Ceramicos

MATERIALES CERÁMICOS

Los materiales cerámicos tienen como característica química estar compuestos principalmente por enlaces iónicos y covalentes, que se ordenan en forma específica, dándole al material una estructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades distintivas. Son materiales inorgánicos, de baja conducción eléctrica y mecánicamente frágiles. Algunos de estos materiales se utilizan desde la Antigüedad, pues son los materiales de uso en construcción más extendidos y antiguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta. Ladrillos, adobes y todo tipo de tabiques usados en construcción son ejemplos de estos.

Edificación de ladrillos de la antigua Mesopotamia.

Sin embargo, en la actualidad, los diversos métodos de producción han permitido crear cerámicas avanzadas o estructurales, materiales de muy diversas características, incluyendo aquellas con buena conductividad eléctrica o con mejores propiedades mecánicas, por lo que el uso de estos va más allá que el de la edificación.

Estos materiales se pueden clasificar en cerámicas basadas en óxidos y en basadas en nitruros, carburos, silicuros y otros. Entre las cerámicas avanzadas cabe destacar la alúmina, la berilia, los carburos, los nitruros y los boruros.

La producción de cerámicas avanzadas sigue las etapas de producción de polvos, preparación de la masa por humectación, conformado y secado, prensado y sinterización, aplicando el calor con o sin presión simultánea, para acabar con el mecanizado. La correcta composición de los polvos constituye un punto fundamental del proceso, para lo que es preciso eliminar totalmente las impurezas y uniformar el tamaño de las partículas. Los procesos más utilizados industrialmente son:

 La fundición por revestimiento. Una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El líquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.

 La conformación plástica en húmedo. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a través de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta.

 Prensado con polvo seco. Se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.

 El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Se obtienen mayor densidad y tamaño más fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.

 La compactación isostática. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frio.

Algo que cabe señalar dentro de la clasificación de las cerámicas es que los vidrios NO son materiales cerámicos, se estudian de forma aparte, pues aunque tienen características similares, no son materiales sólidos sino líquidos subenfriados y su estructura no es cristalina sino amorfa (desordenda).

TIPO DE SUSTANCIA

• Son compuestos inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos.

• Su enlace puede ser iónico o covalente.

• Presenta estructura cristalina.

Estructura cristalina

Un gran número de materiales cerámicos poseen estructuras típicas como la estructura del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (CaF2). Sin embargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinas más complicadas y variadas. Entre estas estructuras podríamos destacar las más importantes como son:

• Estructura perovskita(CaTiO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario y oxigeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones oxido en el centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxígeno.

• Estructura del corindón (Al2O3). Es similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de metal y 18 de oxígeno.

• Estructura de espinela (MgAl2O4). Donde los iones oxigeno forman un retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en particular.

• Estructura de grafito. Tiene una estructura hexagonal compacta.

PROPIEDADES

• PROPIEDADES MECÁNICAS

Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano.

• PROPIEDADES MAGNÉTICAS

No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferromagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.

• PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica.

Algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.

• PROPIEDADES TÉRMICAS

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este hecho son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios,

...