MATERIALES CERAMICOS

Monserrat Reyes Vargas

INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES CERÁMICOS

• Los materiales cerámicos son compuestos químicos constituidos por metales y no metales (óxidos, nitruros, carburos, etc.) que incluyen minerales de arcilla, cementos y vidrios.

• Las cerámicas se pueden presentar en forma vítrea, monocristalina, policristalina o combinaciones de algunas de ellas.

Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005, http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema6_CM.pdf

• Los materiales cerámicos policristalinos tienen un comportamiento frágil, debido en parte a su porosidad.

• En vista de que la mayoría de los materiales cerámicos policristalinos no son deformables plásticamente la porosidad limita la capacidad del material para soportar una carga de tensión.

Ciencia e ingeniería de los materiales , Donald R. Askeland-Pradeep P. Fulay-CWendelin J. Wright

Características • Resistentes al calor

• Resistencia al ataque químico que son debidas sustancialmente a la fortaleza del enlace entre sus átomos que les confiere un alto punto de fusión, dureza y rigidez..

• Palabra griega “keramikos”, = Cosa quemada

• Las propiedades deseables de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción.

Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005, http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema6_CM.pdf

Ejemplos de materiales cerámicos:

Nitruro de silicio (Si3N4), utilizado como polvo abrasivo.

Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.

Diboruro de magnesio (MgB2), es un superconductor no convencional.

Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor. Protección térmica del transbordador espacial

Ferrita (Fe3O4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.

Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.

Ladrillos, utilizados en construcción

Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares

Óxido de itrio, bario y cobre (YBa2Cu3O7-x), superconductor de alta temperatura.

http://www.slideshare.net/IdoiaUrrutibeascoa/materiales-cermicos-36879527?related=2

ESTRUCTURA CRISTALINA

• La mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinas más complicadas y variadas. Entre estas estructuras podríamos destacar las más importantes como son:

Blenda de ZincFluorita

ESTRUCTURA CRISTALINA

• Estructura perovskita (CaTiO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario y oxigeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones oxido en el centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxigeno.

Perovskita

ESTRUCTURA CRISTALINA

• Estructura del corindón (Al2O3). Es similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de metal y 18 de oxigeno.

• Estructura de espinela (MgAl2O4). Donde los iones oxigeno forman un retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en particular.

• Estructura de grafito. Tiene una estructura hexagonal compacta.

Corindón

Grafito

PROPIEDADES MECANICAS

• Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente, este echo supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

• Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano.

Ciencia e ingeniería de los materiales , Donald R. Askeland-Pradeep P. Fulay-CWendelin J. Wright

Ciencia e ingeniería de los materiales , Donald R. Askeland-Pradeep P. Fulay-CWendelin J. Wright

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 ferrimagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto 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.

• Los cerámicos tienen propiedades semiconductoras que son importantes para el funcionamiento de algunos dispositivos eléctricos. Uno de estos dispositivos es el termistor o resistencia sensible térmicamente

PROPIEDADES TÉRMICAS • La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas

conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes.

• Son buenos aislantes térmicos.

• Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.

PROPIEDADES FÍSICAS

• Pesan menos que los metales, pero más que los polímeros.• Baja conductividad eléctrica.• Baja conductividad térmica.• Baja expansión y fallas térmicas.

CLASIFICACIÓN

•Materiales cerámicos tradicionales:1.Arcilla2.Sílice3.Feldespato

•Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería:1.Oxido de aluminio2.Carburo de silicio3.Nitruro de silicio

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APLICACIONES

Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y resistencia al calor. Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad térmica. Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos, baldosas,

etc.), por su dureza y baja conductividad térmica y eléctrica. Aislantes en aparatos electrónicos. Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado. Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su gran

dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio. Vidrio.

Ejemplos Materiales cerámicos avanzados

Blindaje de helicópteros en B4C, resistente al ataque balísticoTrajes de combate: se

fabrican principalmente de B4C y SiC ya que reducen más de un 50% del peso que tendrían al fabricarlos con aceros

Herramientas de corte fabricadas en Si3N4

Componentes resistentes a la erosión y corrosión para asientos de válvulas, tuberías y boquillas en general. Fabricadas en SiC, Si3N4, TiB2, B4C y AlN

APLICACIONES

• A los vidrios-cerámicos se les da forma mediante la cristalización controlada de los vidrios inorgánicos. Estos materiales se usan ampliamente en utensilios de cocina y muchas otras aplicaciones.

Ciencia e ingeniería de los materiales , Donald R. Askeland-Pradeep P. Fulay-CWendelin J. Wright

https://sites.google.com/site/materialesceramicoseq6/Home/conclusiones

CONCLUSIONES

• Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos, no metálicos formados por elementos metálicos y no metálicos unidos primariamente mediante enlaces iónicos y/o covalentes.

• En general, la mayoría de los materiales cerámicos son típicamente duros y quebradizos con poca resistencia a los impactos y a la ductilidad.

• Los cerámicos cuentan con importantes propiedades eléctricas y térmicas con importantes aplicaciones en la industria.

• Los vidrios son productos inorgánicos cerámicos de fusión que se han enfriado hasta un sólido rígido sin cristalización.

• Tienen propiedades especiales como transparencia dureza a la temperatura ambiente y excelente resistencia a la mayoría de los ambientes.

PREGUNTAS

1.¿Qué son los materiales cerámicos?

Compuestos químicos constituidos por metales y no metales

2.¿Menciona dos propiedades físicas?

• Baja conductividad térmica.

• -Baja expansión y fallas térmicas.

3.¿Menciona una propiedad térmica?

• Son buenos aislantes térmicos.

4¿Cuál es la clasificación de los materiales cerámicos?

Tradicionales y de uso especifico

5.¿Menciona 3 usos de los materiales cerámicos?

• Utensilios de cocina

• Pulidor de otros utensilios

• Aislantes en aparatos electrónicos

Gracias por su atención !