Clasificacion Ceramicos Esimez

ÍNDICE

Introducción……………………………………………………….......... 2

Estructura Química…………………………………………………….. 2

Clasificación……………………………………………………............. 4

Propiedades físicas y químicas……………………………………… 5

Propiedades eléctricas………………………………………………… 5

Constante dieléctrica…………………………………………... 5

Rigidez dieléctrica………………………………………………. 6

Materiales aislantes……………………………………………………... 7

Materiales semiconductores…………………………………………... 12

Propiedades térmicas…………………………………………………... 13

Aplicaciones en la ingeniería………………………………………….. 14

Conclusión………………………………………………………………... 17

Bibliografía………………………………………………………………... 17

Introducción.

La palabra cerámica se deriva del griego “Keramos”, que significa material quemado o de alfarería. La cerámica nació aun antes que la cultura griega y como tal representa a los materiales más antiguos hechos por el hombre.

Los materiales cerámicos son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas, constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes; con gran aplicación en alfarería, construcción, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos, etc. Son ejemplos actuales del uso de materiales cerámicos.

ESTRUCTURA QUIMICA

Estructuras cristalinas de cerámicas simples.

Enlace iónico y covalente en compuestos cerámicos simples.

Varios compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas, el enlace atómico es una mezcla de iones iónicos y covalentes. Los valores aproximados de los porcentajes del carácter iónico y covalente de los enlaces entre los átomos de estos compuestos se pueden obtener considerando las diferencias de electronegatividad entre los diferentes tipos de átomos en los compuestos y usando la ecuación de Pauling para el porcentaje de carácter iónico. Algunos ejemplos salen en la siguiente tabla.

Tabla 1.Porcentaje de enlace iónico y covalente de algunos compuestos.

Distribuciones iónicas sencillas en solidos enlazados iónicamente.

En solidos (cerámicos) iónicos el empaquetamiento de los iones está determinado principalmente por los siguientes factores:

El tamaño relativo de los iones en el sólido iónico (supóngase que los iones son esferas duras con radios definidos).

La necesidad de equilibrar las cargas electrostáticas para mantener una neutralidad eléctrica en el sólido iónico

Cuando el enlace iónico entre átomos se presenta en el estado sólido, las energías de los átomos disminuyen debido a la formación de los iones y a su enlace en un sólido iónico.

Imagen 1. Configuraciones estables e inestables para solidos iónicos

Estructuras de silicatos

Grandes números de materiales cerámicos contienen estructuras de silicato que constan de átomos de silicio y oxigeno (iones) enlazados entre sí en diversas distribuciones.

Unidad estructural básica de las estructuras de silicato.

El bloque de construcción básico de los silicatos es el ion tetraédrico (〖SiO〗_4^(4-)). El enlace Si—O en la estructura 〖SiO〗_4^(4-) es aproximadamente 50 porciento covalente y 50 porciento iónico.

Imagen 2. Distribución del enlace atómico del ion tetraédrico del silicato.

Estructuras cerámicas no cristalinas. Vidrios

Los vidrios son materiales que durante el proceso de enfriamiento rigidizan sin formar una estructura cristalina. En cierta forma, el vidrio se asemeja a un líquido su enfriado. Una de sus características es que tiene una estructura no cristalina o amorfa, en la que los átomos que los constituyen no están colocados en un orden repetitivo de largo alcance como existe en un sólido cristalino. En un vidrio, las estructuras de corto alcance cambian su orientación de una manera aleatoria en todo el sólido, tal como muestra la figura

Imagen 3. Estructura de un vidrio de sílice.

CLASIFICACION DE LOS CERAMICOS.

Cerámicas amorfas:

Vidrios basados en 〖SiO〗_2 + aditivos

Cerámicas tradicionales (productos de: Arcilla, Sílice, Feldespatos):

Cerámica porosa (ladrillos, alfarería, loza)

Cerámica compacta (porcelana, gres)

Cerámica refractaria (porcelana para aislantes térmicos)

Cerámicas Avanzadas o de altas prestaciones:

Cerámicas refractarias (SiC,〖Al〗_2 O_3,〖ZrO〗_2).

Piezoeléctricos y ferro eléctricos: 〖BaTiO〗_3,〖SrTiO〗_3

Electro-ópticos.

Cerámicas abrasivas: nitruros y carburos.

Cerámicas superconductoras.

Cerámicas biocompatibles

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS.

Propiedades Químicas.

Debido a que la cerámica está compuesta por óxidos, no es propensa a la oxidación; es resistente a la humedad, al agua de lluvia y a sustancias químicas del suelo.

Resiste el ataque de ácidos minerales fuertes como el clorhídrico, sulfúrico, nítrico.

Solo los ácidos fluorhídrico y fosfórico la afectan al igual que los álcalis corrosivos.

Altas temperaturas de fusión

Propiedades Físicas.

Peso ligero

Buena resistencia al desgaste y corrosión (aun a temperaturas altas)

Poca fricción

Propiedades aislantes

4. PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LAS CERÁMICAS

Los materiales cerámicos se utilizan 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. También encontramos varios tipos de condensadores. Otro tipo de cerámicos se llaman piezoeléctrico pueden convertirse débiles señales de presión en señal eléctrica, y viceversa.

Existen tres propiedades importantes comunes de los aislantes o dieléctricos:

La constante dieléctrica.

Consideramos un condensador sencillo de placas paralelas, con láminas metálicas de área A separado de una distancia d. si se aplica el voltaje V a través de las láminas, una de ellas adquirirá una carga neta +q y la otra una carga neta –q.

q=CV o bien C=q/v

Donde C es una constante de proporcionalidad llamada capacidad del condensador. El SI para la capacidad es el culombio por voltio (C/V), o faradio (F):

1 faradio= 1 columbio/voltio

El faradio es una unidad mucho más grande de capacidad que la que se encuentra normalmente en los circuitos eléctricos, las unidades más usadas son el picofaradio (1 pF=10*-12 F) y el microfaradio (1 uF=10*-6F).

La rigidez dieléctrica.

Es la cantidad de capacidad de material para albergar energía a altos voltajes. La rigidez dieléctrica viene definida como el voltaje por unidad de longitud (campo eléctrico o gradiente del voltaje). La rigidez dieléctrica se mide más cómodamente en voltios por mil (1 mil =0.001pulg) o kilovoltios/mm. Si el dieléctrico está sujeto al gradiente de un voltaje.

El factor de pérdida dieléctrico.

Si el voltaje que se utiliza para mantener la carga en el condensador es sinusoidal, tal como se genera por una corriente alterna, el voltaje induce la corriente a 90° cuando un dieléctrico real se utiliza en el condensador, el voltaje es inducido por una corriente de 90° -ʆ, donde el ángulo se llama ángulo de perdida dieléctrico.

5. MATERIALES AISLANTES CERÁMICOS:

Los materiales cerámicos tienen propiedades eléctricas y mecánicas que los hacen especialmente idóneos para muchas aplicaciones como aislantes en las industrias eléctricas y electrónicas.

-Porcelana eléctrica, esteatica, fosterita y alúmina.

La porcelana eléctrica consta aproximadamente de un 50 % de arcilla (Al2O3•2SiO2•2H2O), un 25% de SiO2 y un 2% de feldespato (K2O•Al2O3•6SiO2). Esta composición hace que el material tenga una buena plasticidad en verde, y un amplio margen de temperaturas de cocción, con un coste relativamente bajo. La mayor desventaja de los materiales aislantes de porcelana es su alto factor de pérdidas en comparación con otros materiales aislantes, debido a la alta movilidad de los iones alcalinos. En la figura 14.27 se observa la microestructura correspondiente a una porcelana eléctrica atacada con una solución al 40% de FH.

La porcelana de esteatita es un buen aislante eléctrico ya que tiene un bajo factor de pérdidas, baja absorción de humedad y una gran resistencia al impacto, por lo que se utilizan con frecuencia en la industria electrotécnica. La composición de la esteatita industrial se basa en aproximadamente un 90% de talco (3MgO•4SiO2•H2O) y un 10% de arcilla. La microestructura de la esteatita cocida en el horno consta de cristales de esteatita (MgSiO3) unidos por una matriz vítrea.

La fosterita, Mg2SiO4, no tiene iones

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