MATERIALES

CERAMICOS

Antecedentes Generales

La Cerámica palabra derivada del griego “Sustancia Quemada”.

La invención de la cerámica se produjo en el Neolítico (Cerámica cardial).

El arte tradicional de la cerámica se describe en alfarería.

El Invento del Torno de alfarero mejoro la elaboración y acabado de las piezas.

Los ceramistas griegos trabajaron la cerámica influenciados por las civilizaciones del Antiguo Egipto, Canaán y Mesopotamia

Antecedentes Generales

Aparecen claramente delineadas tres grandes zonas de cultura desarrollada: China y las estepas hasta Siberia África y litoral Mediterráneo Europa.

En América: Eran cazadores y recolectores provistos de artefactos toscos de cuyo empleo eficaz dependía en gran parte su sobrevivencia. Mayas Incas

Antecedentes Generales

La Cerámica Prehispánica Tarapacá (Pampa Tamarugal)

Tecnología y Tratamientos

Materiales Cerámicos: Un amplio grupo de materiales no metálicos,

compuestos por metales y no metales, unidos por enlaces iónicos y/o covalentes.

Pueden clasificarse en dos grupos: Materiales cerámicos tradicionales:

constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice y feldespato

Ejemplos: Ladrillos y Tejas utilizados en la industria de la construcción y las Porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica.

Tecnología y Tratamientos

Materiales Ceramicos: Materiales cerámicos de uso específico

Las cerámicas ingenieriles, por el contrario, están constituidas por compuestos puro o casi puros, tales como el óxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC), y nitruro de silicio (Si3N4).

Ejemplos: El carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina de un motor y el óxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un módulo de conducción térmica.

Tecnología y Tratamientos

Los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente altas y, así mismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los medios mas agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces.

Tecnología y Tratamientos

En cuanto a las propiedades térmicas de los cerámicos la mayoría tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces covalentes y son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calentamiento, son usados como refractarios (Temperatura de fusión entre 1600 y 4000°C.)

Preparación de Materiales (polvos ceramicos) Compactacion Tratamiento termico (horno)

Tecnología y Tratamientos

Sinterizacion

“Proceso por el cual un conjunto de partículas, compactadas o no, se aglomeran o unen químicamente formando un cuerpo coherente bajo la influencia de una temperatura elevada”

Más sencillo: unión de partículas a elevada temperatura

Tecnología y TratamientosSinterizacion

Tecnología y TratamientosMateriales Ceramicos

Arcilla Silice Feldespato

Tecnología y TratamientosSílice y Silicatos

El silicio tiene una valencia igual a la del carbono, y, como éste, forma compuestos de forma tetraédrica

Tecnología y TratamientosSílice y Silicatos

Estos tetraedros se combinan de diferentes maneras según compartan 2, 3 o 4 vértices

Tecnología y TratamientosSílice y Silicatos

En el caso de que compartan 2 vértices, tenemos una cadena o anillo, y el material es fibroso

Tecnología y TratamientosSílice y Silicatos

Si se comparten 3 vértices, se forma una estructura laminar:

Muscovita

Tecnología y TratamientosSílice y Silicatos

Cuando se comparten los 4 vértices, tenemos una estructura tridimensional

Feldespato

Tecnología y TratamientosComparación entre metales y cerámicosMetales CerámicasEstructura cristalina Estructura cristalinaMuchos electrones libres Electrones "fijos"Enlace metálico Enlace iónico y/o covalenteBuena conductividad eléctrica Malos conductoresOpacos Transparentes Atomos uniformes Atomos de diferente tamañoGran resistencia a tensión Pobre resistencia a tensiónDúctiles FrágilesFlujo plástico Sin plasticidadBuena resistencia a impacto Pobre resistencia a impactoPeso relativamente elevado Más livianosDureza moderada Dureza extremaNo porosos Altamente porososAlta densidad Baja densidad

Refractarios Vidrios Productos estructurales Decorativos Abrasivos Cementos

Materiales cerámicos tradicionales

Hechos de arcillas naturales y mezclas con cerámicos cristalinos:

Vajilla Piso y pared Sanitarios Porcelana

eléctrica Cerámicas

decorativas

Aplicaciones

AplicacionesRefractarios

Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto contenido de sílice o aluminio.Son utilizados en la fabricación de hierro y acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos, conversión de energía, petróleo, e industrias químicas.

Usados para proveer protección térmica a otros materiales a temperaturas muy altas, como en la producción de acero (Tm=1500°C), fundiciones de metal, etc.

Compuestos princimpalmente de alúmina (Al2O3) (Tm=2050°C) y sílice junto a otros óxidos: MgO (Tm=2850°C), Fe2O3, TiO2, etc., y tienen una porosidad mayor al 10% en volumen.

También se utilizan BeO, ZrO2, SiC, y grafito con baja porosidad

AplicacionesRefractarios

Ladrillos Refractarios

AplicacionesRefractarios

Principal componente: Silice (SiO2) Si se enfría despacio se obtiene un compuesto

cristalino. Si se enfría más rápido se obtiene una estructura

amorfa que consiste de cadenas desordenadas de átomos de Silice y Oxígeno.

A esto se debe su transparencia, ya que los bordes cristalinos desvían la luz, causando reflexión.

El vidrio puede ser templado para aumentar su tenacidad y resistencia.

AplicacionesCerámicos Amorfos (vidrios)

AplicacionesCerámicos Amorfos (vidrios)

Hay tres tipos comunes: Vidrio de soda y cal - 95% de ellos, vidrios,

contenedores, etc Vidrios con plomo - contiene óxido de plomo para

mejorar el índice de refracción. Borosilicatado - contiene óxido de boro, conocido

como Pyrex.

AplicacionesCerámicos Amorfos (vidrios)

Templado:Se calienta por encima de Tg pero debajo del punto de fusiónSe enfría en agua o aceiteLa superficie se enfría a Tg antes que el interiorCuando el interior se enfría y contrae comprime la superficie.Endurecimiento químico:Cationes con gran radio iónico se difunden en la superficieEsto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas compresivas y tensiones.

AplicacionesCerámicos Amorfos (vidrios)

Procesado por presión Moldeo por Soplado

AplicacionesCerámicos Amorfos (vidrios)

AplicacionesCerámicos en los Baños

AplicacionesAbrasivos

Naturales (granate, diamante, etc.) Abrasivos Sintéticos (carburo de sílice, diamante,

alúmina, etc.) se utilizan para perforar, cortar, pulir.

AplicacionesCementos

Usados para producir caminos, puentes, edificios, represas.

AplicacionesMateriales cerámicos avanzados Estructura:

biocerámicas, herramientas de corte, componentes de motores, blindajes.

Eléctricos : capacitores, aislantes, circuitos integrados ,

piezoeléctricos, magnetos y superconductores Recubrimientos:

componentes de motores, herramientas de corte Químicas y ambientales:

Filtros, membranas, catálisis.

AplicacionesComponentes de Motores

Rotor (Alúmina)

Engranajes (Alúmina)

AplicacionesDiscos de Freno Ceramicos

AplicacionesCeramicos – Blindaje Compuesto

Projectile

Outer hard skin

Ceramic-Discontinuous

Innerductileskin

PersonnelandEquipment

Ceramic Armor System

AplicacionesCeramicos – Blindaje Corporal

AplicacionesCeramicos – Blindaje Transbordador

AplicacionesCeramicos – Electronica

capacitores Circuito integrado

superconductores

Gracias

Carlos Jimenez R.