Cerámicos

1.1 DEFINICIÓN

Los materiales cerámicos son aquellos materiales químicamente definidos como inorgánicos y no metálicos, sin embargo, esta definición engloba a las rocas y a muchos minerales que se encuentran en la naturaleza que no son considerados como cerámicos [1].

Pueden ser definidas también, como un compuesto sólido que se obtiene por la aplicación de calor y en ocasiones con la combinación de calor y presión, comprimiendo por lo menos dos elementos con la condición que uno de ellos es un no-metal o un elemento sólido no–metálico. El otro elemento(s) puede ser un metal(s) u otro elemento sólido no-metálico [2].

1.2 ESTRUCTURA [3]

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos conformados por elementos metálicos y no metálicos obtenidos a partir de polvos y posterior proceso de sinterización a elevadas temperaturas, su enlace puede ser iónico o covalente y su estructura iónica es un empaquetamiento de aniones con cationes en intersticios.

Presentan estructura cristalina más compleja que la de los materiales metálicos, en su estructura cristalina sus átomos son de diferente tamaños, sus fuerzas iónicas son también diferentes para cada material cerámico y tienen unión de más de dos elementos.

Un gran número de materiales cerámicos poseen estructuras típicas como la estructura del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (CaF2). Sin embargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinas más complicadas y variadas.

Entre estas estructuras podríamos destacar las más importantes como son:

 ESTRUCTURA PEROVSKITA (CATIO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario y oxigeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones oxido en el centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxígeno.

 ESTRUCTURA DEL CORINDÓN (AL2O3). Es similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de metal y 18 de oxígeno.

 ESTRUCTURA DE ESPINELA (MGAL2O4). Donde los iones oxigeno forman un retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en particular.

 ESTRUCTURA DE GRAFITO. Tiene una estructura hexagonal compacta.

FIGURA 1

ESTRUCTURA CRISTALINA

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1.3 PROPIEDADES [4]

Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos, casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

El módulo de elasticidad: alcanza valores bastante altos del orden de 311 GPa en el caso del Carburo de Titanio(TiC). El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta. Estos materiales muestran deformaciones plásticas, sin embargo, debido a la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aún así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.

1.3.1 Elevada resistencia a la compresión

Si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas (hasta 1.500°C). Bajo cargas de compresión las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalladora las grietas tienen a separarse, dando lugar a la fractura.

1.3.2 Los valores de tenacidad de fractura

En los materiales cerámicos los valores de tenacidad de fractura son muy bajos apenas sobrepasan el valor de 1 MPa.m ½, valores que pueden ser aumentados considerablemente mediante métodos como el reforzamiento mediante fibras o la transformación de fase en circonia.

1.3.3 Mantenimiento de las propiedades mecánicas a altas temperaturas

Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

1.3.4 Comportamiento Refractario

Algunos materiales cerámicos pueden soportar temperaturas extremadamente altas sin perder su solidez, son los denominados materiales refractarios, tienen baja conductividad térmica por lo que son empleados como aislantes.

Los materiales cerámicos presentan un buen comportamiento a alta temperatura mientras que pueden sufrir roturas por choque térmico a temperaturas inferiores.

1.3.5 Termo fluencia

La conservación de las propiedades mecánicas a altas temperaturas, los materiales cerámicos poseen por lo general una buena resistencia a la termo fluencia, debido principalmente a dos factores en el caso de cerámicos cristalinos en los que hay altos valores de temperatura de fusión y elevada energía de activación para que comience la difusión.

1.3.6 Resistencia al choque térmico

El choque térmico se define como la fractura de un material resultado de un cambio brusco de temperatura, la variación repentina da lugar a tensiones superficiales de tracción que llevan a la fractura, los factores que condicionan la resistencia al choque térmico con gran importancia, la porosidad del material, al disminuir la porosidad-aumentar

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