Definicion Y Propiedades Generales De Los Materiales Ceramicos

DEFINICIÓN Y PROPIEDADES GENERALES

Los materiales cerámicos están fabricados por productos inorgánicos (no contienen carbono) de alto punto de fusión.

En Electrotecnia se emplean los materiales cerámicos como aislantes, cuando son necesarias especiales condiciones de resistencia mecánica, de resistencia térmica, etc., junto con las cualidades específicamente dieléctricas. Todos los materiales cerámicos empleados en Electrotecnia tienen una resistencia excepcional al calor, a los cambios de temperatura y a la humedad. No son atacados por los álcalis ni por los ácidos, aun en fuerte concentración, excepción hecha del ácido fluorhídrico.

Los cuerpos fundamentales que entran en la composición de los materiales cerámicos son, esencialmente:

• Silicatos alumínicos (arcilla, caolín, etc.)

• Silicatos magnésicos (talco)

A estos componentes fundamentales se añaden otros muchos constituyentes secundarios, entre ellos: el cuarzo, el feldespato, la alúmina, el carburo silícico, etc.

CLASIFICACIÓN DEL OS MATERIALES CERÁMICOS

Una primera clasificación parte de la permeabilidad de los materiales cerámico:

• Materiales compactos.

• Materiales porosos.

Una segunda clasificación es según su composición básica, los materiales cerámicos se dividen en cinco grandes grupos, que se definen a continuación.

GRUPO I. Comprende los materiales construidos predominantemente por silicatos de aluminio (arcilla, caolín, etc.), los más conocidos son la porcelana y la loza vidriada.

GRUPO II. Comprende los materiales en cuya constitución entra en gran proporción, los silicatos magnésicos (talco), el más representativo es la esteatita.

GRUPO III. En este grupo se incluyen los materiales cerámicos con alta proporción de compuestos de titanio (principalmente, óxidos y silicatos). Los más empleados son los que emplean el bióxido de titanio como material básico, y que se conocen con los nombres comerciales de Condensa, Kerafar, etc.

GRUPO IV. En este grupo están incluidos los materiales a base de mezclas que contienen sustancias arcillosas y esteatitas en proporciones adecuadas, de forma que el material acabado tiene un coeficiente de dilatación muy reducido. Se conocen con varios nombres comerciales, tales como Ardostam, Sipa, etc.

GRUPO V. Al contrario que en los grupos anteriores, los de este grupo tienen estructura porosa. Están constituidos a base de masas arcillosas o de silicatos de magnesio y se caracterizan, sobres todo, por su gran resistencia al calor. Se conocen con diversos nombres comerciales: Magnesolita, Termisol, Calodur, Morganita, etc.

En nuestra explicación utilizaremos preferentemente la clasificación anterior.

PORCELANA ELECTROTÉCNICA

La porcelana electrotécnica es el más importante de los materiales cerámicos empleados en Electrotecnia. Los materiales básicos que la constituyen, son los siguientes:

• el caolín o tierra de porcelana cuya composición corresponde a la siguiente fórmula:

Al2 O3 - 2 Si O2 - 2 H2 O

• el cuarzo u óxido de silicio de fórmula:

Si O2

• el feldespato, nombre genérico de un grupo de minerales petrogenétcos o formadores de rocas. Todos los feldespatos son silicatos anhídros de aluminio, con potasio, sodio y calcio. Su fórmula es la siguiente:

K2 O - Al2 O3 - 6 Si O2

Los tres componentes citados se mezclan bien y se amasan con agua, quitando las impurezas. El agua se elimina mediante filtros-prensa. Antes de la cocción se le da la forma debida, mediante tres procedimientos distintos:

• Moldeo por prensado. Se denomina también porcelana preparada por vía seca y se obtiene por moldeado, a presión, en moldes de acero, estando la porcelana reducida a polvo y ligeramente humedecida; con moldes apropiados pueden obtenerse piezas de forma muy variadas.

Con este procedimiento se consiguen piezas de dimensiones muy precisas.

• Moldeo a torno, utilizado principalmente para aplicaciones en alta tensión: aisladores de apoyo y de cadena, pasamuros, pasatapas, etc. Se denomina también porcelana preparada por vía húmeda. Se elabora en formas y tamaños convenientes.

• Moldeo por colada es decir, porcelanas preparadas por fusión.

Antes de su moldeado, la pasta se divide en bloques que corresponden aproximadamente al tamaño de la pieza terminada.

Después de moldeadas, se secan las piezas y luego se cuecen, esmaltándolas después. El esmalte está constituido de la siguiente forma:

79,1 % de óxido silícico (Si O2)

13,4 % de óxido de aluminio (Al2 O3)

4 % de óxido de calcio (Ca O)

1,2% de óxido de magnesio (Mg O)

1,4% de óxido de potasio (K2 O)

Después del esmaltadas, se procede a la cocción definitiva, con lo que se forma un nuevo silicato, denominado silimanita, y cuya fórmula es:

Al2 O3 - Si O2

La composición aproximada de la porcelana electrotécnica para usos generales, es la siguiente:

50 % de caolín

25 % de cuarzo

25 % de feldespato

MATERIALES CERÁMICOS A BASE DE COMPUESTOS DE TITANIO

Estos materiales cerámicos están incluidos en el Grupo III. Se caracterizan sobre todo, por una constante dieléctrica elevada, unido aun pequeño factor de pérdidas dieléctricas, incluso a muy altas frecuencias, por lo que resultan muy adecuados para el aislamiento de condensadores, especialmente en frecuencias elevadas.

El principal constituyente de este grupo es el óxido de titanio. Pero, debido a su elevado precio y difícil obtención, el óxido de titanio puro solamente se emplea en casos muy especiales. Normalmente, se utilizan compuestos cerámicos cuyo componente básico es el óxido de titanio.

También se incluyen en este grupo, los materiales cerámicos que contienen titanato de magnesio que se caracterizan por una constante dieléctrica media pero un factor de pérdidas extraordinariamente pequeño para altas frecuencias.

MATERIALES CERÁMICOS DE REDUCIDO COEFICIENTE

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