poder mejorar la tenacidad. Las técnicas de procesado que producen cerámicos con un grano excepcionalmente fino, de alta pureza y completamente densos, mejoran la resistencia y la tenacidad.

Propiedades magnéticas:

No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferromagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéti-cos distintos, lo que conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.

Propiedades eléctricas:

Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica.

Algunos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.

Propiedades térmicas:

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por lo que son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias meta-lúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.

Propiedades ópticas:

En ciertos materiales cerámicos, la brecha de energía entre las bandas de valencia y conduc-ción es tal, que un electrón que pase a través de ella, producirá fotones dentro del espectro vi-

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sible del ojo humano. Esta luminiscencia se observa como dos efectos distintos: fluorescencia y la fosforescencia.

En la fluorescencia, todos los electrones excitados vuelven a la banda de valencia y los fotones correspondientes son emitidos una fracción de segundo después de haberse eliminado el estí-mulo.

Los materiales fosforescentes tienen impurezas que introducen un nivel donante dentro de la brecha de energía. Los electrones estimulados bajan al nivel donante y quedan atrapados, por lo que deberán escapar para regresar a la capa de valencia. Esto se traduce en un retardo por-que después de haber eliminado el estímulo, los electrones capturados por el nivel donante escapan de forma gradual.

Propiedades humídicas:

Cabe destacar la permeabilidad, la cual nos indica la cantidad de líquido que el material es ca-paz de absorber, debido a un cambio de presión. En general, los materiales cerámicos propia-mente dichos, al ser porosos, suelen tener algo de permeabilidad (ladrillo, teja), sin embargo, los vidrios son impermeables (gres, porcelana). Muy estrechamente relacionado con esta ca-racterística, podríamos hablar de la absorción de agua de los cerámicos, que sigue los mismos patrones que la permeabilidad, pero para el caso específico del agua, siendo que los cerámicos porosos pueden absorber hasta un 18% de su peso, mientras que los vítreos llegan, en casos muy extremos, al 0.12%.

Otras propiedades:

Pueden ser tratadas como tales las que se analizan más industrialmente, como pueden ser la resistencia a la abrasión, en la que se mide la oposición que pone un material ante agentes abrasivos, siendo muy mala en los porosos y aceptable ó buena en los vítreos. También la re-sistencia a la heladicidad, en la que se mide la oposición de los cerámicos ante temperaturas extremas de posibles heladas o deshielos, teniendo los porosos más tendencia a deteriorarse mucho antes que los vidrios.

En algunos casos, básicamente en química, también se comprueba la disolución, atacando a los cerámicos con sales solubles como nitratos o sulfatos, o la combustibilidad, para comprobar su mayor o menor grado de inflamación, siendo, grosso modo, los cerámicos, en general, no infla-mables.

Por último, también pueden ser sometidos a estudios de reciclabilidad, para determinar qué productos tendrán un mayor o menor impacto en el ecosistema.

PROCESADO

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Vidrios

La fabricación de objetos de vidrio se realiza a alta temperatura, controlando la viscosidad de tal forma que el vidrio puede ser conformado sin romperse.

Fundición:

1. Intervalo líquido. Se produce el vidrio en láminas cuando el vidrio está fundido.

2. Intervalo de trabajo. Formas, como las de los contenedores o bombillas se pueden formar por moldeo a presión, por estirado o soplado del vidrio en moldes. A una por-ción caliente de vidrio líquido se le puede dar una forma burda y a continuación some-terla a presión mediante soplado en un molde caliente para producir la forma final.

3. Intervalo de recocido. Algunos componentes cerámicos se recuecen para eliminar las tensiones residuales introducidas durante su conformado. Algunos vidrios pueden ser tratados térmicamente para causar dervitrificación, es decir, la precipitación de una fase cristalina a partir del vidrio.

El vidrio templado se produce al enfriar las superficies de placas de vidrio con aire, ha-ciendo que las capas superficiales se enfríen y se contraigan.

Una aplicación de los vidrios sería, por ejemplo, las vitrocerámicas hechas a partir de materia-les cerámicos parcialmente cristalinos y parcialmente vítreos.

Arcilla

Las cerámicas cristalinas se suelen conformar mediante la preparación de un compacto a partir de las correspondientes materias primas en forma de polvo fino. Posteriormente ese polvos son unidos entre sí mediante la vitrificación parcial.

-Técnicas de conformado para productos de arcilla. Los polvos, la arcilla, el fundente y el agua se mezclan y se les da forma. Mezclas secas o semisecas se compactan funcionalmente dando lugar a la pieza “en verde” que presenta suficiente resistencia mecánica para poder ser mane-jadas. A mayores contenidos de humedad, los polvos son más plásticos o conformables. A es-tas mezclas plásticas se les puede aplicar procesos de conformado hidroplástico, incluyendo extrusión, torneado y conformado a mano.

-Secado y cocción de los productos de arcilla. Durante el secado, el exceso de humedad se eli-mina y ocurren grandes cambios dimensionales. La rigidez y la resistencia se obtienen durante la etapa de cocción. Durante el calentamiento, la arcilla se deshidrata eliminando el agua que forma parte de la estructura cristalina de la “caolinita” y empieza la vitrificación.

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Cerámicos avanzados

Los productos cerámicos mas tradicionales y técnicos son manufacturados compactando pol-vos o partículas en matrices que son posteriormente calentados a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre si.

Las etapas básicas para el proceso de cerámica de aglomeración de partículas son:

(1) preparación de material;

(2) moldeado o fundido;

(3) tratamiento térmico por secado y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.

Preparación de materiales

La mayoría de los productos están fabricados por aglomeración de partículas. Las materia pri-mas para estos productos varían, dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos que no necesitan tener propiedades muy «críticas» tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una práctica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos.

Técnicas de conformado:

Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden ser conformados mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o líquidas. Los procesos de conforma-do en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en ca-liente también se usan con frecuencia. Prensado, moldeo en barbotina y extrusión son los mé-todos de modelado de cerámica que se utilizan más comúnmente.

Prensado: La materia prima puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados.

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Prensado en seco: este método se usa frecuentemente para productos refractarios (materia-les de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultánea y la conformación de los polvos gra-nulados con pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos en un troquel. Después del estampado en frío, las partículas son normalmente calentadas (sinterizadas) a fin de que se consigan la fuerza y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utili-za mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformi-dad y tolerancia pequeñas.

Compactación isostática: en este proceso el polvo cerámico se carga en un recipiente flexi-ble (generalmente de caucho) hermético (llamado cartucho) que esta dentro de una cámara de fluido hidráulico a la que se aplica a presión. La fuerza de la presión aplicada compacta el polvo uniformemente en todas las direcciones, tomando el producto la forma del contenedor flexi-ble. Después de presionar la pieza isostáticamente en frío se ha de pasar por el fuego (sinteri-zación) para obtener las propiedades microestructurales requeridas.

Productos cerámicos de este tipo son refractarios, ladrillos, aislantes de bujías, cúpulas, criso-les, herramientas de carbono y cojinetes.

Compresión en caliente: En este proceso se consiguen piezas de alta densidad y propieda-des mecánicas optimizadas combinando la presión unidireccional como la isostática.

Extrusión: Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámi-cos en estado plástico a través de un troquel de embutir. Este proceso es de aplicación común en la producción.

Proceso sol gel. Se utiliza para producir y consolidar polvos cerámicos excepcional-mente finos. Se prepara una solución coloidal líquida, que contenga iones metálicos di-sueltos. Las reacciones de hidrólisis forman una solución organometálica o sol, com-puesta por cadenas tipo polimérica, con iones metálicos y oxígeno. De la solución se forman partículas de óxido amorfo, las cuales producen un gel rígido. El gel es secado y calentado para la sinterización y la compactación de la pieza terminada de cerámica; las temperaturas se sinterización son bajas debido a que los polvos son altamente reactivos.

Unión y ensamblaje de piezas cerámicas. Los cerámicos frágiles no se pueden unir mediante procesos de soldadura por fusión o unión por deformación. A bajas tempera-turas, se pueden conseguir uniones adhesivas utilizando materiales poliméricos; a temperaturas superiores se pueden utilizar cementos cerámicos.

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Tratamientos térmicos

El tratamiento térmico es un paso esencial en la fabricación de la mayoría de los productos ce-rámicos. En esta subdivisión consideramos los siguientes tratamientos térmicos: secado, sinte-rizado, verificación.

Secado y eliminación de aglutinantes. El propósito del secado de cerámicas es eliminar el agua del cuerpo cerámico plástico antes de ser sometida a altas temperaturas. Generalmente, la eliminación de agua se lleva a cabo a menos de 100ºC y puede tardar tanto como 24hs. para un trozo de cerámica grande. La mayoría de los aglutinantes orgánicos pueden ser eliminados de piezas cerámicas por calentamiento en el rango de 200 a 300ºC, aunque algunos residuos hidrocarbonados pueden requerir un calentamiento a temperaturas mas elevadas.

Sinterización. El proceso por el cual se consigue que pequeñas partículas de un material se mantengan unidas por difusión al estado sólido se llama sinterización. En la fabricación de ce-rámicas este tratamiento térmico se basa en la transformación de un producto poroso en otro compacto y coherente. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de, por ejemplo, alúmina, berilio, ferrita y titanatos.

En el proceso de sinterizado las partículas coalescen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas pero por debajo del punto de fusión del compuesto que se desea sinterizar. En la sinterización, la difusión atómica tiene lugar entre las superficies de contacto de las partículas a fin de que resulten químicamente unidas.

Sinterización reactiva. Algunos materiales como el Si3N4 se forman mediante sinteriza-ción reactiva. EL silicio se conforma y a continuación se le hace reaccionar con nitró-geno para formar el nitruro. La sinterización reactiva, que se puede efectuar a tempe-raturas más bajas, proporciona un mejor control dimensional, en comparación con la compactación en caliente. Sin embargo, se obtienen densidades y propiedades mecá-nicas inferiores.

Verificación. Algunos productos cerámicos tales como porcelana, productos arcillosos estruc-turales y algunos componentes electrónicos contienen una fase vítrea. Esta fase vítrea sirve como medio de reacción para que la difusión pueda tener lugar a menor temperatura que en el resto de los materiales sólidos cerámicos. Durante el tratamiento a elevadas temperaturas de este tipo de materiales sólidos cerámicos, tiene lugar un proceso llamado verificación por medio del cual la fase vítrea se licúa y rellena los poros del material. Esta fase vítrea liquida puede también reaccionar con algunos de los restantes sólidos de material refractario. Bajo enfriamiento, la fase liquida solidifica para formar una matriz vítrea que une las partículas que no han fundido.

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DEFECTOS E IMPERFECCIONES

Realmente no existen cristales perfectos sino que contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y mecánicas y también influyen en algunas propiedades de los materiales a nivel de aplicación ingenieril tal como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad eléctrica y la corrosión.

Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma así:

Defectos lineales o de una dimensión llamados también dislocaciones Defectos de dos dimensiones Defectos puntuales o de dimensión cero

También deben incluirse los defectos macroscópicos tales como fisuras, poros y las inclusiones extrañas.

Defectos puntuales

Vacante

Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco creado por la perdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos. El número de vacantes en equilibrio Nv para una cantidad dada de material, se incrementa con la temperatura de acuerdo a la ecuación:

Son las imperfecciones más comunes en los cristales. Se dan hasta una por cada 10000 átomos.

Las vacantes de no equilibrio tienen tendencia a agruparse formando clusters, que forman divacantes o trivacantes.

Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor.

Defectos intersticiales

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Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto intersticial”.

Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que normalmente el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formación de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación.

Impurezas en sólidos

Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión ó puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y de la temperatura se formará en el cristal una solución sólida. Cuando se habla de solución sólida hay que hacer claridad sobre algunos términos:

- Soluto: Es el elemento o compuesto dentro de la solución sólida, que se encuentra en menor concentración

- Disolvente: Es el elemento dentro de la solución sólida, que se encuentra en mayor concentración.

Una solución sólida se forma cuando átomos de soluto se adicionan al material y la estructura cristalina original se mantiene. Se puede asimilar a una solución líquida en la que también los átomos que constituyen las impurezas (soluto) están distribuidos al azar y uniformemente dispersos dentro del sólido.

Los defectos puntuales de impurezas dentro de las soluciones sólidas pueden generarse por dos mecanismos:

- Sustitución: Aquí el soluto o las impurezas reemplazan a átomos originales. Esto se da cuando los átomos que constituyen el soluto y el solvente cumplen los siguientes requerimientos (Reglas de Hume-Rothery):

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Los radios atómicos no difieran más del 15%

Las estructuras cristalinas deben ser las mismas

Las electronegatividades deben ser similares ya que de otra manera reaccionarían y se formarían nuevos compuestos

Deben tener la misma valencia

- Intersticial: Aquí los átomos de las impurezas llenan los vacíos o intersticios dentro del material original. En la mayoría de los materiales metálicos el empaquetamiento atómico es alto y los intersticios son pequeños.

Consecuentemente los diámetros de los átomos que constituyen las impurezas intersticiales deben ser sustancialmente más pequeños que los del material original, razón por la cual este defecto es mucho menos común. Un ejemplo de este tipo de impureza por sustitución lo constituyen el carbón y el hierro. En una solución sólida de estos dos elementos, el carbón puede sustituir al hierro en no más del 2%.

Otros defectos puntuales importantes son:

Defecto Frenkel

Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

Defecto Schottky

Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión

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Otro defecto puntual importante ocurre cuando un ion de una carga reemplaza otro ion de diferente carga. Por ejemplo un ion de valencia +2 reemplaza a un ion de valencia +1. En este caso una carga extra positiva se introduce dentro de la estructura. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga positiva (Enlaces iónicos).

Defectos de Línea (dislocaciones)

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes.

Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla

Dislocación de cuña

Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve curvatura de los planos verticales de los átomos más cercanos del extra semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al semiplano insertado.Figura 8. Dislocación de cuña

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La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llamaDESLIZAMIENTO o vector de Burgers y es perpendicular a la línea de dislocación de cuña.

Dislocación helicoidal

Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante

Aquí el vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación.

Dislocaciones mixtas

Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector deBurgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene una orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en torno a la dislocación mixta es difícil de visualizar, pero el vector de Burgers proporciona una descripción conveniente y sencilla.

Significado de las dislocaciones

Aunque los deslizamientos o desplazamientos atómicos pueden ocurrir en cerámicos y polímeros, estos procesos son particularmente útiles para entender el comportamiento mecánico de los metales. Primero que todo, el deslizamiento atómico explica porque la resistencia de los metales es mucho más baja que el valor teórico predicho de los enlaces metálicos. Cuando los deslizamientos ocurren, solo una pequeña fracción de todos los enlaces metálicos a lo largo de la interfase necesita ser roto y la fuerza requerida para deformar el

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metal es pequeña. Segundo, los deslizamientos proveen ductilidad en los metales. Si no estuvieran presentes las dislocaciones, una barra de hierro sería frágil y los metales no podrían ser moldeados por varios procesos tales como forjado. Tercero, es posible controlar las propiedades mecánicas de un metal o aleación interfiriendo con el movimiento de las dislocaciones. Un obstáculo introducido dentro del cristal evita que una dislocación se deslice a menos de que se aplique una fuerza muy grande.

Es posible encontrar un gran número de dislocaciones en los materiales. La densidad de las dislocaciones o longitud total de las dislocaciones por unidad de volumen, se usa generalmente para representar la cantidad de dislocaciones presentes. Densidades de dislocaciones de 10 m. Mm-3 son típicas de los metales más suaves, mientras que densidades de dislocaciones superiores a 1000 Km. mm-3 se pueden conseguir deformando el material.

Defectos interfaciales o superficiales

Los defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen un material en regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientación.

Superficie externa

Las dimensiones exteriores del material representan superficies en las cuales la red termina abruptamente. Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de vecinos que deberían tener y por lo tanto, esos átomos tienen mayor estado energético que los átomos de las posiciones internas. Los enlaces de esos átomos superficiales que no están satisfechos dan lugar a una energía superficial, expresada en unidades de energía por unidad de área (J/m2 o Erg/cm2). Además la superficie del material puede ser rugosa, puede contener pequeñas muescas y puede ser mucho más reactiva que el resto del material.

Bordes de grano

Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales de diferentes orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos.El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformemente separados, o sea que hay átomos que están muy juntos causando una compresión, mientras que otros están separados causando tensión. De cualquier forma los límites de grano son áreas de alta energía y hace de esta región una más favorable para la nucleación y el crecimiento de precipitados

Maclas

Una macla es un tipo especial de límite de grano en el cual los átomos de un lado del límite están localizados en una posición que es la imagen especular de los átomos del otro lado.

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Cristales de yeso sin maclar Macla de yeso

Los cerámicos con un grano de tamaño fino tienen mayor resistencia que los cerámicos de grano más grueso. Los granos más finos ayudan a reducir los esfuerzos que se desarrollan en sus bordes debido a la alta expansión. Normalmente, se produce un tamaño de grano fino utilizando desde el principio materias primas cerámicas de partículas más finas.Igual que los metales las estructuras de los materiales cerámicos contienen una diversidad de imperfecciones.

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PorosidadEs un tipo especial de defecto superficial en los cerámicos, los poros pueden estar interconectados o cerrados.

Fractura frágilLa fractura frágil es cualquier grieta o imperfección que limita la capacidad de un cerámico a resistir un esfuerzo.La fractura frágil tiene un tratamiento estadístico. Existen métodos para mejorar la tenacidad que resultan en una mayor resistencia a la fractura y en esfuerzos mayores, un método es el de rodear las partículas frágiles con un material motriz más suave y tenaz.

La estructura de los vidrios cerámicos

-Vidrios de silicato: son los más utilizados. La sílice fundida pura, tiene un punto de fusión alto y sus cambios son dimensionales durante el calentamiento y enfriamiento, contienen óxidos que se comportan como formadores de vidrio, los modificadores rompen la estructura reticular y hacen que el vidrio se cristalice.

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- Vidrios de silicato modificados: la relación oxígeno-silicio aumenta los modificadores y rompen la red de sílice, una relación alta de oxígeno-silicio no permite que haya vidrio. La modificación reduce el punto de fusión y la viscosidad de la sílice, lo que hace que se produzca un vidrio a bajas temperaturas.

Deformación de los cerámicos a altas temperaturasA temperaturas más altas el flujo viscoso y el deslizamiento de bordes de grano se convierten en mecanismos importantes de deformación.

Flujo viscoso del vidrioUn vidrio se deforma por flujo viscoso si la temperatura es suficientemente alta. La aplicación de un esfuerzo cortante hace que un líquido fluya a una velocidad que varia con la posición. Cuando el liquido esta cerca de donde se aplica el esfuerzo cortante, el liquido fluye con rapidez; si esta mas lejos de ese punto lo hará con mayor lentitud.

Termo fluencia de los cerámicosComo los cerámicos a menudo se diseñan para uso de altas temperaturas, la resistencia a la termofluencia es una propiedad impotente. Los cerámicos cristalinos tienen buena resistencia ala termo fluencia, por sus altos punto de fusión y su elevada energía de activación para la difusión

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Tipos De Imperfecciones Y Defectos Del ProcesadoLas Imperfecciones que presentan los vidrios, originadas en su proceso de obtención. Son normalmente causados por el hombre y estos son defectos de afino, homogeneidad, vitrificación y recocido. Después de una ardua búsqueda se pudimos determinar que los 2 defectos son por masa o superficiales. Y clasificando dichos defectos se obtiene lo siguiente:

DEFECTOS POR MASA

ESCORIAS

Son los granos de cualquier sustancia contenida en el vidrio y que no se han fundido en el curso de la fabricación. Pueden ser granos de materias primas que por un defecto de fusión no han salido del estado sólido o pueden ser cuerpos extraños.

VETAS

Son causadas por la falta de homogeneidad del vidrio, debida a diferencias de composición o de enfriamiento. Se clasifican según la forma de presentarse (ondas, hilos y estrías).

BURBUJAS

Son espacios gaseosos en el interior del vidrio y tienen forma esférica, ovoidal o lenticular según el procedimiento de fabricación.

DEFECTOS SUPERFICIALES

PICADURAS

Es causado cuando un grano del abrasivo grueso utilizado ha hecho una erosión profunda que no se elimina ni con el pulido.

RAYADO

Defecto producido por deficiencias en el pulido o como causa de roces con cuerpos duros durante el almacenado o en el transporte.

AGUAS

Se encuentra en los vidrios planos no pulidos, a causa de la imperfección en lo plano de las superficies.

MERMAS O CRECES

Defectos o excesos de dimensiones en los vidrios moldeados.

REBABAS

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Imperfecciones causadas por el mal encaje en las juntas de los moldes en el momento de la fabricación.

GRIETAS

Fisuras de diferentes longitudes y profundidades, causadas principalmente por el enfriamiento radical bruto a partir de una temperatura inferior al punto de reblandecimiento o bien por la presión excesiva del émbolo en productos moldeados.

APLICACIONES

El primer uso de la cerámica lo encontramos en la alfarería, en los tabiques y en el moldeo de figuras desde antes de 4000 a.C.Actualmente, los cerámicos se utilizan en las bujías de los motores de automóviles, como un aislante eléctrico y para la resistencia a altas temperaturas. Se han hecho cada vez mas importantes en materiales para herramientas y trónqueles, en motores térmicos y en componentes automotrices, como son recubrimientos para puertos de escape, pistones recubiertos y camisas para cilindros.

Materiales cerámicos po-rosos. Pueden absorber más del 5% de agua en masa, pero no llegan a su-frir vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas.

Los más importantes:

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Arcillas cocidas. La arcilla está constituida por agregados

de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de minerales de

aluminio.

Dependiendo del contenido mineral de la tierra, la arcilla, puede aparecer en varios

colores, desde un pálido gris a un oscuro rojo anaranjado, siendo blanca cuando es pura.

Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso

natural que dura decenas de miles de años.

La temperatura de cocción es de entre 700 a 1.000 °C. Si una vez cocida se recubre con

óxido de estaño (similar a esmalte blanco), se denomina loza estannífera. Entre sus

propiedades destacan el tacto duro y áspero y su fragilidad. Se fabrican: baldosas, ladrillos,

tejas, jarrones, cazuelas, figuras etc.

Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y también sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 °C. La arcilla endurecida mediante la acción del fuego fue la primera cerámica elaborada por los seres humanos, y aún es uno de los materiales más baratos y de uso más amplio. Ladrillos, utensilios de cocina, objetos de arte e incluso instrumentos musicales como la ocarina son elaborados con arcilla. También se la utiliza en muchos procesos industriales, tales como en la elaboración de papel, producción de cemento y procesos químicos.

La arcilla tiene propiedades plásticas, lo que significa que al humedecerla puede ser modelada fácilmente. Al secarse se torna firme y cuando se somete a altas temperaturas acaecen reacciones químicas que, entre otros cambios, causan que la arcilla se convierta en un material permanentemente rígido, denominado cerámica.

Por estas propiedades la arcilla es utilizada para hacer objetos de alfarería, de uso cotidiano o decorativo.

La humanidad descubrió las propiedades de la arcilla en tiempos prehistóricos, y los recipientes más antiguos descubiertos son las vasijas elaboradas con arcilla. También se utilizó, desde la prehistoria, para construir edificaciones de tapial, adobe y posteriormente ladrillo; elemento de construcción cuyo uso aún perdura. La arcilla fue utilizada en la antigüedad también como soporte de escritura. Miles de años antes de Cristo, por cuenta de los sumerios en la región mesopotámica, la escritura cuneiforme fue inscrita en tablillas de arcilla.

Las arcilla cocida al fuego, la cerámica, es uno de los medios más baratos de producir objetos de uso cotidiano, y una de las materias primas utilizada profusamente, aun hoy en día. Ladrillos, vasijas, platos, objetos de arte, e incluso sarcófagos o instrumentos musicales, tales como la ocarina, fueron modelados con arcilla. La arcilla también se utiliza en muchos procesos industriales, tales como la producción de cemento, elaboración de papel, y obtención de sustancias de filtrado.

Los arqueólogos utilizan las características magnéticas de la arcilla cocida encontrada en

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bases de hogueras, hornos, etc., para fechar los elementos arcillosos que han permanecido con la misma orientación, y compararlos con otros periodos históricos.

Loza

Se fabrica con arcilla entre amarillenta y rojiza mezclada con arena. No se cuece a temperaturas

suficientemente altas para alcanzar el punto de vitrificación, lo cual le da una calidad porosa, muy poco idónea para contener líquidos puesto que los

irá rezumando hasta vaciarse. Esta característica de la loza solamente puede ser útil cuando se pretende mantener un líquido a baja temperatura ya que el líquido rezumando se evapora y enfría el agua que queda en el interior. Sin embargo, el tratamiento normal de la loza, después del primer horneado, consiste en cubrir cada pieza con una mezcla de agua y vidrio pulverizado para someterla luego a un segundo horneado, durante el cual, las finas partículas de vidrio se fundirán formando un recubrimiento, una cubierta homogénea de la superficie porosa.

Otro tratamiento muy común es el barnizado, que responde a dos tipos básicos: el de plomo y el de estaño. El primero presta a la pieza un color cremoso y el segundo dará el color blanco, que suele ser el más corriente y el que sirve de fondo a la loza decorada.

Las Lozas poseen un tacto fino y suave y de elevada dureza. Son muy útiles para objetos domésticos.

Los dos tipos de lozas más conocidos son:

Loza italiana. La temperatura de cocción varía entre 1.050 a 1070 °C.

Loza inglesa. La cocción se realiza en dos fases:

1) Cocido entre 1.200 y 1.300 °C.

2) Se extrae del horno y se cubre de esmalte. El resultado es análogo a las

porcelanas, pero no es impermeable.

Refractarios. Se trata de arcillas cocidas porosas en cuyo interior hay unas

proporciones grandes de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se

efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C. El enfriamiento se debe realizar lenta y

progresivamente para no producir agrietamientos ni tensiones internas. Se

obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las

aplicaciones más usuales son:

- Ladrillo refractario: es un tipo de material

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cerámico que posee una serie de características especiales, lo que permite hacer un gran uso de este dentro de instalaciones industriales o en trabajos de estufas domesticas.

Las caras de estos ladrillos son lisas, esta peculiar característica disminuye la adherencia con el mortero, logrando la resistencia a altas temperaturas y la abrasión. Por sus buenas propiedades térmicas este material de construcción es considerablemente caro.

Para poder crear estos ladrillos es necesario que sus componentes estén expuestos a bajas presiones y que sean a su vez, quemados a temperaturas muy altas.

Los ladrillos refractarios actualmente son empleados para revestir calderas, ollas de aceración, parrillas, hornos rotatorios de cementeras, por mencionar algunas, en donde estos deben estar adheridos

uno con uno con tierra refractaria y para lograr mejorar la firmeza del pegado también se puede agregar cemento; dándonos por resultado una mezcla que tendrá una apariencia barrosa; esta mezcla permite que el pegado en la tierra sea suficientemente resistente para los procesos.

El manejo de estos ladrillos no es simple, debido a que por sus mismas propiedades reacciona de manera explosiva con otros materiales que no sean los correctos.

De las peculiaridades de este tipo de material es que son fabricados en calidades variadas, dependiendo de la concentración de alúmina y en base a esta concentración el ladrillo resiste mayores temperaturas o puede ser usado para distintos medios. Las concentraciones van desde el 36% hasta el 99% de Alúmina aunque también se puede emplear sílice.

- Electrocerámicas: En la actualidad se están llevando a cabo investigaciones en

motores de automóviles, aviones, generadores eléctricos, etc., con vistas a sustituir

elementos metálicos por refractarios, con los que se pueden obtener mayores

temperaturas y mejor rendimiento.

En las prestaciones de los materiales y dispositivos electrocerámicos intervienen muchos factores interrelacionados: procesamiento, química, estructura y microestructura o física de dispositivos.Existen muchos cerámicos que presentan propiedades eléctricas, magnéticas u ópticas lo suficientemente importantes para su aprovecha miento para poder realizar con ellas una función determinada como, por ejemplo: emisión, modulación, rectificación, filtrado, detección, transporte, etc.

Dichos cerámicos pueden ser:

Las piezas eléctricas que son elementos activos de los

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transductores (dispositivos que convierten la energía eléctrica en deformaciones mecánicas o viceversa), que se encuentran en agujas de tocadiscos (la aguja de tocadiscos trasmite presión al material piezoeléctrico que se encuentra en el cabezal, éste genera una señal eléctrica que se amplifica antes de ir al altavoz), micrófono, equipos de limpieza por ultrasonidos, equipos médicos de imagen por ecografía, medidores de nivel y distancia por pulso-eco (los sensores de estacionamiento automotivos son ultrasónicos), sensores de vibraciones y acelerómetro, máquinas de soldadura por ultrasonidos, transductores por ultrasonidos para ensayos no destructivos (END), actuadores y motores piezoeléctricos, etc. Las ferroeléctricas, por ejemplo en memorias no volátiles (almacenamiento de información y datos) y en forma de lámina delgada se usan en MEMS (microdispositivos electromecánicos).

Las ferritas cerámicas tienen una alta resistividad volumétrica y una alta permeabilidad.

Las ferritas blandas se utilizan en núcleos de antenas de espira de televisión y radio para lograr una óptima calidad de recepción y selectividad. Para núcleos de memoria de ordenadores, se utilizan por tener un tiempo de encendido pequeño, debido a la facilidad de

magnetizarse y desmagnetizarse. Por otra parte las cerámicas magnéticas son en torno un 35%, menos densa que los metales magnéticos, un factor importante para aplicaciones.Las ferritas duras son usadas en medidores eléctricos para apoyar el peso del rotor y reducir el desgaste en los cojinetes. También se utilizan en motores pequeños, reemplazando a los motores de corriente continua con arrollamiento de cobre (cepillos de dientes eléctricos, limpiaparabrisas, ventiladores, ventanas eléctricas, asientos ajustables, etc.).La principal aplicación de este tipo de materiales es su uso como imanes. Los imanes permanentes cerámicos son usados en tan diversas aplicaciones como altavoces, cierres magnéticos o los aceleradores de la partícula lineales. Por ejemplo, el acelerador de partículas de 30 mil millones electrón-voltio contiene aproximadamente siete toneladas de anillos de ferrita cerámica de aproximadamente 35 cm de diámetro por 2.5 de espesor.

Los semiconductores que tienen aplicaciones como sensores de gases; y los superconductores de alta temperatura crítica, también cerámicos, candidatos para ser usados en la generación de altos campos magnéticos con bajo consumo de potencia, puesto que no existe resistencia al paso de la corriente que genera el campo magnético.

Como curiosidad, una aplicación no muy lejana fue su uso por

parte de la NASA para proteger la parte delantera y lateral del

transbordador espacial Challenger en el aterrizaje.

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Materiales cerámicos impermeables y semimpermeables. Estos tipos de cerámicos pueden someterse a temperaturas bastante altas en las que se vitrifica completamente la arena de cuarzo. De esta manera se obtienen productos impermeables y más duros. Los más destacados son los siguientes:

Gres: Es una pasta compuesta principalmente de minerales arcillosos, minerales

fundentes y arenas silíceas.

Se realiza cociendo a temperaturas muy altas (de 1200 ºC a 1350 ºC). El gres es en esencia, una piedra hecha por el hombre. Se diferencia de la porcelana por ser más opaco y sólo parcialmente vitrificado. Generalmente, es de color café o gris por las impurezas que contiene la arcilla utilizada para su elaboración.

Además, el gres es normalmente esmaltado. Algunos consideran que la porcelana es un tipo de gres, pero, en realidad, la porcelana se distingue por ser más blanca y siempre vítrea.

Entre las propiedades del Gres podemos comentar que tiene aspecto vidriado, elevada

dureza (raya al vidrio) y gran compactibilidad.

Las dos clases principales de gres son:

- El prensado, que puede ser esmaltado o porcelánico

- El excruido, que puede ser esmaltado o natural

El gres, generalmente presenta la desventaja de ser débil en climas fríos ya que se deteriora con las heladas. En el caso del gres esmaltado y el porcelánico, son muy resistentes y son los mejores para resistir esas condiciones. El más popular es el gres porcelánico.

El gres porcelánico es el que más se acerca al concepto de roca natural y con él se pueden lograr combinaciones muy originales y llamativas. Es un material totalmente vitrificado y tiene una muy baja porosidad, que lo hace muy resistente. Es por ello que se utiliza

especialmente en pavimento y revestimiento, logrando incluso sobrevivir en los climas fríos. También es resistente a

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los productos químicos como los de limpieza y es muy resistente a la abrasión. Además, es muy higiénico por su fácil limpieza. El gres porcelánico ha evolucionado y es posible encontrarlo natural o pulido. El natural es muy cotizado debido a su semejanza con las rocas de la naturaleza, como el mármol y la pizarra; también puede imitar a la madera. El pulido logra un efecto muy brillante y puede imitar muy bien al mármol pulido.

Otro gres popular es el gres rústico, que es especialmente utilizado para cubrir los suelos de terrazas y porches. Es muy efectivo para dar un toque rústico y tradicional a los espacios. No es poroso, por lo que también es muy bueno para los bordes de piscinas. Su desventaja es que es débil contra las heladas.

Con el gres se pueden fabricar una cierta variedad de productos como sanitarios, tuberías de saneamiento, vajillas, alfarería entre otros, pero sin duda el mayor campo de aplicación es la producción de pavimentos y revestimientos de baldosas para el suelo. Con este material puedes satisfacer todos los estilos gracias a su diversidad de opciones. Por último añadir que no solo es un material resistente y ornamental, sino también económico.

Porcelana. Se obtiene a partir de una arcilla muy pura, denominada caolín, a la

que se le añade fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Son

elementos muy duros soliendo tener un espesor

pequeño (de 2 a 4 mm), su color natural es blanco o

translucido.

La pureza de los materiales es fundamental, el contenido en

hierro debe ser mínimo, por lo que la industria recurre una

cuidadosa elaboración y selección de los materiales.

Para que el producto se considere porcelana es necesario que

sufra dos cocciones: una a una temperatura de entre 850- 900ºC

(bizcocho) y otra a más alta temperatura entre los 1175 y 1475ª.

A veces la porcelana se suele decorar también

en una tercera cocción con pigmentos que se

obtienen a partir de óxidos metálicos

calcinados.

Según la temperatura se distinguen dos tipos:

- Porcelanas blandas. Cocidas a unos 1000 ºC, se sacan se les aplica esmalte y se

vuelven a introducir en el horno a una temperatura de 1250ºC o más.

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- Porcelanas duras. Se cuecen a 1000º C, a continuación se sacan, se esmaltan, y se

reintroducen en el horno a unos 1400 ºC o más. Si se decoran se realiza esta operación

y luego se vuelven a introducir en el horno a unos 800º.

Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, etc.) y en la

industria (tuberías de reactores, aislantes en transformadores, etc.).

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Componentes del Trabajo Cerámicos

Grupo G4

Moisés Molina Calvo PowerPoint introducción y vidrios cerámicosJesús Ignacio Calle Martínez Exposición introducción y proceso de formaciónTeófilo Aguilera Miranda Cerámico cristalino, power point, word y exposi-

ciónJosé Campillo Navarro Silicatos cristalinos y exposiciónYago Toro Molina Vidrios Cerámicos, word y exposiciónAntonio Alcaraz Pérez Clasificación por estructuraPedro Cervera Pedregosa Clasificación por estructuraManu Jiménez Laredo Clasificación por estructura Celia García Cobo Clasificación por estructura

Grupo G5

Adrián Sánchez Mena Propiedades WordEster Mérida Mena Procesado WordChaymae Louzari Arreglos/Corrección del WordRocío Fernández Martin Vidrio, arcilla, cerámicos avanzadosMiguel Martín Ibaneta Exposición de propiedades mecánicas, magnéticas,

eléctricasRaquel Sola García Exposición de propiedades térmicas, ópticas,

humídicas, otros Gema Sánchez Rogles Vidrio, arcilla, cerámicos avanzados Ana Qiu Power point y Word de preparación de los mate-

riales, técnicas de conformado, tratamientos tér-micos

Grupo G6

Jaime Valverde Vázquez Word Defectos e ImperfeccionesJonatan Velasco Pérez Word Defectos e ImperfeccionesJosé Sánchez Gallego Exposición imperfecciones y defectosSebastián Breva Barba Word aplicacionesClara Túnez Sánchez Word aplicacionesCristina Vasserot Palomo PowerPoint aplicaciones, Word aplicaciones y

montaje trabajo final Power PointJavier Salgado Fernández Exposición aplicacionesLong Su Frenos CerámicosEsteban Julio Zamora Voorn PowerPoint imperfecciones y defectos y montaje

trabajo final PowerPoint y Word

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Bibliografía utilizada

Ciencia e Ingeniería de los Materiales Askeland D. R.

Fundamentos de la ciencia e ingeniería de los materiales William F. Smith

www.wikipedia.org

http://html.rincondelvago.com/materiales-ceramicos_3.html

http://ocw.uv.es/ingenieria-y-arquitectura/

http://www.tecnoficio.com/docs/doc29.php

http://www.textoscientificos.com/quimica/ceramicas-avanzadas/caracteristicas-aplicaciones-zirconia

http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110917163501AA3RXzx

http://www.arqhys.com/

http://es.wikiversity.org/wiki/Aplicaciones_de_las_cer%C3%A1micas_en_la_construcci%C3%B3n

http://upcommons.upc.edu/revistes/bitstream/2099/5653/1/07%20-%20Cer%C3%A1micas%20de%20circona%20para%20aplicaciones%20biom%C3%A9dicas.pdf