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INTRODUCCIÓN

Los materiales cerámicos pueden clasificarse, según sus aplicaciones, en uno de los grupos siguientes: vidrios, productos estructurales de arcilla, porcelanas, refractarios, abrasivos, cementos y cerámicas avanzadas de reciente desarrollo.

Los materiales cerámicos son sólidos, formados principalmente por un metal y un no metal, y la unión entre los átomos se da mediante enlaces iónicos o covalentes. Se forman calentando el compuesto químico y luego dejándolo enfriar. Dependiendo del tipo de enfriamiento que sufra, se pueden tener materiales cristalinos (moléculas ordenadas) o amorfos (moléculas desordenadas).

Los materiales cerámicos amorfos suelen llamarse simplemente “vidrios”. El vidrio es un producto inorgánico fundido (a altas temperaturas, cercanas a 1500°C) que ha sido enfriado hasta un estado sólido, donde se le ha dado una determinada forma. El vidrio común se forma por el calentamiento de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y carbonato de calcio (CaCO3).

Los cerámicos cristalinos, por otro lado, se producen de manera similar a los vidrios, pero en este caso el enfriamiento es muy lento, lo cual permite que sus átomos se ordenen en cristales regulares. De esta forma se producen, por ejemplo, los platos de porcelana. Para ello, se prepara una pasta de una mezcla de minerales (feldespato y cuarzo), la cual se moldea según la forma deseada. Luego, tras un proceso de doble cocción y enfriado, se obtiene el producto deseado.

Debido al tipo de enlace entre los átomos que lo conforman, los cerámicos presentan uniones muy fuertes. Por ello, exhiben una gran dureza, así como resistencia a altas temperaturas y choques térmicos. Por otro lado, los cerámicos resisten a los componentes corrosivos y no se oxidan.

Sin embargo, es importante observar que, debido a la fuerte unión entre sus átomos, los cerámicos son muy frágiles, ya que no existe la posibilidad de desplazar alguno de sus átomos sin provocar la ruptura de la unión.

PROPIEDADES

• PROPIEDADES MECÁNICAS

Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano.

• PROPIEDADES MAGNÉTICAS

No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferromagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.

• PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica. Algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.

• PROPIEDADES TÉRMICAS

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este hecho son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.

CLASIFICACIÓN

• Materiales cerámicos tradicionales:

1. Arcilla

2. Sílice

3. Feldespato

• Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería:

1. Oxido de aluminio

2. Carburo de silicio

3. Nitruro de silicio

APLICACIONES

• Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y resistencia al calor.

• Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad térmica.

• Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad térmica y eléctrica.

• Aislantes en aparatos electrónicos.

• Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado.

• Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio.

• Vidrio

APLICACIONES- USOS

Óxido de circonio

El oxido de circonio se encuentra en la naturaleza formando parte de diversos minerales, los más importantes son: Badeleyita (ZrO2) y Zircón (ZrSiO4), principales fuentes de obtención de la circonita.

Posee las siguientes propiedades:

• Elevada expansión térmica (α=11 x 10-6/K, similar a algunos tipos de acero)

• Excelente aislamiento térmico/baja conductividad térmica (de 2,5 a 3 W/mK)

• Muy alta resistencia a propagación de roturas, resistencia a las fracturas elevada (de 6.5 a 8 MPam1/2)

• Capacidad para conducir los iones de oxígeno (usados en la medición de presiones de oxígeno parciales en las sondas lambda)

• Alta temperatura de fusión

• Alta tenacidad

• Elevada dureza

• Resistencia a la corrosión química

El ZrO2 es uno de los materiales cerámicos más estudiados y se emplea generalmente dopado con otros óxidos con los que se consigue estabilizar su estructura

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