Ceramicos Y Vidrios

CERÁMICOS Y VIDRIOS

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 las diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Los materiales 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 química relativamente alta en muchos más 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 específico de ingeniería.

ESTRUCTURA CRISTALINA DEL CERÁMICO

Los cerámicos y los vidrios son materiales sólidos no metálicos e inorgánicos constituidos por elementos metálicos tales como el silicato o el boro y no metálicos tales como el oxígeno, carbón o nitrógeno 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.

Los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente altas y, así mismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los medios más agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces. Debido a estas propiedades los materiales cerámicos son indispensables para muchos de los diseños de ingeniería. Los cerámicos son predominantemente de estructura cristalina a diferencia del vidrio que tiene una estructura no cristalina amorfa. Muchos vidrios se forman por un proceso de someter a altas temperaturas una muestra de arena de cuarzo (SiO2) para luego enfriarla rápidamente obteniendo un material claro no cristalino denominado sílice tendido o vidrio. En contraste los cerámicos no se obtienen por un proceso de fundición, sino por la unión de partículas finas que constituyen un sólido. En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso específico en ingeniería.

PROCESADO DE LOS CERÁMICOS

La mayoría de los productos cerámicos tradicionales y técnicos son manufacturados

compactando polvos o partículas en matrices que se calientan posteriormente a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre sí. Las etapas básicas para el procesado de cerámicos por aglomeración de partículas son: 1) preparación del material; 2) moldeado o colada; 3) tratamiento térmico de secado (que normalmente no se requiere) y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.

PREPARACIÓN DE MATERIALES. La mayoría de los productos están fabricados por

aglomeración de partículas (hay dos excepciones importantes: los productos de vidrio y el moldeo de hormigón). Las materias primas para estos productos varían dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros ingredientes, tales como cimentadores y lubricantes, pueden ser mezclados en seco o en húmedo. Para productos cerámicos que no necesitan tener propiedades muy “críticas”, tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, es una práctica común mezclar los ingredientes con agua. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con cimentadores y otros aditivos. Algunas veces se combinan ambos procesos –húmedo y seco- . Por ejemplo, para producir un tipo de cerámicos con gran proporción de alúmina (Al2O3) que sea buen aislante, las partículas de materia prima se mezclan con agua y junto con un cimentador de cera para formar una suspensión que posteriormente se atomiza y seca para formar pequeñas partículas esféricas.

TÉCNICAS DE CONFORMADO

Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden conformarse mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o líquidas. Los procesos de conformado en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. Prensado, moldeo en barbotina y extrusión son los métodos de modelado de cerámicos que se utilizan más comúnmente.

PRENSADO. La materia prima cerámica puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de una matriz para formar productos con una forma determinada. Hay dos excepciones importantes: los productos de vidrio y el moldeo de hormigón.

EXTRUSIÓN. Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos se pueden producir por extrusión de los materiales en estado plástico a través de un troquel de embutir. Este método es de aplicación común en la fabricación de por ej.: ladrillos refractarios, tubos de alcantarillado, cerámicas técnicas, y aislantes. Los recursos más utilizados son las máquinas de extrusión tipo tornillo sin fin, accionado por un motor.

Las cerámicas especiales de aplicación técnica casi siempre se fabrican utilizando un pistón de extrusión bajo alta presiones, de manera de obtener tolerancias precisas.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

El tratamiento térmico es un paso esencial en la fabricación de la mayoría de los productos cerámicos.

SECADO Y ELIMINACIÓN DEL AGLUTINANTE. El propósito del secado es eliminar el

agua del cuerpo cerámico plástico antes de someterlo a altas temperaturas. Generalmente esto se lleva a cabo a menos de 100°C, y puede demorar más de 24 hs. La mayoría de los cimentadores orgánicos pueden extraerse de las piezas cerámicas por calentamiento en un rango de 200°C a 300°C, aunque algunos residuos hidrocarbonados pueden requerir temperaturas superiores.

SINTERIZACIÓN. Es el proceso mediante el cual se logra que pequeñas partículas de un material se mantengan unidas por difusión en estado sólido. En

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