MATERIALES NO METALICOS

MATERIALES NO METALICOS

Los materiales son elementos agrupados en un conjunto el cual es usado con un fin específico. Se agrupan en dos grandes grupos, que son los materiales metálicos y los no metálicos: estos son los que no tienen en su composición ninguna sustancia metálica.

TIPOS DE MATERIALES NO METALICOS

1. CERAMICO:

Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada. Asimismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también elevado, además presentan un modo de rotura frágil.

Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza en la cual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a tracción, por los poros y un módulo de Young y una fragilidad elevados y al tener un enlace interatómico (iónico y/o covalente),1 es imposible de realizar. Existen materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos poros, la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros

Clasificación

El producto obtenido dependerá de la naturaleza de la arcilla empleada, de la temperatura y de las técnicas de cocción a las que ha sido sometido. Así tenemos:

Materiales cerámicos porosos

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

Arcilla cocida: De color rojizo debido al óxido de hierro de las arcillas que la componen. La temperatura de cocción es de entre 700 a 1.000 °C. Si una vez cocida se recubre con óxido de estaño (similar a esmalte blanco), se denomina loza estannífera. Se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

Loza italiana: Se fabrica con arcilla entre amarillenta y rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción varía entre 1.050 a 1.070 °C.

Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa de la que se elimina mediante lavado el óxido de hierro y se le añade sílex (25-35%), yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. La cocción se realiza en dos fases:

1. Cocido entre 1.200 y 1.300 °C.

2. Se extrae del horno y se cubre de esmalte. El resultado es análogo a las porcelanas, pero no es impermeable.

Refractarios: Se trata de arcillas cocidas porosas en cuyo interior hay unas proporciones grandes de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C. El enfriamiento se debe realizar lenta y progresivamente para no producir agrietamientos ni tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son:

1. Ladrillos refractarios, que deben soportar altas temperaturas en el interior de hornos.

2. Electrocerámicas: Con las que en la actualidad se están llevando a cabo investigaciones en motores de automóviles, aviones, generadores eléctricos, etc., con vistas a sustituir elementos metálicos por refractarios, con los que se pueden obtener mayores temperaturas y mejor rendimiento. Una aplicación no muy lejana fue su uso por parte de la NASA para proteger la parte delantera y lateral del Challenger en el aterrizaje.

MATERIALES CERÁMICOS IMPERMEABLES Y SEMI-IMPERMEABLES

Se los ha sometido a temperaturas bastante altas en las que se vitrifica completamente la arena de cuarzo. De esta manera se obtienen productos impermeables y más duros. Los más destacados:

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

Gres cerámico fino.- Obtenido a partir de arcillas refractarias (conteniendo óxidos metálicos) a las que se le añade un fundente (feldespato) con objeto de rebajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos de sal marina. La sal reacciona con la arcilla y forma una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico.

Porcelana: Se obtiene a partir de una arcilla muy pura, denominada caolín, a la que se le añade fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Son elementos muy duros soliendo tener un espesor pequeño (de 2 a 4 mm), su color natural es blanco o translucido. Para que el producto se considere porcelana es necesario que sufra dos cocciones: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.). Según la temperatura se distinguen dos tipos:

1. Porcelanas blandas. Cocidas a unos 1.000 °C, se sacan se les aplica esmalte y se vuelven a introducir en el horno a una temperatura de 1.250 °C o más.

2. Porcelanas duras. Se cuecen a 1.000º C, a continuación se sacan, se esmaltan, y se reintroducen en el horno a unos 1.400 °C o más. Si se decoran se realiza esta operación y luego se vuelven a introducir en el horno a unos 800 °C.

Materiales refractarios: Según la norma Europea DIN 51060/ISO/R 836, considera resistente al calor aquel material que se reblandece a una temperatura inferior de 1,500°C; y refractario, aquel material que se reblandece con un mínimo de temperatura de 1,500°C y alta refractariedad para aquel material que se reblandece a un temperatura mínima de 1,800;°C.

Y en general un material refractario es aquel que tiene una aplicación a temperatura por arriba de los 600°C. Los materiales cerámicos son incandescentes si se le aplican 30W

2. POLIMEROS

La palabra `polímero' procede del griego y significa literalmente `muchas partes'. En ciencia y tecnología se considera material polimérico a aquel que contiene muchas unidades enlazadas entre sí químicamente.

En la naturaleza hay diversas sustancias poliméricas que intervienen en procesos vitales. Los organismos vivos son capaces de sintetizarlas a partir de pequeñas moléculas que quedan unidas por la actividad celular en macromoléculas poliméricas. Son los denominados biopolímeros.

Desde hace más de un siglo, la tecnología química ha producido polímeros sintéticos sencillos mediante reacciones de polimerización de compuestos químicos en su mayor parte de origen orgánico. Debido al gran aumento de la producción y aplicaciones de estos materiales, en los últimos años han sustituido a los polímeros naturales e, incluso, a otro tipo de materiales como los metales y aleaciones en determinadas circunstancias.

Porcentaje de utilización de plásticos en Europa occidental en 1995

Obtención de materiales poliméricos

La polimerización es el proceso por el cual pequeñas moléculas se enlazan covalentemente para constituir cadenas moleculares largas. Estas moléculas simples se llaman monómeras, y la molécula de cadena larga formada por los monómeros, se llama polímero.

Los mecanismos de polimerización son los siguientes:

• Polimerización por adición Una molécula de hidrocarburo de bajo peso molecular que contiene un doble enlace entre átomos de C, llamada monómero, es activada por efecto del calor, la presión y/o un catalizador. La doble unión entre los átomos de C se rompe, de manera de cada átomo de C presenta un enlace incompleto. En este estado, la molécula se denomina `mero'. Cuando un mero se combina con otro, los enlaces se completan formando una cadena (polímero).

• Polimerización por condensación Difiere de la anterior en que tiene lugar la pérdida de una molécula pequeña, generalmente agua, que es necesario separar del medio de reacción, además, no es necesario que el monómero contenga un doble enlace.

• Polimerización reticular Se forman redes tridimensionales debido a la existencia de más de dos lugares activos, que permiten que las cadenas crezcan en tres direcciones, por enlaces covalentes. Da lugar a un tipo de polímeros especiales llamados `termoestables'.

Industrialmente la reacción de polimerización se produce en reactores donde se introducen como materia prima los monómeros correspondientes y el catalizador. Según el proceso, se les da presión y/o temperatura, agitando la mezcla para favorecer la reacción, obteniéndose el polímero. Estos productos poliméricos se obtienen en forma de gránulos, granza, polvos o líquidos, que serán nuevamente procesados para convertirlos en los productos definitivos. Muchos productos poliméricos pueden ser polimerizados por varios métodos. Los más importantes son:

• Polimerización en masa o en bloque

• Polimerización de precipitación

• Polimerización en disolución

• Polimerización en suspensión

• Polimerización

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