Ceramicos

CERAMICOS CONDUCTORES DE ALTA TEMPERATURA

ABSTRACT

The ceramics materials have been follow a large way since the first objects of potter had been built some million years ago. In that time the potter helped to develop the agriculture due to the need of strong recipients to transport and storage grains, fruits and roots. Nowadays the ceramic materials have a lot of usages: The sculptures, surgeon, computers designer and engineers frequently use ceramics in one form or another.

Many building materials like bricks, concrete and glass are considered ceramics. In the last fifty years has been developed other new ceramics, including the aluminium oxide, the silicon nitride.

All the materials share some physic or chemic important properties: Hard and brittle, bad heat and electricity conductors, resistant to high temperatures and resist to a chemic reaction of acids and strong basis. These properties make the base for the definition of a ceramic material.

RESEÑA HISTORICA

El descubrimiento de la superconductividad se remonta a 1908, año en el que el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes llegó a enfriar el helio hasta el punto de su licuefacción, a una temperatura próxima al cero absoluto. Esta experiencia le permitió observar fenómenos desconocidos hasta entonces y casi inconcebibles para los científicos de la época: por un lado, la superfluidez y por el otro lado la superconductividad, que Onnes demostró por primera vez en 1911. Para lograr estas bajas temperaturas es necesario poner las muestras en contacto con helio líquido, elemento difícil de obtener y que requiere de procesos complicados y costosos para mantenerlo en su fase líquida. Desde entonces se inicio una búsqueda ininterrumpida para alcanzar aleaciones que alcanzaran la fase superconductora a temperaturas más elevadas.

La curiosidad que Onnes sentía hacia el comportamiento de la materia a bajas temperaturas lo condujo al descubrimiento de la superconductividad experimentando con el mercurio, siendo posible porque había conseguido la licuación del helio que permitió enfriar los materiales a temperaturas próximas al cero absoluto (-273°C). Puesto que el helio líquido es el mejor método que se conoce de refrigerar a temperaturas

extremadamente bajas, la superconductividad podría verse obligada a esperar el desarrollo de

nuevos materiales con temperaturas críticas más altas para poder ofrecer beneficios fuera del entorno de un laboratorio.

Algunos científicos que trabajaban con superconductores similares a los empleados por Onnes, intentaron subir ligeramente la temperatura crítica mezclando compuestos para formar aleaciones superconductoras. Hacia 1933 la temperatura crítica fue duplicada a 10°K (aún muy baja). El proceso fue lento y frustrante hasta 1941 cuando se encontraron aleaciones de niobio que se volvían superconductoras a 15°K. No fue hasta 1969 cuando la temperatura crítica volvió a duplicarse nuevamente, alcanzando los 20°K. Este avance fue muy importante, puesto que el

hidrógeno se licúa a 20°K. Por primera vez podía utilizarse otro agente refrigerador.

Hacia 1971, los mejores superconductores eran aleaciones de niobio-aluminio y niobio-germanio que alcanzaban esta fase. En 1972 se concedió el Premio Nóbel de Física a J. Bardeen, L.N. Cooper y J.R. Schriffer por sus trabajos realizados a finales de la década de los años cincuenta, que daban cuenta del origen microscópico de la superconductividad.

En 1973, la temperatura crítica subió unos pocos grados más, a 23°K. Durante aproximadamente una década, los científicos intentaron aumentar la temperatura crítica. Experimentaron sin éxito con muchos compuestos y aleaciones.

Finalmente en 1986 dos investigadores de IBM en Zurich anunciaron haber conseguido subir la temperatura crítica a 30°K en un material completamente nuevo. Los nuevos materiales superconductores que no son aleaciones metálicas sino cerámicas hechas a base de óxido de cobre mezclados con bario o estroncio y alguno de los elementos conocidos como tierras raras (lantano, itrio y neodimio).

Alex Müller y Georg Bednorz habían sintetizado un complejo material cerámico (BaLaCuO) que presentaba superconductividad a 30°K. Este extraordinario descubrimiento impulsó a muchos investigadores a trabajar con materiales cerámicos similares. Unos meses después la temperatura crítica fue aumentada a 39°K.

En febrero de 1987 Ching-Wu (Paul) Chu y su equipo de investigación de la Universidad de Houston anunciaron haber desarrollado un superconductor con una temperatura de 98°K (Mezcla de óxido de cobre, bario e itrio (YBaCuO). Este descubrimiento causó un gran impacto en la comunidad científica mundial, pues la barrera impuesta por la necesidad de utilizar helio líquido había sido traspasada.

El nitrógeno se licúa a 77°K, una temperatura bastante inferior a la temperatura crítica alcanzada. El nitrógeno líquido es fácil de transportar en termos aislados, es muy barato, abundante y fácil de enfriar a diferencia del proceso con helio líquido es costoso. En 1988 el óxido de cobre, calcio, bario y talio (TlBaCaCuO) alcanzó una temperatura crítica

de 125°K.

YBa2Cu3O6 YBa2Cu3O7

Las investigaciones efectuadas en el laboratorio de la Escuela Superior de Física y Química Industrial de París en mayo de 1993, trabajando con películas de óxido mixto de cobre, calcio, bario y mercurio (HgBaCaCuO) lograron una temperatura crítica de 133°K. Este mismo equipo logró en diciembre de 1993 una temperatura crítica de 250°K a partir de un compuesto de bismuto, estroncio, calcio y óxido de cobre (BiSrCaCuO).

Los compuestos que han originado los sorprendentes adelantos en materia de superconductividad son todos cupratos de la familia de las perovskitas de cobre, es decir, cristales constituidos por el apilamiento, en todas las direcciones del espacio, de octaedros que contienen en su centro un átomo metálico, el cobre, con átomos de oxígeno en los vértices; los espacios entre los octaedros están ocupados por otro átomo metálico.

Sin embargo, la carrera de la temperatura crítica aún no ha terminado. Los científicos sueñan con superconductores a temperatura ambiente, que no necesiten refrigerarse, la cual está en torno a

los 293°K (20°C).

INTRODUCCION

La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa quemar. En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos.

Desde la década de los 50's en adelante, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio.

El arte tradicional de la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse la historia del rakú, singular técnica milenaria oriental.

Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales.

COMO SE FABRICAN LOS CERÁMICOS

Los cerámicos son fabricados compactando polvos en matrices que son posteriormente calentados a altas temperaturas para enlazar las partículas entre sí.

Las etapas son las siguientes:

PREPARACIÓN DEL MATERIAL.

Los productos están fabricados por aglomeración de partículas. (exceptuando el vidrio y el hormigón)

Se pueden añadir aglutinantes y lubricantes, tanto en seco como en húmedo.

Materias primas variadas en función de de las propiedades requeridas.

Procesado. Tipos:

Prensado en seco:

Se utiliza para fabricar productos refractarios y componentes cerámicos electrónicos.

Tiene lugar al compactar polvos finamente granulados de materias primas con pequeñas cantidades de agua o pegamentos de origen orgánicos en un troquel.

Se procede a un calentamiento (sinterizado) con el fin de que la pieza adquiera las fuerzas y microestructura deseadas.

Compactación isostática:

Los polvos cerámicos se cargan en una matriz flexible (caucho).

La matriz se encuentra dentro de un fluido hidráulico al que se le aplica presión.

Las fuerzas compactan el polvo de manera uniforme en todas las direcciones.

Se somete al calentamiento para obtener la microestructura.

Compresión en caliente:

Se obtienen piezas de alta densidad y propiedades mecánicas optimizadas.

Combinación de la presión y los tratamientos térmicos.

Utilización de presiones unidireccionales como isostáticas.

Moldeo en barbotina:

Proceso de fundición por revestimiento.

ETAPAS:

- Preparación del material cerámico en polvo y de dura emulsión (arcilla y agua) que forman una mezcla estable (barbonita).

- Moldeo de la barbonita en un molde poroso (yeso), que permite la absorción de la parte líquida por el molde. A medida que se absorbe el líquido, se forma una capa de material más o menos dura en la pared del molde.

- Cuando

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