CERAMICOS

INDICE

1.- Estructura química………………………………………………………

• Propiedades mecánicas.

• Nuevos materiales cerámicos.

 Óxidos cerámicos.

 Carburos.

 Nitruros.

2.- Clasificación……………………………………………………………...

• Materiales Cerámicos porosos o gruesos.

 Arcilla cosida

 Loza Italiana

 Loza Inglesa

 Refractarios

• Materiales Cerámicos impermeables o finos.

 Gres cerámico común.

 Gres cerámico fino.

 Porcelana.

3.- Propiedades físicas y químicas……………………………………….

4.- Propiedades eléctricas…………………………………………………

• Constante dieléctrico.

• Rigidez dieléctrica.

5.- Materiales aislantes……………………………………………………..

• Tipos y características.

 Aislantes sólidos.

 Aislantes líquidos.

 Aislantes gaseosos.

6.- Materiales semiconductores…………………………………………..

• Tipos de semiconductores.

 Semiconductores intrínsecos.

 Semiconductores extrínsecos.

 Semiconductores tipo N

 Semiconductores tipo P

7.- Propiedades térmicas…………………………………………………..

• Los cerámicos tradicionales.

• Según su uso práctico.

• Según su fusibilidad.

8.- Aplicación en Ingeniería………………………………………………..

9.- Bibliografía………………………………………………………………..

ESTRUCTURAS DE LOS CERÁMICOS

Se caracterizan por tener enlace covalente y iónico, más fuerte que el enlace metálico y son la causa de su dureza y tenacidad, la forma de sujeción de los electrones en las moléculas de estos elementos hacen que sean conductores pobres. Los fuertes enlaces dotan a estos materiales de altas temperaturas de fusión.

Tienen estructura cristalina más compleja que la de los materiales metálicos.

Hay varias razones para esto:

1. Con átomos de diferente tamaños.

2. Las fuerzas iónicas son también diferentes para cada material cerámico (sílice diferente del aluminio).

3. Unión de más de dos elementos

PROPIEDADES MECÁNICAS

Los materiales cerámicos deberían ser más resistentes que los materiales metálicos pero su fina estructura de sus enlaces evitan que haya deslizamientos, mecanismo base para una deformación clásica.

Los materiales cerámicos al igual que los metales, tienen las mismas imperfecciones cristalinas (vacantes, átomos desacomodados, pequeñas fisuras y grietas), todo eso tiende a concentrar esfuerzos y el material metálico falla por fractura.

PROPIEDADES FÍSICAS

- Pesan menos que los metales, pero más que los polímeros.

- Baja conductividad eléctrica.

- Baja conductividad térmica.

- Baja expansión y fallas térmicas.

NUEVOS MATERIALES CERÁMICOS

Óxidos cerámicos: El más importante es la alúmina, se saca de la bauxita pero a través de un horno eléctrico, baja conductividad térmica y resistencia a la corrosión, buena dureza en caliente.

Se usa para abrasivos, y cerámicas aislantes (Bujías).

Carburos: Se usan para herramientas

WC (carburo de tungsteno)

TiC (carburo de titanio)

TaC (carburo de tantalio)

Se caracterizan por su dureza y resistencia al desgaste. La fuente usual del carbono para estas reacciones es el carbón de humo.

Nitruros:

1. Nitruros de silicio: motores de cohetes, crisoles para hornos.

2. Nitruros de boro: Tienen una dureza similar al diamante pero no compite como herramienta (muy costoso).

3. Nitruros de titanio: es conductor de la electricidad y se usa para recubrir superficies de herramientas, tiene alta dureza y resistencia al desgaste.

4. Sialón: similitud en propiedad con el silicio pero con mejor resistencia a la oxidación y a las altas temperaturas.

5. Vidrio: se conoce desde hace más de 4000 años A.C.; tiene una estructura amorfa y adquiere su estado vítreo cuando se ha dado un tiempo insuficiente durante el enfriamiento desde la fundición para permitir que se forme una estructura cristalina. Su principal componente es la Sílice.

Clasificación de los Cerámicos

Dependiendo de la naturaleza y tratamiento de las materias primas y del proceso de cocción, se distinguen dos grandes grupos de materiales cerámicos: las cerámicas gruesas y las cerámicas finas.

Materiales cerámicos porosos o gruesos.

No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:

Arcilla cocida: de color rojiza debido al óxido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de cocción es de unos 800ºC. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (óxido de estaño) y se denomina loza estannífera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

Loza italiana: Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción ronda los1000ºC. Se emplea para fabricar vajillas baratas, adornos, tiestos....

Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el óxido de hierro y se le ha añadido sílex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta.

Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con óxidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos y tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electro cerámicas (usados en automoción, aviación).

Materiales cerámicos impermeables o finos

En los que se someten a temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la arena de cuarzo. Así, se obtienen productos impermeables y más duros. Los más importantes son:

Gres cerámico común: obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.

Gres cerámico fino: Obtenido a partir de arcillas conteniendo óxidos metálicos a las que se le añade un fundente para bajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Se emplea para vajillas, azulejos...

Porcelana: obtenido a partir de una arcilla muy pura, caolín, mezclada con fundente y un desengrasante. Su cocción se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y, tras aplicarle un esmalte otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de café, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).

Propiedades químicas y físicas de los cerámicos

Los materiales cerámicos contienen elementos metálicos y no metálicos, adoptan diversas formas químicas, que incluyen silicatos, óxidos, carburos, nitratos y aluminatos. Aunque la mayoría de los materiales cerámicos contienen iones metálicos, hay excepciones, aunque predominan más los enlaces iónicos y covalentes, es decir, uniones interatómicas fuertes y estables.

Los materiales cerámicos son muy resistentes al calor, tiene un alto punto de fusión, son resistentes a la corrosión así como al desgaste, no se deforman fácilmente aunque son frágiles, tiene baja conductividad pero son muy buenos aislantes. Son menos densos que los metales empleados en aplicaciones de alta temperatura.

A pesar de tener ventajas, el empleo de productos cerámicos como materiales de ingeniería ha estado limitado por su naturaleza extremadamente quebradiza.

Las piezas cerámicas por lo regular se hacen pedazos por que los enlaces impiden que los átomos se deslicen unos sobre otros. Estos materiales son mucho más fuertes cuando se forman a partir de una mezcla compleja de dos o más materiales. Semejantes mezclas se denominan materiales compuestos o compositores.

Propiedades eléctricas

Algunos materiales cerámicos son piezoeléctricos, lo que significa que generan un potencial eléctrico cuando se les somete a un esfuerzo mecánico.

Los materiales cerámicos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones eléctricas y electrónicas.

Muchos tipos de cerámicos se utilizan como aislantes eléctricos para corrientes eléctricas de alto y bajo voltaje. Las propiedades de los productos cerámicos de interés en aplicaciones eléctricas o electrónicas, son principalmente su constante dieléctrica relativa (K')y factor de perdidas (K'.tg . (landa)). En las aplicaciones electrónicas son convenientes altos valores de constante dieléctrica relativa, mientras

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