Materiales Ceramicos

MATERIALES CERAMCOS

INTRODUCCION

Los cerámicos son compuestos o soluciones compuestas, cuyos átomos se unen químicamente mediante enlaces iónicos y covalentes. Los cerámicos son duros pero frágiles. Y tienen un alto punto de fundición y son muy resistentes a la compresión.

Los materiales cerámicos con malos conductores tanto térmica como eléctricamente, pero tienen una gran estabilidad química y eléctrica .

Definiciones.

En primera aproximación puede decirse que 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 [3].

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 [4].

Un concepto un tanto simple fue dada por Kingery, quien señala que "una cerámica es un sólido inorgánico no-metálico" [5]. En otras palabras lo que no es un metal, un semiconductor o un polímero, es una cerámica.

En general, se consideran únicamente como materiales cerámicos aquellos que han sido producidos por el hombre de forma artificial. Etimológicamente, cerámica es un término que viene del griego keramos, cuyo significado puede traducirse como hacer alfarería.

El término cerámica se utilizaba en el pasado para referirse al arte de producir artículos mediante la técnica de la alfarería. Las cerámicas tradicionales son materiales dedicados en general a la construcción (arcillas, cemento, gres...) y a usos aplicados en el hogar y la industria (loza, porcelana...). En la actualidad se incluye dentro de los materiales cerámicos a los óxidos, carburos, nitruros, boruros, y compuestos de ellos. Mientras que las cerámicas tradicionales tienen más de 3 000 años de antigüedad, la existencia de los compuestos cerámicos es mucho más reciente, sin que en muchos casos supere los 30 años. Las compuestos cerámicos se han desarrollado, modificando mediante nuevas técnicas de producción, alguno de los diferentes niveles de la estructura del material, desde el nivel atómico y la microestructura hasta la forma definitiva del componente.

Uno de los usos que más auge está experimentando actualmente es el empleo de materiales cerámicos como componentes estructurales. Las cerámicas estructurales son aquellas en las que la mejora de las propiedades se ha centrado en los aspectos mecánicos. Estos usos requieren materiales con alta resistencia en diversas condiciones ambientales, capaces de soportar elevadas temperaturas y resistentes a la corrosión y oxidación [6].

Los materiales cerámicos ofrecen una sustancial rebaja en el peso frente a otros materiales como los metales y cubren un amplio espectro de usos tan dispares como componentes de vehículos espaciales o implantes dentales [7].

En 1822 por primera vez se hicieron refractarios de sílice. Aunque ellos contenían arcilla, el proceso cerámico tradicional de modelado, secado, y horneado fue usado para hacerlos. Así el término "cerámica", mientras mantenía su sentido original de un producto hecho de la arcilla, empezó a incluir otros productos hechos por el mismo proceso industrial. El campo de los cerámicas puede ser definido como "el arte y ciencia de hacer y usar el artículos sólido que contienen como su componente esencial un cerámica" [6]. Esta definición abarca la purificación de las materias primas, el estudio y producción de los compuestos químicos involucrados en su composición y el estudio de la estructura, composición y propiedades

Tipos de cerámicas y sus aplicaciones.

Usando la definición dada en el epígrafe anterior se puede observar la larga lista de materiales cerámicos. Las aplicaciones para estos materiales es muy diversa, desde los ladrillos y azulejos a los componentes electrónicos y magnéticos. Estas aplicaciones usa la amplia gama de propiedades exhibida por las cerámicas. Algunas de estas propiedades se pueden observar en la Tabla 1.1 con ejemplos de cerámicas específicas y aplicaciones. Las funciones de los productos cerámicos van a depender de su la composición química y la microstructura que a van determinar sus propiedades. El elemento principal del diseño en la ciencia e ingeniería de materiales es la relación mutua entre la estructura y las propiedades.

Adicionalmente se puede encontrar que se pueden dividir las cerámicas de acuerdo con sus propiedades y aplicaciones y que es común la clasificación de ellas en tradicionales o avanzadas. Las cerámicas tradicionales incluyen los artículos del gran volumen como son los ladrillos, azulejos, la taza de baño y alfarería. Las cerámicas avanzadas incluyen los materiales más nuevos como el receptor láser, las cerámicas piezoeléctricas, las cerámicas para las memorias de acceso aleatorio (DRAMs), etc. frecuentemente producidas en pequeñas cantidades con los precios más altos.

Otras características que separan estas categorías. Las cerámicas tradicionales son normalmente basadas en la arcilla y sílice.

Existe la tendencia a vincular las cerámicas tradicionales con la baja tecnología, sin embargo a menudo se usan técnicas avanzadas de fabricación. La competición entre productores ha causado que el procesamiento sea más eficaz y que disminuyan los costos. Complejas herramientas y maquinarias se usan a menudo y se acoplan con mando asistido por computadora. Los cerámicos avanzados también son llamados "especiales", "técnicos" o "ingenieros" las cerámicas. Ellos exhiben propiedades mecánicas superiores, alta resistencia a la corrosión y propiedades eléctricas, ópticas, y/o magnéticas. Mientras las cerámicas tradicionales basadas en arcilla se han usado hace mas de 25 000 años, las cerámicas avanzadas han sido desarrolladas generalmente dentro de los últimos 100 años. La figura 1.1 muestra una comparación entre las cerámicas tradicionales y avanzadas referidas a las materias primas usadas, el proceso de obtención y moldeo y los métodos usaron para la caracterización.

Figura 1.1 Diferentes aspectos comparativos entre las cerámicas avanzadas y las tradicionales

El mercado de las cerámicas.

Las cerámicas constituyen una industria multimillonaria. Las ventas a nivel mundial superan los 1x1012 dólares por año; solamente los Estados Unidos comercializan por encima de los 3,5x109 anualmente. Estos datos económicos varían de año en año que son actualizados regularmente por la organización Ceramic Industry mediante una publicación anual titulada Giants in Ceramics.

La distribución de ventas de la industria se muestra a continuación:

55% Vidrios

17% Cerámicas avanzadas

10% Cerámica blanca

9% Esmalte de porcelana

7% Refractarios

2% Arcilla estructural

En los Estados Unidos las ventas de arcilla estructural en forma de ladrillos es alrededor de 1,6x108 por mes, sin embargo financieramente el mercado de las cerámicas está dominado por los vidrios. La aplicación principal de los vidrios es en ventanas, la demanda mundial de vidrio plano es alrededor de 4x109 m2 con un valor por encima de los 4x1010 dólares.

La distribución del mercado global en los Estados Unidos es:

32% Vidrios planos

18% Iluminación

17% Contenedores

17% Fibra de vidrios

9% Tubos de TV, CRTs

5% Consumo utensilios de vidrio

1% Técnico/laboratorio

1% Otros

Las cerámicas avanzadas forman el segundo sector más grande de la industria. Más de la mitad de este sector es en cerámicas para usos eléctricos-electrónicos y embalajes cerámicos:

36% Capacitores/substratos/embalajes

23% Otras eléctrica/electrónicas cerámicas

13% Otros

12% Porcelana eléctrica

8% Cerámica de ingeniería

8% Fibra óptica

Los superconductores cerámicos de alta-temperatura entran en la categoría de cerámicas avanzados y no representan un área mayor del mercado. Ellos constituyen menos de 1% del mercado de las cerámicas avanzadas. Se ha predicho el crecimiento significante debido al incremento de su uso en los filtros de microonda y resonadores, con la aplicación particular en el área de teléfonos celulares.

Las cerámicas de ingeniería, también llamados cerámicas estructurales, incluyen los componentes resistentes al desgaste como los troqueles, boquillas, y rodamientos. Las biocerámicas como son implantes de cerámica, vitro-cerámicas y coronas dentales abarcan aproximadamente el 20% de este mercado. Las coronas dentales son hechas de porcelana y solamente en los Estados Unidos cada año se hacen por encima de 3x107.

Las ventas de cerámicas blancas que incluyen artículos sanitarios (taza de baño, urinarios, lavamanos, etc.) y artículos de cocina (los platos, tazas, etc.), responden aproximadamente al 10% del mercado total para las cerámicas.

El segmento mayor del mercado de cerámicas blancas responde aproximadamente al 40%, principalmente piso y azulejos. En los Estados Unidos se utiliza aproximadamente

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