Cerámicos

1. Estructura química

2. Clasificación

La clasificación de los materiales cerámicos puede hacerse atendiendo a diversos parámetros. Así pueden dividirse entre materiales iónicos y materiales covalentes, aunque no es una clasificación muy útil por la dificultad de discernir a qué grupo pertenecen muchos de los compuestos. También pueden dividirse entre cerámicos tradicionales y cerámicos avanzados. Se considerarían cerámicos tradicionales a los derivados de la arcilla: porcelanas, ladrillos, baldosas, así como los vidrios y los refractarios, mientras que los cerámicos avanzados serían los descubiertos en los últimos 50 años. En la actualidad suelen clasificarse en los siguientes grupos: materiales estructurales de las arcillas, porcelanas, vidrios, refractarios, cementos, abrasivos y cerámicos avanzados. Dentro de este último se incluirían también materiales eléctricos, magnéticos y ópticos.

ARCILLAS

Las arcillas han sido uno de los materiales más ampliamente utilizados desde tiempos prehistóricos, y junto a la Sílice (silex) y los feldespatos, han formado los llamados cerámicos tradicionales, su gran utilización se asa en su gran abundancia natural, su bajo coste, la facilidad con que puede ser conformada y la posibilidad de que puedan ser empleadas directamente, sin necesidad de algún tipo de refinado. En general los cerámicos fabricados con arcillas se clasifican en dos grandes grupos: cerámicos estructurales y porcelanas (materiales blancos). Entre los productos estructurales podemos citar los ladrillos de construcción, baldosas, tuberías de agua residuales, etc. Y entre las porcelanas tenemos las cerámicas sanitarias, aislantes eléctricos, vajillas, productos de alfarería, empastes dentales, etc.

Entre las propiedades más importantes de las arcillas se encuentran su hidroplasticidad (se hacen plásticas al combinarse con el agua), y el intervalo amplio de temperatura de fusión que presentan. Esta última propiedad les permite fundirse parcialmente durante los tratamientos térmicos manteniendo la forma deseada. Las arcillas están compuestas fundamentalmente por aluminosilicatos hidratados (Al203.Si02.H20), con pequeños contenidos en óxidos metálicos (Ti02, Fe203, Mg0, Ca0, Na20, K20, etc.) e incluso de materia orgánica. Sus estructuras cristalinas son generalmente complejas, aunque tienen como característica común la presencia de capas. La mayoría de los materiales arcillosos utilizados tienen la estructura de la caolinita [Al2(Si205)(0H)4]. Cuando se añade agua a un compuesto con esta estructura, las moléculas de la misma se intercalan entre las capas y confieren una extraordinaria plasticidad al compuesto resultante, al facilitar los deslizamientos de las capas entre sí. Los minerales arcillosos habitualmente empleados contienen no sólo arcilla, sino también los otros dos tipos de elementos habituales en los cerámicos tradicionales: la sílice y los feldespatos. Estos son materiales no plásticos, pero fundamentales para las propiedades de los productos finales. La sílice suele estar en forma de silex (cuarzo finamente dividido) y es el componente refractario de los cerámicos tradicionales por su alta temperatura de fusión. Por su bajo precio y su carácter inerte se utiliza también como material de relleno. Los feldespatos, siendo el potásico el más habitual (K2O.AI2O3.6SÍO2), por sus bajas temperaturas de fusión actúan como agentes fundentes. Se transforman en vidrio y cohesionan las productos refractarios con las arcillas. Cuando se fabrican cerámicas estructurales comunes, se emplean arcillas naturales con los contenidos intrínsecos de arcillas, sílice y feldespatos. Sin embargo, para aplicaciones más específicas, y en general para la fabricación de porcelanas se combinan diferentes minerales para obtener las proporciones deseadas de cada componente. Así, por ejemplo las porcelanas habituales contienen un 50% de arcilla, un 25% de cuarzo y un 25% de feldespato, en tanto que la porcelana utilizada en empastes contiene hasta un 95% de feldespato y nada de cuarzo.

VIDRIOS

Los vidrios se definen como materiales cerámicos obtenidos a partir de compuestos inorgánicos calentados hasta su fusión y enfriados hasta una condición rígida sin cristalización. Entre sus propiedades destacan su excelente resistencia a la corrosión, su carácter aislante eléctrico, su capacidad para proporcionar cierres herméticos y su transparencia óptica y relativa dureza a temperatura ambiente. Sumando esto a su facilidad de fabricación, se explican sus múltiples aplicaciones en ingeniería e industria: construcción, automóviles, electrónica, química, etc.

A diferencia de los sólidos cristalinos, los vidrios no solidifican a una temperatura bien definida. Los vidrios van haciéndose más viscosos a medida que disminuye la temperatura y va reduciéndose su volumen paulatinamente, sin producirse el descenso brusco de volumen que caracteriza la solidificación de un cristal. No obstante, si existe una temperatura a la que se produce un cambio en la dependencia térmica del volumen, conocida como temperatura de transición vítrea (Tg), por debajo de la cual el comportamiento es similar al de cualquier sólido. Hay que tener en cuenta además que esta temperatura no depende sólo de la composición de los vidrios, sino también de la velocidad de enfriamiento, y aumenta con ésta. La mayoría de los vidrios están constituidos básicamente por sílice, en la que los tetraedros Si04 unidos por sus vértices forman una red dispersa sin orden de largo alcance. El óxido de boro, B203, es por sí mismo un formador de vidrio, con redes constituidas por triángulos B03 y tetraedros B04, pero generalmente se utiliza como aditivo en los vidrios de sílice. 0tros óxidos como el Ca0, Mg0, Na20 y K20, se añaden con el objetivo de romper el entramado silicatado de manera que reducen la viscosidad del vidrio y facilitan su modelado. Finalmente, otros óxidos, como el A1203 o el Pb0, se añaden para que una vez incorporados a la red silicatada modifiquen las propiedades del vidrio, fundamentalmente aumentando o disminuyendo la temperatura de fusión.

Los vidrios de sílice fundida o cuarzo (>99.5% de Si02) son los de composición más simple, tienen una alta resistencia térmica (1000 0C) y transmiten muy bien las radiaciones sin ser afectados por días. Se utilizan en sistemas ópticos y vehículos espaciales, pero son muy caros y difíciles de procesar.

Los vidrios sodio-cálcicos son los más habituales, constituyendo más del 90% del vidrio producido. Contienen porcentajes importantes de Na20 (12-14 %) y Ca0 (10-12 %) que disminuyen la temperatura de fusión hasta los 700 °C favoreciendo su procesado.

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