Estructura De Los Ceramicos

6.1 Estructura de los cerámicos

Enlace atómico: parcial o totalmente iónico

Iones metálicos: cationes (ceden sus electrones, +), aniones (aceptan

electrones, - ).

Estructuras cristalinas, compuestas de dos o más elementos.

La estructura está determinada por: el valor de la carga eléctrica de los

iones (el cristal debe ser eléctricamente neutro) y los tamaños relativos

de los cationes y aniones (número de coordinación).

a) Estructura cristalina tipo XY (X: catión, Y: anión)

Igual número de cationes y aniones.

Ejemplos: cloruro de sodio (NaCl), cloruro de cesio (CsCl), blenda

(ZnS), etc.

Fig. 6.1 Enlace iónico

Fig. 6.2 Estructura del NaCl

b) Estructura cristalina tipo XmYp

Número de cationes distinto del número de aniones

m y p son diferentes de 1.

Ejemplos: fluorita (CaF2), UO2, ThO2, etc.

Materiales de Ingeniería – E. Donoso

Fig. 6.3 Flurita (CaF2)

(Ca2+, F-)

c) Estructura cristalina tipo XmZnYp

Dos tipos de cationes (X y Z) y un anión (Y)

Ejemplos: perouskita (BaTiO3), SrZrO3, SrSnO3, espinela (MgAl2O4,

FeAl2O4).

Fig. 6.4 Perouskita (BaTiO3)

Ti4+

O2-

Ba+2

d) Densidad r de los cerámicos cristalinos



c A

Y X

V N

n A A



n: N° de iones

AY, AX: suma de pesos atómicos de cationes y aniones, respectivamente

Vc: volumen de la celda unitaria

NA: N° de Avogadro (&,023 x 1023 iones/mol).

Materiales de Ingeniería – E. Donoso

Los materiales cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Tienen amplias propiedades mecánicas y físicas. Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los cerámicos son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química, resistencia a la compresión.

La estructura de los cerámicos cristalinos.

Estructura Perovskite

Se encuentra en varios cerámicos eléctricos . En este tipo de celdas están 3 tipos de iones, que son iones de bario, iones de oxigeno y iones de titanio. La distorsión de la celda unitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.

Estructura del corindón

Es similar a una estructura hexagonal compacta. Algunos cerámicos tienen esta estructura como son: Cr2O3 y Fe2O3.

Estructura de espinel

Tiene una celda unitaria cúbica , en cada uno de sus cubos menores hay iones de oxigeno, hay 4 intersticiales octaédricos y 8 sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan 3. En los espineles inversos, el ión bivalente y la mitad de los iones trivalentes se localizan en los sitios octaédricos.

Grafito

A veces se le considera como cerámico, tiene una estructura hexagonal por capas y se usa como material refractario, lubricante y como fibra.

La estructura de los silicatos cristalinos

En el sílice, el enlace covalente requiere que los átomos de silicio tengan junto 4 átomos de oxígeno, creando así una estructura retraédrica, esta es la unidad estructural fundamental del sílice, de las arcillas y de silicatos vítreos.

Los compuestos de silicatos forman una serie de soluciones sólidas conocidas como olivinos y ortosilicatos

Estructuras de anillo y de cadena: se forman cuando dos vértices del tetraedro se comparten con otros grupos tetraédricos. Hay una amplia cantidad de materiales cerámicos que tienen estructura de metasilicato.

Estructuras laminares: cuando la relación O, Si resulta en la fórmula Si2O3, los tetraedros se combinan para formar estructuras laminares, en una formación ideal, 3 átomos de oxígeno formando un patrón hexagonal. La caolinita que es una arcilla común esta compuesta por láminas de silicato enlazadas iónicamente a una hoja compuesta por ciertos grupos, las arcillas son componentes importantes de muchos cerámicos.

Sílice: conforme incrementa la temperatura, el sílice cambia de cuarzo alfa a cuarzo beta a tridimita beta a cristobalita beta y a líquido, la transformación de cuarzo alfa a beta crea un cambio de dimensión en el sílice, acompañado por esfuerzos altos e incluso por agrietamiento.

Imperfecciones en las estructuras cerámicas cristalinas.

Defectos puntuales: en los cerámicos se forman soluciones sólidas sustitucionales e intersticiales, es difícil mantener una distribución equilibrada de cargas cuando se introducen iones de solución sólida, pero a los cerámicos se puede acomodar de muchas maneras las deficiencias o los excesos en las cargas. El tipo y número de iones absorbidos afectan la química superficial de las plaquetas, pero esto a su vez afecta la conformabilidad y resistencia de los productos cerámicos basados en arcillas.

Dislocaciones: no se mueven con facilidad, como no hay deslizamiento las grietas no se redondean, en consecuencia su propagación es continua.

Defectos

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