Facultad de Ingeniería

Escuela de Procesos Industriales

CERÁMICOS Y VIDRIOS

RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

Nombres Felipe AcuñaEric AntifiloJoel MuñozJosé SanhuezaKevin Wickel

Carrera Ingeniería Civil Industrial

Asignatura Resistencia de los materiales

Profesor Fabián Ortega

Fecha 28 de Octubre de 2015

Introducción

Existe una amplia gama de materiales, los cuales han sido descubiertos a lo largo de la historia, tales como los metales, la madera, los plásticos entre otros. Estos materiales han ido evolucionando junto con el hombre y se les ha ido descubriendo y dando nuevos usos.

En este informe, nos enfocaremos en dos de estos materiales, estos son los cerámicos y los vidrios.

Se dice que los cerámicos son el material más antiguo y uno de los más indispensables debido a su amplios usos, que van desde la decoración hasta su utilización como aislante eléctrico.

Por otra parte, los vidrios tienen gran importancia dentro de la vida humana, debido a que hoy en día prácticamente todo contiene vidrio. El vidrio se valora mucho desde un punto de vista medio ambiental, ya que es un material totalmente reciclable.

Básicamente, nos enfocaremos en dar una descripción de cada material, presentar sus propiedades, sus usos y aplicaciones.

2

CERAMICOS

Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, que consta de elementos metálicos y no metálicos enlazados entre sí mediante enlaces iónicos y/o covalentes, y que tiene la característica de poseer un alto punto de fusión y una resistencia elevada, pero tienden a ser frágiles y propensos a fracturarse.

Históricamente, son uno de los materiales más antiguos manipulados por el hombre. En la prehistoria dejaban secar las piezas de cerámicas al sol o junto a una fogata, y la cultura china o europea desarrollaron técnicas de cocción en horno, lo que mejoró sus prestaciones y sus bondades estéticas.

Se puede dividir la elaboración de cerámicos en dos rama: La tejería: elabora materiales de construcción (ladrillos, tejas, tubos, etc.) y la alfarería: elabora cerámicas finas (loza, porcelana).

En los cerámicos al igual que en los metales se busca formar aleaciones. En las aleaciones de cerámicos se busca mejorar su tenacidad y conseguir su densificación total.

Obtención de cerámicas

Los cerámicos se obtienen básicamente a partir de la mezcla de estas materias primas: arcilla, feldespato y arena.

La arcilla es plástica y moldeable cuando el grano es muy fino y está húmeda. Cuando se seca, se vuelve rígida, y al cocerla a una temperatura elevada (900 – 1.200ºC) se vuelve vítrea.

El feldespato reduce la temperatura necesaria para cocer la cerámica porque actúa como fundente.

La arena actúa como relleno.

La mayor parte de los productos cerámicos se fabrican mediante la compactación de polvos o partículas en formas, que después se calientan a una temperatura lo suficientemente alta para que dichas partículas se unan entre sí. Los pasos básicos del procesamiento de cerámicas por aglomeración de partículas son:

1. Preparación del material2. Formación o vaciado3. Tratamiento térmico (cocción)

3

Propiedades generales de los materiales cerámicos

Son duros, no combustibles y no oxidables. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y

como puntas cortantes de herramientas. Alta resistencia a las temperaturas, con gran poder de aislamiento térmico y

eléctrico. Altos puntos de fusión

Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos.

Alta resistencia a casi todos los agentes químicos. Una característica fundamental es que pueden fabricarse en formas con

dimensiones determinadas Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi

siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad.

Estabilidad química (inertes).

Podemos clasificar los materiales cerámicos por:

Su origen:

CERÁMICAS NATURALES CERÁMICAS TRANSFORMADAS CERÁMICAS SINTÉTICAS

4

Su campo de aplicación o uso:

Uso de los materiales cerámicos

Antiguamente, su principal uso era la fabricación de recipientes o vasijas. Actualmente, se emplea como aislante eléctrico y térmico en hornos, motores y en blindaje.

Los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingenieria pueden clsificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y de uso especifico en ingeniería. Normalmente, los cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, silice y feldespato. Ejemplos de ceramicos tradicionales son los ladrillos, tejas y porcelanas electricas. Las cerámicas ingenieriles, por el contrario, están constituidas por compuestos puros o casi puros tales como el oxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC), y nitruro de silicio (Si3N4). Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología de punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el óxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips de un módulo de conducción térmica.

Entre los usos exclusivos para la ingeniería destacamos la utilización de materiales cerámicos en el procesamiento de minerales, sellos, válvulas, intercambiadores de calor, troqueles para perfilar metales, motores adiabáticos, turbinas de gas, productos médicos y herramientas de corte.

5

VIDRIOS

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza, aunque también puede ser producido por el ser humano. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas, etc. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.

El vidrio se obtiene a unos 1500 °C a partir de arena de sílice (Si O 2), carbonato de sodio (Na2C O 3) y caliza (Ca C O 3).

Una de las ventajas del vidrio es que puede ser 100% reciclable, es decir, que a partir de un envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo que puede tener las mismas características del primero.

Propiedades de los vidrios

Los vidrios no solidifican como los materiales cristalinos A medida que la temperatura disminuye se hace más viscoso Su rango de transformación esta entre los 520 y 550ºC Es maleable en su etapa de fundición Duros a temperatura ambiente

En cuanto a sus propiedades químicas podemos destacar la resistencia a la corrosión, en el medio ambiente son muy resistentes y no desisten ante el desgaste, he ahí por lo cual los vidrios son utilizados incluso para los experimentos químicos. Además, está la viscosidad que en materia de vidrios es muy importante porque esta determinará la velocidad de fusión.

Usos de los vidrios

6

Tiene usos en variadas áreas: decoración, construcción, salud (lentes), telecomunicaciones (fibra óptica), investigación (utensilios de laboratorio y telescopios), etc.

Uno de sus usos más actuales y de gran avance tecnológico es la fibra óptica de vidrio.

La fibra óptica es un tipo de vidrio, en el cual la información viaja a través de la luz y la luz a través de vidrio. La fibra óptica es muy eficiente ya que 114 gramos de fibra óptica pueden transportar la misma información que 33 toneladas de cable de cobre. Está hecha del mismo material que vasos o ventanas comunes.

Proceso de fabricación del vidrio

La fabricación de vidrio plano se realiza mediante el proceso de vidrio flotado. Esta técnica emplea un baño de metal de estaño fundido.

Conclusión

7

En conclusión, estos materiales poseen propiedades que los hacen atractivos para sus usos en diferentes ámbitos, como la construcción, la alfarería, joyería, en la química y en la industria en general.

Son materiales muy versátiles ya que desde sus principios han sido muy útiles y al pasar del tiempo se van descubriendo nuevos usos y aplicaciones.

Finalmente, es un acierto decir que materiales como estos nos seguirán sorprendiendo con nuevas y variadas aplicaciones en situaciones de la vida cotidiana hasta usos industriales en la ingeniería.

Bibliografía

8

Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, William D. Callister, Editorial Reverté.

Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, 4ta edición, William F. Smith y Javad Hashemi, Mc Graw Hill.

Introducción a la química de los materiales cerámicos, Javier Alarcón Materiales cerámicos, Ciencia y tecnología de los materiales, Escuela

Politécnica Superior de Avila.

9