MATERIALES CERAMICOS

Cerámicos

Se conoce como materiales cerámicos a aquellos compuestos químicos que  contienen elementos metálicos y no metálicos, lo que les permite tener una alta cantidad de propiedades físicas y químicas. Los podemos encontrar en inodoros, lavabos, platos, ventanas, los materiales aislantes en bujías, así como componentes avanzados de ingeniería en microelectrónica y optoelectrónica, cabe mencionar que el cuerpo humano tiene la sorprendente capacidad de producir hidroxiapatita^[1], un cerámico encontrado en huesos y dientes. Otros cerámicos naturales son los diamantes y piedras preciosas como el zafiro y la esmeralda.

Debido a la unión química de los átomos (enlaces iónicos o covalentes), los cerámicos tienden a ser duros y frágiles, con puntos altos de fusión y baja conductividad eléctrica y térmica, con elevada resistencia a la compresión, al igual que cuentan con buena estabilidad química. Los cerámicos incluyen cristales, vidrios y vidrio-cerámicos.

A continuación se desarrolla una investigación acerca de las características principales que conforman a los principales materiales cerámicos

Fallas en los cerámicos

Los cerámicos como otros materiales tienen defectos en su estructura cristalina como defectos puntuales, lineales y de superficie, estos defectos producen fallas en el material.

De acuerdo eso en los defectos lineales, es necesario aplicar una alta tensión para propagar las dislocaciones, los cerámicos son susceptibles a las fallas tales como muescas, grietas y poros. Así estos materiales tienden a ser fuertes en compresión en el cual la propagación de la grieta es suprimida y débiles en tensión provocando que la propagación de la grieta sea exagerada.

La resistencia a la fractura es la capacidad de un material a contener defectos para soportar la carga aplicada, cuando la tensión supera esa resistencia, el material sufre una grieta que se propaga inestablemente conduciendo al fallo.  Para los materiales que son sensibles a los defectos de esta forma muestran una distribución de fuerzas que siguen la estadística de Weibull^[2].

Para materiales frágiles, solo podemos predecir la probabilidad de falla en una determinada tensión, no la tensión real en el que ocurre la falla. Por lo tanto, el procesamiento y el control de calidad son críticos para reducir la distribución de defectos para lograr confiabilidad mecánica.

Cuando se realizan las pruebas de tensión en un material frágil a menudo es un desafío debido a la dificultad del agarre del material sin causar fractura inmediata.

Un método popular para determinar la resistencia a la fractura de la cerámica quebradiza es el ensayo de indentación.  La indentación hace que se formen grietas radiales debajo de la superficie por el indentador durante la aplicación de la carga; estas grietas se propagan por la superficie de la penetración como las tensiones residuales aumentan cuando el material se descarga. En la siguiente figura (Figura 1), se muestra un ejemplo de la fractura producida durante el ensayo.[pic 1]

Porosidad

Los poros representan el defecto más importante en la cerámica policristalina. La presencia de poros suele ser perjudicial para las propiedades mecánicas de la masa cerámica, ya que los poros proporcionan ubicaciones preexistentes desde donde pueden crecer las grietas. El módulo elástico y la fuerza disminuyen a medida que aumenta la porosidad.

La presencia de poros es de las razones por las que los cerámicos muestran un comportamiento tan frágil bajo la carga de tracción.

Deformación de los cerámicos a altas temperaturas

 En los cerámicos las dislocaciones no se mueven a bajas temperaturas y no se observa deformación plástica significativa. A temperaturas más altas, el flujo viscoso y el deslazamiento de bordes de grano se convierten en mecanismos importantes de deformación. El flujo viscoso ocurre en los vidrios y en los cerámicos que contienen una mezcla de fases vítrea y cristalina; el deslazamiento de bordes de grano ocurre en cerámicos que principalmente son cristalinos.

Flujo viscoso del vidrio

El vidrio se deforma por flujo viscoso si la temperatura es suficientemente alta, La aplicación de un esfuerzo cortante τhace que un líquido fluya a una velocidad que varía con la posición.  

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