Comportamiento De Los Materiales

INTRODUCCIÓN:

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos enlazados principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Las composiciones químicas de los materiales cerámicos varían considerablemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas enlazadas.

Las propiedades de los materiales cerámicos también varían mucho debido a diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Los materiales cerámicos se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente altas y, asimismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los medios mas agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces. Debido a estas propiedades los materiales cerámicos son indispensables para muchos de los diseños en ingeniería.

En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso especifico en ingeniería. Normalmente los materiales cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice(pedernal) y feldespato. Ejemplos de cerámicos tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica. Las cerámicas ingenieriles, por el contrario, están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro de silicio(Si3N4). Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conducción térmica.

Estructuras de los Cerámicos Sencillos:

Algunos compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas están recogidos en la tabla 10.1 con sus puntos de fusión.

Tabla 10.1

Compuesto cerámico Punto de Fusión,°C Compuesto cerámico Punto de Fusión,°C

Carburo de afnio, HfC 4150 Carburo de boro, B4C 2450

Carburo de titanio, TiC 3120 Oxido de aluminio, Al2O3 2050

Carburo de wolframio, WC 2850 Dióxido de silicio, SiO2 1715

Oxido de magnesio. MgO 2798 Nitruro de silicio, Si3N4 1900

Carburo de silicio, SiC 2500 Dióxido de titanio, TiO2 1605

En los compuestos cerámicos listados, el enlace atómico es una mezcla de los tipos iónico y covalente para los enlaces entre átomos en estos compuestos se pueden obtener considerando las diferencias de electronegatividad entre los diferentes tipos de átomos en los compuestos y utilizando la ecuación de Pauling para el porcentaje de carácter iónico. La cantidad de enlace iónico o covalente entre los átomos de estos compuestos es importante porque determina en alguna medida que tipo de estructura cristalina se formara en el compuesto cerámico.

Los sólidos (cerámicos) iónicos el empaquetamiento de los iones esta determinado principalmente por los siguientes factores:

1- El tamaño relativo de los iones en el sólido iónico (considerando los iones como esferas compactas de radio definido).

2- La necesidad de balancear las cargas electrostáticas para mantener la neutralidad eléctrica en el sólido iónico.

Limitaciones de tamaño para el empaquetamiento denso de iones en un sólido iónico: los sólidos iónicos están formados por cationes y aniones. En el enlace iónico algunos átomos pierden sus electrones más externos para convertirse en cationes y otros ganan electrones para convertirse en aniones. Por tanto, los cationes son normalmente mas pequeños que los aniones enlazados con ellos.

Cuanto mayor sea el numero de aniones que rodean al catión central, mas estable es el sólido. Sin embargo, los aniones deben estar en contacto con el catión central y deben mantener la neutralidad de carga.

ÁREAS DE INVESTIGACIÓN

MATERIALES CERÁMICOS TIPO-PEROVSQUITA

Una amplia gama en la investigación de titanatos conducida por Arvids Stashans.

Particularmente al momento estamos envueltos en la siguiente investigación:

(i) polarones libres en la estructura cúbica del BaTiO3. Impurezas(donor y aceptor) dopando en BaTiO3. Estudios de polarones atrapados por las impurezas de Al y Sc: estructura, distorsión de la red, energías de absorción. Estudios del dopaje con La y Nb en el BaTiO3: niveles de energía locales dentro de la banda de energías prohibidas, efectos ocasionados por los defectos en el espectro de absorción (Henry Pinto y Edgar Javier Patiño). Maquina para fabricación de cerámica

(ii) defectos inducidos por radiación en SrTiO3: polarones libres y atrapados por las impurezas del tipo aceptor, centros F+ y F en fases cúbica y tetragonal, su influencia sobre las propiedades estructurales y ópticas del SrTiO3. (Arvids Stashans y Luis Fernando Vargas)

(iii)dopaje con La en SrTiO3: efectos de la impureza sobre las bandas de energías, la estructura atómica, estudios de los efectos de la concentración de La en las propiedades de SrTiO3. (Paul Sánchez).

(iv) parametrización del cristal PbTiO3 dentro del INDO modificado para cristales considerando las estructuras cúbica y tetragonal. Estudios de la impureza de Zr en el PbTiO3: configuraciones del equilibrio, distorsión de la red, posible influencia de impureza sobre las

propiedades electrónicas del material (Arvids Stashans y Juanita Coloma).

(v) dopaje con Nb y La en CaTiO3: ubicación de los niveles locales de energía de un electrón dentro del intervalo de la banda de energías prohibidas, distorsiones de la red cristalina, efectos de la transferencia del electrón a la banda de conducción del CaTiO3 y modelos analíticos. (Franklin Erazo)

(vi) las superficies de SrTiO3: estructura de las bandas electrónicas y estabilidad de las siguientes superficies: (001), (110) y (111) en las fases cúbica y tetragonal del

...