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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

Docente: Ing. Alfredo Fernando Reyes

Alumnos:

Nilton CastillO Carrasco

Luis Eder Perez Paico

Wilson Viera Talledo

Jull Gamboa Merino

Oliver Ivan Gonzales More

Ronald Miguel Morán Rivas

Curso: Ciencia de los materiales

Del griego: keramos, “barro de alfarero” o “utencilios hechos deg g ,barro cocido” o “cosa quemada”

Compuestos químicos inorgánicos no metálicos.

Constituidos por elementos metálicos y no metalicos.

Enlazados principalmente por enlaces iónicos.

Presentan estructura cristalina y no cristalina

Tienen un profundo efecto sobre nuetras vidas: las industriaselectrónica, informática, de comunicaciones, aeroespacial, etc.

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Los iones metalicos cationes

El enlace atómico es parcialmente o totalmente iónico

Los iones no metalicos aniones

CARACTERISTICAS:

El valor de la carga electrica de los iones componentes, elcristal debe ser electricamente neutro.

Los tamaños relativos de los cationes y aniones el cocienteLos tamaños relativos de los cationes y aniones, el cocienterC/rA es menor que la unidad.

El numero de coordinacion esta relacionado con el cociente entreanion y cation.

ESTRUCCTURA CRISTALINA DEL TIPO AX

l d i i l i “A” i di l iEl numero de cationes y aniones es el mismo. “A” indica el cationy “X” indica el anion.

ESTRUCTURA DEL CLORURO SODICO

Numero de coordinacion: 6

Ejemnplos: NaCl, MgO, MnS, LiF y FeO

ESTRUCTURA DEL CLORURO SODICO

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ESTRUCTURA DEL CLORURO DE CESIOESTRUCTURA DEL CLORURO DE CESIO

Numero de coordinacion: 8

ESTRUCTURA DEL SULFURO DE CINC (BLENDA)

bi ll d d l f l iTambien llamada estructura de la esfalerita

Numero de coordinacion: 4

Ejemplos: ZnS, ZnTe y SiC ESTRUCTURA DEL CLORURO DE CESIO

ESTRUCTURA DEL SULFURO DE CINC (BLENDA)

ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL TIPO AmXp

Donde m y/o p son diferentes de 1

Ejemplos: CaF2 (estructura cristalina de la fluorita), UO2,PuO2, ThO2

ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL TIPO AmBnXp

Dos tipos de cationes (A y B) y un anion (X)

Ejm: BaTiO3 (Titanato de Bario, estructura cristalina de laperouskita)

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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA FLUORITA ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA PEROUSKITA

Los silicatos son materiales compuestos principalmente porsilicio y oxigeno, los dos elementos mas abundantes de la cortezaterrestre.

La mayor parte de suelos, rocas, arcillas y arebas son clasificadoscomo silicatos

4-Tetraedro de SiO4

SILICE

Di id d ili i íli (SiO )Dioxido de silicio o sílice (SiO2)

Red tridimencional formados por tetraedros de silicio-oxigeno.

Relacion entre atomos de Si y O es 1:2

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VIDRIOS DE SILICE

La silice puede tambien existir como solido no cristalino ovidrio con un alto grado de distribucion al azar (carateristicaprincipal del estado liquido)

Estructura con desorden considerable

S d i íli f did íli íSe denomina sílice fundida o sílice vítrea

Se utilizan como: recipientes, ventanas, etc

VIDRIO DE SILICE

SILICATOS

En los silicatos uno, dos, o tres de los atomos de oxigeno deltetraedro SiO4- son compartidos por otros tetraedros paraformar estructuras mas complejas.

Ejemplos: forsterita (Mg2SiO4), arkemanita (Ca2MgSi2O7),arcilla caonita Al2(Si2O5)(OH)

SILICATO FORSTERITA

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Es un elemento que existe en varias formas poliformicas, asicomo en estado amorfo.

Se clasifica sus formaciones poliformicas a veces comoceramico.

Como lo son el grafito, el diamante y los fullerenos

DIAMANTE

Polimorfo metaestable de carbono a temperatura ambiente y apresion atmosferica

Estructura cristalina similar a la blenda

Extremadamente duro, alta conductividad termica

Son utilizados para desbastar y cortar otros materiales masblandos

Es policristalino, esta formado por granos muy pequeños y/ogranos relativamente grandes.

DIAMANTE

GRAFITO

Polimorfo del carbono.

Su estructura esta formada pior capas de atomos de carbonodispuestos hexagonalmente.

Propiedades: alta reistencia y buena estabilidad quimica atemperaturas elevadas.

Se usa em elementos calefactorios de hornos electricos, comoelctrodo para soldadura por arco, en crisoles metalurgicos, etc.

Y como refractarios en toberas de cohotes, elctrodos parabaterias, etc

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GRAFITO

FULLERENOS

Descubierta n 1985

Existe en forma molecular, y consiste en una red esferica de 60 atomos de carbono, C60.

En estado solido, las unidades C60 forman una estructura i li f d d FCCcristalina y se empaquetan formando una red FCC

FULLERENOS

En los compuestos ceramicos pueden existir defectos atónicosque involucran a los átomos disolventes

DEFECTOS ATOMICOS PUNTUALES

Efecto Frenkel.- Un tipo de defecto está formado por unavacante catódica y un catión intersticial

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Efecto Frenkel

Defecto Schottky.- Este efecto debe visualizarse como el creadopor la eliminación de un catión y un anión desde el interior del

i t l l d b fi i tcristal y colocando a ambos en una superficie externa.

IMPUREZAS EN CERAMICAS

Puesto que hay tanto cationes como aniones, una impurezasustituirá al átomo disolvente que sea más similar encomportamiento eléctrico; si el átomo de impureza formanormalmente un catión en un material cerámico, lo másprobable es que sustituya al catión disolvente. Por ejemplo, en elcloruro sódico, las impurezas iónicas Ca2+ y O2- sustituirán, p yprobablemente a los iones Na+ y Cl-, respectivamente

IMPUREZAS EN CERAMICAS

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El proceso de la fractura fragil consiste en la formacion ypropagacion de fisuras a traves de la seccion de un material enuna direccion perpendicular a la carga aplicada.

El crecimiento de grietas normalmente ocurre a traves de losgranos (o sea transgranular) y a lo largo de determinados planos

i t áficristagráficos.

Cualquier grieta o imperfección limita la capacidad de unproducto cerámico para resistir un esfuerzo a tensión. Esto esdebido a que una grieta concentra y amplifica el esfuerzoaplicado

En los cerámicos las dislocaciones no se mueven a bajastemperaturas y no se observa deformación plástica significativa.A temperaturas más altas, el flujo viscoso y el deslizamiento debordes de grano se convierten en mecanismos importantes dedeformación. El flujo viscoso ocurre en los vidrios y en loscerámicos que contienen una mezcla de fases vítrea y cristalina:el deslizamiento de bordes de grano ocurre en cerámicos queprincipalmente son cristalinos

Los cerámicos cristalinos tienen buena resistencia a latermofluencia, por sus altos puntos de fusión

Frecuentemente ocurre como resultado del deslizamiento de losbordes de grano. Conforme los granos se deslizan uno sobreotro, se pueden iniciar las grietas y finalmente causar la falla.

Varios factores facilitan el deslizamiento de los bordes de granoy reducen la resistencia a la termofluencia

(2da parte)

FACTORES:

Tamaño de grano: los más pequeños aumentan la termofluencia.

Porosidad: los poros también facilitan el deslizamiento de losbordes de grano, entonces la tasa de termofluencia se incrementa.

Impurezas: Diversas impurezas pueden provocar la formación defases en los bordes de grano.

Temperatura: Las altas temperaturas reducen la resistencia de losbordes de grano, incrementan la velocidad de difusión y promuevenla formación de fases vítreas.

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Los vidrios forman un grupo familiar de cerámicas, lasaplicaciones tipicas son recipientes, ventanas, lentes, fibra de

id ividrio

Son silicatos no cristalinos que contienes otros oxidos,principalmente CaO, Na2O, K2O Y Al2O3, los cuales influencianen las propiedades del vidrio.

Las dos principales propiedades son la transparencia óptica y lafacilidad con que pue den fabricarsefacilidad con que pue den fabricarse.

Los materiales vitreos son sensibles a la temperatura, nosolidifican de la misma manera que los materiales cristalinos.

Al enfriar, el vidrio se hace cada vez mas viscoso de formacontinua a medida que la temperatura disminuye.

La combinación de transparencia y dureza a temperaturaLa combinación de transparencia y dureza a temperaturaambiente con suficiente fuerza y una excelente resistencia a lacorrosión en la mayoría de los ambientes

Es aislante y tiene la capacidad para suministrar un cierrehermético.

El vidrio se produce calentando las materias primas atemperaturas elevadas por encima de la temperatura de fusion

La mayoria de los vidrios comerciales son de la variedadsílice-sosa-cal. (SiO2)+(Na2O)+(CaO)

E i é d di i f b i d dExisten cuatro métodos distintos para fabricar productos devidrio: prensado, soplado, estirado y formacion de fibras.

El prensado se utiliza para la fabricacion de piezas conparedes relativamente gruesas tales como placas y platos

Prensado de platos

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El soplado de vidriose realiza a manose realiza a mano,especialmente en elcaso de objetos dearte.

Pero el procesoactualmente ha sido

lcompletamenteautomatizado para laproduccion de jarrosde vidrio, botellas ybombillas de luz

El estirado se utiliza para conformar piezas largas, tales como láminas barras tubos y fibras todos los cuales tienen unaláminas, barras, tubos y fibras, todos los cuales tienen una seccion constante

Las fibras de vidriocontinuas se formancontinuas se formanmediante unaoperación de estiradomas sofisticada. Lasfibras se formanhaciendo pasar elvidrio fundido avidrio fundido atraves de pequeñosorificios en la base dela cámara

La mayoria de los vidrios inorgánicos pueden transformarse desdeun estado no cristalino a un estado cristalino por el propiotratamiento a temperatura elevada. Este proceso denominadodesvitrificación

En algunos vidrios esta formación de desvitrificacion puede sercontrolada hasta el punto de que puede producirse un material dep q p pgrano muy pequeño, libre de tensiones residuales, denominado amenudo vitroceramica

Sus aplicaciones son en articulos de cocina para utilizar enhornos, aisladores y como sustratos de circuitos integrados.

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vitroceramicasvitroceramicas

Es uno de los materiales mas ampliamente utilizado, es barato y se encuentra en forma natural.encuentra en forma natural.

A menudo es utilizado como es extraido sin ningun aumento

Se clasifican:

Productos estructurales de arcilla, ladrillos, baldosas, etc

Porelanas, productos de alfareria, vajillas, porcelana fina, articulos sanitarios, etc.

Hidroplasticidad: sucede cuando a los minerales de arcilla se les añade agua y se hacen muy platicos.

Son aluminosilicatos, formados por alúmina (Al2O3) y silice (SiO2), que contienen agua enlazada quimicamente.

Tienen impurezas, normalmente oxidos (de bario, calcio, sodio, potasio y hierro) y tambien algo de materia órganica.

Tienen una estructura en capas

Ademas de arcilla, muchos de estos productos tambien contieneningredientes no plasticos.

Los minerales no arcillosos son silex, o cuarzo finamente divididoy un fundente de feldespato.

Las propiedades del proceso final estan determinado por lasp p p pcaracterísticas de los tres constituyentes (arcilla, cuarzo y fundente)

Una porcelana tipica puede contener aproximadamente 50% dearcilla, 25% de cuarzo y 25% de feldespato.

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Ejemplo de porcelana

Existen dos tecnicas: comformacion hidroplastica y moldeo en barbotina

CONFORMACION HIDROPLASTICA

La tecnica mas común de confomación hidroplastica es laextrusion, en la cual una masa espesa de cerámica es forzadaa traves del orificio de una matriz que tiene la geometria dela seccion deseada. Ejm: ladrillos, tuberias, bloquesceramicos y azulejos.

CONFORMACION HIDROPLASTICA

MOLDEO EN BARBOTINA

1 Se vierte dentro del molde la arcilla líquida (agua y arcilla) El1. Se vierte dentro del molde la arcilla líquida (agua y arcilla). Elyeso absorve el agua, uniéndose a la arcilla y esta se solidificasobre la pared interna del molde, aumentando su espesor.

2. Cuando el espesor será el adecuado, se saca del molde laarcilla excedente, formando de este modo el vacío interno delobjeto.

3. Después de un cierto tiempo el pedazo toma consistencia, listopara ser extraído.Se pasa luego el terminado que estacompuesto de varios pasos.

4. El último paso es pasar la esponja con agua para poder alisar lasuperficie, luego el objeto se hace secar, y se coce.

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MOLDEO EN BARBOTINA

SECADO

A medida que un cuerpo cerámico de arcilla se seca (en susuperficie), tambien experimenta contracción (en su parteinterna molecular).

L l id d d i fi i l d bLa velocidad de evaporacion superficial debe ser, comomaximo, igual a la velocidad de difusion del agua.

De lo contrario se encoje y se deforma

COCIDO

d l d id lDespues del secado, un cuerpo es cocido usualmente atemperatura entre 900 y 1400 °C, la temperatura de coccióndepende de la composición y de las propiedades deseadas de lapieza final

Durante este proceso la densidad aumenta aún mas y se mejorala resistencia mecánica.

Las propiedades sobresalientes de los materiales incuyen lacapacidad de soportar altas temperaturas sin fundir odescomponerse y la capacidad de permanecer inertes sinreaccionar cuando son expuestos a medios agresivos.

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Los ingredientes primarios de estas ceramicas son mezclas dearcillas refractarias de alta pureza, alúmina y silice, con un 25%a un 45% de alúmina.

La temepartura mas alta que puede alcanzar es 1587°C aprox.

Los ladrillos refractarios de arcilla se utilizan principalmente enla construccion de hornos, para confinar atmosferas muycalientes y para aislar termiamente miembros estructurales detemperaturas excesivas.

Hornos refractarios

El principal ingrediente es la silice.

Estos materiales, bien conocidos por su capacidad estructural a temperaturas elevadas

Se utilizan ordinariamente en los techos arqueados de los hornos de produccion de acero y vidrio; para estas aplicaiones sede produccion de acero y vidrio; para estas aplicaiones se alcanzan temnperaturas tan altas como 1650°C

Horno refractario

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Son utilizados para desgastar, desbastar o cortar otrosmateriales, los cuales son necesariamente mas blandos. Son muyduros y resistemntes al desgaste, y tienen cierto grado detenacidad.

Las ceramicas abrasivas mas comunes son el carburo de silicio,Las ceramicas abrasivas mas comunes son el carburo de silicio,el carburo de tungsteno (WC), el oxido de aluminio y las arenasde sílice

Son utilizadas adheridas a muelas de desbaste y también comogranos sueltos o como polvo (ejemplo: papel lija)

Ceramicos abrasivos

Se clasifican como cementos inorganicos varios materialescerámicos familiares: yeso y caliza.

La caracteristica de estos materiales es que cuando sonmezclados con agua forman una pasta que despues fragua y seendurece. Este fenómeno es especialmente útil porque permiteproducir con extrema facilidad estructuras sólidas y rigidas quetengan casi todas las formas que se deseen.

Se produce moliendo y mezclando intimamente minerales concontenidos de arcilla y caliza

Esquema de formacion del cemento

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Son materiales modernos, desarrollados, que han encontradolugar prominente en nuestra tecnologia acanzada

Las ceramicas avanzadas, son o pueden ser utilizadas enmotores de combustion interna y en turbinas, como placas parabli d j t i t l t i h i tblindajes, en empaquetamiento electronico, como herramientade corte, asi como en la conversion, almacenamiento ygeneración de energia.

APLICACIÓN EN MOTORES DE COMBUSTIÓN

i i l j d i l b lLas principales ventajas de estos nuevos materiales sobre losmetales y aleaciones metalicas convencionales son:

capacidad de resistir temperaturas mas altas de operación delmotor, aumentando asi el rendimiento del combustible utilizado,

excelentes resistencias al desgaste y a la corrosion,

menores pérdidas por fricción,

capacidad de operar sin sistema de refrigeracion,

menores densidades (menos peso), etc

Aplicación en motores de combustión (cerámicos)

APLICACIÓN EN BLINDAJES CERÁMICOS

Algunas de las nuevas ceramicas avanzadas son utilizadas en sistemas de blindaje para proteger al personal militar y a los vehículos de los proyectiles balisticos

La mayoria de los blindajes de cerámicas estan formados por una o mas placas cerámicas juntas que se combian con una placa dúctil y mas blanda de soportedúctil y mas blanda de soporte

Materiles ceramicos de blindaje son: alúmina (Al2O3), carburo de silicio (SiC) y diboruro de titanio (TiB2)

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Ceramicas Avanzadas