Presentacion de ceramicos y compuestos
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Universidad Tecnológica de Tijuana
ENSAYOS DESTRUCTIVOSTEMA: MATERIALES CERAMICOS Y COMPUESTOS
TSU: RAMÍREZ GONZÁLEZ JUAN CARLOS TSU: ESTRADA TENORIO LUIS DAVID TSU:CHACON ALEGRIA DAVID TSU:RODRIGUEZ MENDEZ JOSE HILARIO TSU:RODRIGUEZ ZUÑIGA MARIO ABEL
GRUPO: EMI 8B
PROFESOR: ING. VICTOR ESCOBAR FLORES
FECHA: 16/ ENERO/2014
MATERIALES CERAMICOSCARACTERISTICAS GENERALES
Son productos inorgánicos, esencialmente no
metálicos, poli-cristalinos y frágiles.
Son duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad.
Son buenos Aislantes eléctricos y térmicos.
Tienen altas temperaturas de fusión, alta resistencia al
ataque químico, bajo costo y presentan la facilidad de
controlar su aspecto.
MATERIALES CERAMICOSAPLICACIONES GENERALES
Son materiales ampliamente usados en la industria:
(ladrillo, alfarería, losetas y porcelana), incluye el
concreto, pues sus componentes son cerámicas.
También materiales como Carburo de Tungsteno y Nitruro
de Boro. Su importancia se basa en la abundancia en la
naturaleza y sus propiedades físicas y mecánicas, diferentes
a las de los metales.
MATERIALES CERAMICOSAPLICACIONES GENERALES
MATERIALES CERAMICOSAPLICACIONES COMERCIALES
Son de alta dureza (útiles para ingeniería), como Aislamiento
Térmico y Eléctrico, con buena estabilidad química a altas
temperaturas de fusión. Prácticamente no son dúctiles,
son frágiles.
PRODUCTOS COMERCIALES
Productos de barro: Para la construcción (ladrillos,
losetas, etc ).
Productos refractarios: Paredes de hornos, crisoles y moldes.Productos de loza: Porcelana, vajillas cerámicas.
Productos de vidrio: Ventanas, envases, etc.
Fibra de vidrio: Para lana de aislamiento.
Abrasivas: Oxido de aluminio y carburo de silicio.
Materiales para herramientas de corte: Carburo de
Tungsteno.
MATERIALES CERAMICOSAPLICACIONES COMERCIALES
MATERIALES CERAMICOSPROPIEDADES
-Mayor dureza- Densidad más baja (componentes ligeros)- Estabilidad térmica- Rigidez- Resistencia al desgate- Menor conductividad térmica (aislantes)- Baja conductividad eléctrica (aislantes)- Mayor resistencia al ataque químico (inalterabilidad química)- Resistencia a la oxidación y corrosión- Mayor resistencia a temperaturas elevadas.- Elevada temperatura de fusión (refractarios)
MATERIALES CERAMICOSINCONVENIENTES
1.- su reproducibilidad: la reproducibilidad se puede mejorar
mediante un procesado adecuado, con objeto de lograr micro-
estructuras controladas con tamaños de defectos lo más
pequeños posibles.
2.- su fragilidad, condición inherente a su naturaleza.
MATERIALES CERAMICOCLASIFICACION GENERAL
1. CERAMICOS POROSOS
2. CERAMICOS NO POROSOS
MATERIALES CERAMICOS POROSOS:Tienen buena resistencia mecánica y gran resistencia al calor
y a los cambios de temperatura, propiedad esta última que se encuentra favorecida por la estructura porosa y granular de estos materiales.
Se emplean en calefacción eléctrica y en otras aplicaciones
electro-térmicas donde sirven a la vez de soporte y de
aislamiento de los conductores incandescentes.
MATERIALES CERAMICO POROSOCLASIFICACIÓN
No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir con
el cuarzo como la arena. Su fractura (al romperse) es
terrosa siendo totalmente permeables a los gases,
líquidos y grasas lo mas importantes son:
• Arcilla
• Loza italiana
• Loza inglesa
• Refractarios
2. MATERIALES CERÁMICOS NO POROSOS:
Estos materiales se someten a temperaturas bastante altas en
las que se vitrifica completamente la arena de cuarzo. Se
obtienen productor impermeables y más duros.
•Gres cerámico: Se emplea en pavimentos.
•Gres cerámico fino.
•Porcelanas: blandas y duras.
MATERIALES CERAMICO NO POROSO
MATERIALES CERAMICOSCLASIFICACION
MATERIALES CERAMICOSVIDRIOS
Es un sólido transparente amorfo (estructura atómica no
cristalina) que es duro y frágil, con excelente resistencia al
intemperismo y a la mayoría de los reactivos químicos.
El vidrio esta compuesto de sílice, cal y carbonato
de sodio y esta organizado en tres tipos básicos: vidrio suave,
vidrio duro y vidrio muy duro. También hay tres grados de
vidrio sensible a la luz y vidrios arquitectónicos especiales.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO SUAVE
Se ablanda o funde a temperaturas relativamente bajas.
El vidrio cal-sosa. Se usa para hacer productos de alto
volumen como botellas, vasos, ventanas y bulbos para focos.
NO es muy resistente a temperaturas altas. Cambios bruscos
de temperatura o productos químicos. se utiliza para prismas
y lentes ópticos. Se usa como escudo contra la radiación
atómica.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO DURO
Se ablanda o funde a temperaturas relativamente altas.
El vidrio de boro-silicato (1912), resiste choques térmicos y las
altas temperaturas, tiene una excelente resistencia a los
ácidos y al ataque químico, presentando bajo coeficiente de
expansión térmica. Se utiliza para cafeteras domesticas y
comerciales, recipientes de vidrio para hornos y para
laboratorio, lentes para lámparas y otros usos de altas
temperaturas.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO DURO
Se utiliza en aplicaciones de alto desempeño como
termómetros para alta temperatura, ventanas de vehículos
espaciales y como resistores en circuitos electrónicos.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO MUY DURO
Se ablanda o funde a temperaturas extremadamente altas. Es
un vidrio de 96% de sílice, sus propiedades son cercanas a las
de la sílice fundida, y algunas veces se usa como sustituto en
componentes ópticos y en ventanas de vehículos espaciales.
Puede soportar el calor de la entrada a la atmosfera terrestre,
razón por la cual se utiliza como recubrimiento resistente al
calor del transbordador aeroespacial.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO TEMPLADO
El vidrio templado es un tipo de vidrio utilizado principalmente
en la industria del motor y la construcción. Hay dos maneras
de templar el vidrio: templado químico y templado térmico.
La resistencia a la flexión del vidrio recocido al templarlo
aumenta de 4 a 5 veces la resistencia de un vidrio normal. La
resistencia al choque térmico (diferencia de temperatura entre
una cara y otra de un paño que produce la rotura de éste)
pasa de 60 °C a 240 °C., por lo que es recomendado en
puertas de hornos de cocina y lámparas a la intemperie.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO TEMPLADO
El vidrio templado en su superficie es resistente a esfuerzos de compresión y en su interior a esfuerzos de tensión confiriéndole mayor resistencia estructural y al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeños trozos inofensivos .
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO TEMPLADO APLICACIONES
• Fachadas •Puertas
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO CERAMICO
Sustancia dura, normalmente brillante y transparente,
compuesta principalmente de silicatos y álcalis fusionados a
alta temperatura. Se lo considera un sólido amorfo.
Los cuales son:
•Vidrios planos.
•Vidrio Óptico
•Fibra óptica
•Vitro-cerámicas
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO CERAMICO PLANOCARACTERISTICAS GRALS.
Densidad 2.5 kg/m3
Punto de ablandamiento 730ºC
Conductividad térmica 1.05 W/mK
Módulo de Young E = 720.000 kg/cm2
Coeficiente de Poisson 0.22 – 0.23
Resistencia mecánica(siempre rompe por tensiones de tracción en su superficie)
Resistencia a la Tracción:varía entre 300 y 700 kg/cm2
Resistencia compresión 10.000 kg/cm2
Índice de refracción1.52 (es función de las longitudes de onda)
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO CERAMICO PLANO
Los vidrios planos son del tipo sodo-cálcicos. Se dividen según
Su tipo:
• Sodo-calcio: como característica son los mas comunes y
menos costosos de los vidrios planos. Su uso mas común es
En la fabricación de envases y ventanas. Sus propiedades son
La elevada capacidad de transmisión de luz, superficie suave y
no porosa , no contamina y tiene una alta expansión térmica.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO CERAMICO PLANO
• Plomado: se utiliza oxido de plomo para su fabricación en
lugar de oxido de calcio.
Sus aplicaciones son muy variadas en decoración, vasos,
aplicaciones térmicas, Tubo de los termómetros y pantallas
de radiación.
Sus propiedades son que el oxido de plomo baja la
temperatura de fusión y la Dureza eleva el índice de
radiación y es un buen aislante térmico.
•Boro-silicato: su característica es que debe contener al
menos el 5% de oxido Bórico.
Se utiliza en la industria química, farmacéutica, como fibra
de vidrio, en planchas eléctricas y en fuentes para hornos.
Su propiedad principal es que de todos los vidrios planos es
el que tiene mas resistencia a los cambios térmicos y ala
corrosión química.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO CERAMICO PLANO
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO OPTICO
Los vidrios ópticos son materiales amorfos inorgánicos.
presentan una buena estabilidad mecánica, química y térmica.
Al ser amorfos presentan isotropía, lo que resulta de vital
importancia para fenómenos como la refracción.
Debido a su pureza y transparencia, tiene un mayor poder de
refracción y dispersión, por lo que también es utilizado como
vidrio óptico en anteojos, telescopios, microscopios, cámaras
fotográficas y otros instrumentos.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO OPTICO: APLICACIONES
La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos),
microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos
ópticos se fabrican con vidrio óptico. Éste se diferencia de los
demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz.
Mercados de productos de consumo:
Binoculares y telescopios terrestres, cámaras digitales
y de video, objetivos intercambiables para cámaras,
proyectores digitales.
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO OPTICO: APLICACIONES
Mercados de óptica industrial de alta tecnología:
•Microscopia
•Tecnología médica
•Fusión con láser
•Técnica de medición
•Técnica reprográfica
•Tratamiento profesional de la imagen
MATERIALES CERAMICOSFIBRA OPTICA
La fibra óptica es un medio de transmisión empleado
habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de
material transparente, vidrio materiales plásticos, por el que
se envían pulsos de luz que representan los datos a
transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se
propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión
por encima del ángulo límite de reflexión total. La fuente de
luz puede ser láser o un LED.
MATERIALES CERAMICOSFIBRA OPTICA: CARACTERISTICAS MECANICAS
•Resistencia a la Tensión: cuando se estira o contrae el cable se
pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la
fibra óptica y se rompa o formen micro-curvaturas.
•Resistencia a la Compresión: esfuerza transversal.
Resistencia a la Flexión: esfuerza tres/cuatro puntos.
•Resistencia al Impacto: se debe principalmente a las
protecciones del cable óptico.
•Resistencia al Enrollamiento: existe siempre un límite para el
ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que
se sobrepase.
MATERIALES CERAMICOSFIBRA OPTICA: CARACTERISTICAS MECANICAS
•Resistencia a la Torsión: esfuerzo lateral y de tracción.•Resistencia al agua.•Resistencia a los hongos.•Resistencia a los emisiones ultravioleta.
MATERIALES CERAMICOSFIBRA OPTICA: APLICACIONES
Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales,
pasando por sensores y llegando a usos decorativos.
•Internet
•Iluminación
•Sensores de fibra óptica
•Redes
•Telefonía
•Sustituto del cable coaxial
MATERIALES CERAMICOSVITRO-CERAMICA
Las vitro-cerámicas son uno de los materiales cerámicos
mas sofisticados, pues combinan la naturaleza de los
cerámicos cristalinos y los vidrios. En efecto, son materiales
parcialmente cristalinos y parcialmente vítreos.
MATERIALES CERAMICOSVITROCERAMICA:PROPIEDADES
•Coeficiente de dilatación térmica bajo: Al aumentar la
temperatura en 500C, sólo se dilata 0,025mm. Se dilata 90
veces menos que el vidrio, 190 veces menos que el acero
inoxidable.
•Excelente resistencia al choque térmico: la resistencia de las
vitro-cerámicas al impacto mecánico es consecuencia de la
eliminación de los poros, que actúan como puntos de
concentración de tensiones.
MATERIALES CERAMICOSVITROCERAMICA:PROPIEDADES
•Buenas conductividades térmicas.
•Elevada durabilidad química.
•Gran resistencia mecánica: La resistencia al choque térmico
es el resultado de los bajos coeficientes de dilatación
característicos de estos materiales. Mayor resistencia
mecánica que el vidrio
•Alta tenacidad y dureza.
MATERIALES CERAMICOSVITROCERAMICA:APLICACIONES
•Hornos, placas de vitro-cerámicas para cocina y chimeneas:
debido a su baja dilatación térmica, gran resistencia a altas
temperaturas y al choque térmico, permite el paso de la luz
visible e infrarroja pero no se calienta lateralmente con lo que
podemos tener zonas a 500 ºC y zonas a temperatura ambiente.
•Vitro-cerámicas para implantes SiO2 -CaO -Na20-P205: Su
coeficiente de expansión térmica es muy bajo e incluso puede
ser negativo, su resistencia atracción es bastante elevada y su
resistencia a la abrasión es muy similar a la del zafiro.
MATERIALES CERAMICOSVITROCERAMICA:APLICACIONES
•Proyectiles de alta velocidad(radomo de pyrocean): Consiste
en una cerámica vítrea rica en sílice y a base de cordierita,
posee gran transparencia al radar, por lo que se usa en el
fuselado aerodinámico que cubre la antena de radar de los
proyectiles.
•Intercambiadores de calor.
• Aisladores Circuitos integrados.
• Transformadores de altas prestaciones
MATERIALES CERAMICOSVIDRIO SENCIBLE A LA LUZ
Vidrio foto-crómico: para anteojos que se oscurecen cuando se
exponen a la luz solar o a la radiación ultravioleta y se aclaran
cuando se retira el estimulo.
Vidrio fotosensible: cambia de claro a opalino cuando se expone
a energía ultravioleta y cuando se calientan.
Vidrios foto-cromáticos: se utilizan para almacenar Información,
objetos decorativos y otro productos y contenedores
transparentes.
MATERIALES COMPUESTOS
Son aquellos materiales que se forman por la unión de dos
materiales para conseguir la combinación de propiedades que
no es posible obtener en los materiales originales. Estos
compuestos pueden seleccionarse para lograr
combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia,
peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la
corrosión, dureza o conductividad.
MATERIALES COMPUESTOSCARACTERISTICAS GENERALES
Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:•Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente. •Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interface. •Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia). •No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes
MATERIALES COMPUESTOSTIPOS DE MEZCLAS
Los compuesto pueden ser:•Metal- Metal: Bi-metales, acero cromado y acero niquelado.•Metal- Cerámico: herramientas de corte cementado. Cermet (cerámica y metal). Plástico reforzado de carbono.• metal-Polímero: Neumáticos (alambre y caucho).•Cerámico-Polímero: Un componente de fibra y carbono llamado Sílex (bicicletas).•Cerámico-Cerámico: Hormigón ( cemento, arena y grava)•Polímero-Polímero: Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y celulosa
COMPONENTES DE UN MATERIAL COMPUESTO
MATRIZ: conocida como la fase primaria y es la que contiene a la
fase secundaria.
AGENTE REFORZADOR: conocido como la fase secundaria y es
aquel material que sirve para reforzar el compuesto.
MATERIAL COMPUESTOFUNCIONES DE LA MATRIZ
1. Proporciona la forma general de la pieza o producto hecho del
material compuesto.
2. Mantiene la fase secundaria incrustada en su lugar, por lo
general la encierra y con frecuencia la oculta.
3. Comparte la carga con la fase secundaria, y en ciertas casos
se deforma de modo que la fuerza la soporta en esencia el agente
reforzador.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON FIBRA
Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra
fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono
que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que
otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como
epoxi o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la
carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están
alineadas con las líneas de tensión.
En términos de fuerza, las fibras (responsables de las
propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la
matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas)
para resistir las deformaciones, y todos los materiales
presentes sirven para resistir la compresión. Los golpes o
los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se
separen de la matriz, lo que se llama delaminación.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON FIBRA
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON FIBRA:APLICACIONES
•grafito-polímero: aplicaciones aeroespaciales, artículos deportivos.
• vidrio-polímero: equipos deportivos, componentes aeroespaciales
•aluminio bórico: aspas de ventiladores en motores, aplicaciones
aeronáuticas y aeroespaciales.
•kevlar-epóxido y kevlar-poliester: aplicaciones aeroespaciales,
aviación, artículos deportivos, chamarras anti-fuego.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON FIBRA:APLICACIONES
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON PARTICULAS
En estos materiales compuestos las partículas de material
duro y frágil, dispersas de forma discreta y uniforme se
rodean de una matriz más blanda y dúctil. A temperaturas
normales, estos compuestos no resultan más resistentes que las
aleaciones, pero su resistencia disminuye con el aumento de la
temperatura. Su resistencia a la termo-fluencia es superior a la de
los metales y aleaciones.
Dependiendo del tamaño y la naturaleza de las partículas que
influyen en las propiedades del compuesto, estos se clasifican en:
a)Compuestos endurecidos por dispersión.
b) Compuestos con partículas propiamente dichas.
En los compuestos endurecidos por dispersión el tamaño
de las partículas es muy pequeño. Debido a que estas
partículas dificultan el movimiento de las dislocaciones,
producen un efecto de endurecimiento notable en el
material con pequeñas cantidades.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON PARTICULAS
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON PARTICULAS
Sus principales propiedades son:•La fase es generalmente un óxido duro y estable.•El agente debe tener propiedades físicas óptimas.•No deben reaccionar químicamente el agente y la fase.•Deben unirse correctamente los materiales.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON PARTICULAS
Los compuestos con partículas propiamente dichas contienen
grandes cantidades de partículas gruesas que no dificultan de
manera efectiva el movimiento de dislocaciones. En estos se
incluyen numerosas combinaciones de metales, cerámicas y
polímeros.
Algunos ejemplos característicos de este tipo de
compuestos son:
•los carburos sinterizados para herramientas de corte, que
contienen las partículas cerámicas duras en una matriz
metálica de cobalto.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON PARTICULAS
•los contactos eléctricos de interruptores de buena resistencia al desgaste y excelente conductividad.•polímeros con agentes de relleno como el caucho negro de humo para neumáticos.
1.Banda de rodamiento de doble espesor. 2.Banda de flexión de polímero de baja dureza. 3. Núcleo de caucho con inserción de fibras de nylon. 4. Paredes que intervienen activamente en la amortiguación.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON ESTRUCTURA
Están formados tanto por compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sándwich. Los paneles sándwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia, (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos).
Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la
industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores
eléctricos multicapas.
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON ESTRUCTURA
Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por
algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada
lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección
preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta
manera obtenemos un material isótropo, uniendo varias
capas. Es el caso, por ejemplo, de la madera
contrachapada,
MATERIAL COMPUESTOREFORZADOS CON ESTRUCTURA
BIBLIOGRAFIA
•FISAS, Carlos. Palabras que tienen historia. Editorial Planeta, Barcelona 1992.
ISBN 84-08-00082-9
•FUGA, Antonella. Técnicas y materiales de arte. Editorial Electa, Barcelona
2004. ISBN 84-8156-377-3
•FATÁS, Guillermo y BORRÁS, Gonzalo M. Diccionario de términos de arte y
arqueología. Guara Editorial. Zaragoza, 1980. ISBN 84-85303-29-6
•Askeland" Ciencia de los Materiales"
•Shackelford "Introducción a la Ciencia de los Materiales para Ingenieros"
•Callister. Ciencia e ingeniería de materiales.
•http://www.slideshare.net/raecabrera/capitulo-4-materiales-compuestos-
9247513
•http://fbermejo.files.wordpress.com/2010/02/materiales-ceramicos-y-
compuestos.pdf
BIBLIOGRAFIA
•Introducción al conocimiento de los materiales y a sus aplicaciones (Google
eBook)
José Ramón GIL BERCERO, Segundo BARROSO HERRERO, Ana María
CAMACHO LÓPEZ.
•http://www.farq.edu.uy/construccion-i/files/2012/02/ceramicos.pdf.