Materiales Materiales CeramicosCeramicos

Materiales CeramicosMateriales Ceramicos

Un amplio grupo de materiales no Un amplio grupo de materiales no metálicos, compuestos por metálicos, compuestos por metales y no metales, unidos por metales y no metales, unidos por enlaces iónicos y/o covalentes.enlaces iónicos y/o covalentes.

Principalmente compuestos de Principalmente compuestos de arcilla, fedelspato y sílicearcilla, fedelspato y sílice

Materiales CerámicosMateriales Cerámicos

Son de utilización muy amplia y Son de utilización muy amplia y antigua en todos los ámbitos.antigua en todos los ámbitos.

Ello se debe a que sus Ello se debe a que sus constituyentes principales (Si, O, constituyentes principales (Si, O, Al) son los elementos más Al) son los elementos más abundantesabundantes

Además se utilizan en su forma Además se utilizan en su forma oxidada, por lo que no sufren oxidada, por lo que no sufren alteraciones del medio ambientealteraciones del medio ambiente

Distribución de los Distribución de los elementoselementos

Distribución de los Distribución de los elementoselementos

ArcillasArcillas

Contienen algunos de los siguientes:Contienen algunos de los siguientes: Sílice (SOSílice (SO22) y Aluminio como silicatos) y Aluminio como silicatos Compuestos de potasioCompuestos de potasio Compuestos de magnesioCompuestos de magnesio Compuestos de calcioCompuestos de calcio

La arena contiene sílica y fedelspato o La arena contiene sílica y fedelspato o Silicatos de aluminio y potasio.Silicatos de aluminio y potasio.

Materiales CerámicosMateriales Cerámicos

Fedelspato (Al2O3.6SiO2 .xxx) Cuarzo (SiO2)

Sílice y SilicatosSílice y Silicatos

El silicio tiene una valencia igual a El silicio tiene una valencia igual a la del carbono, y, como éste, la del carbono, y, como éste, forma compuestos de forma forma compuestos de forma tetraédricatetraédrica

Sílice y SilicatosSílice y Silicatos Estos tetraedros se combinan de Estos tetraedros se combinan de

diferentes maneras según diferentes maneras según compartan 2, 3 o 4 vérticescompartan 2, 3 o 4 vértices

Sílice y SilicatosSílice y Silicatos

Sílice y SilicatosSílice y Silicatos

En el caso de que compartan 2 En el caso de que compartan 2 vértices, tenemos una cadena o vértices, tenemos una cadena o anillo, y el material es fibrosoanillo, y el material es fibroso

Sílice y SilicatosSílice y Silicatos

Si se comparten 3 vértices, se Si se comparten 3 vértices, se forma una estructura laminar:forma una estructura laminar:

Muscovita

Sílice y SilicatosSílice y Silicatos

Cuando se comparten los 4 Cuando se comparten los 4 vértices, tenemos una estructura vértices, tenemos una estructura tridimensionaltridimensional

Feldespato

Tipos de Materiales Tipos de Materiales CerámicosCerámicos

DecorativosDecorativos RefractariosRefractarios VidriosVidrios AbrasivosAbrasivos CementosCementos

Comparación entre Comparación entre metales v materiales metales v materiales cerámicoscerámicos

Metales CerámicasEstructura cristalina Estructura cristalinaMuchos electrones libres Electrones "fijos"Enlace metálico Enlace iónico y/o covalenteBuena conductividad eléctrica Malos conductoresOpacos Transparentes Atomos uniformes Atomos de diferente tamañoGran resistencia a tensión Pobre resistencia a tensiónDúctiles FrágilesFlujo plástico Sin plasticidadBuena resistencia a impacto Pobre resistencia a impactoPeso relativamente elevado Más livianosDureza moderada Dureza extremaNo porosos Altamente porososAlta densidad Baja densidad

Propiedades mecánicas y Propiedades mecánicas y químicasquímicas

Materialdensidad (kg/m3)

Resistencia compresión

(Mpa)Al2O3 385 345Si3N4 319 690SiC 310 550

ZrO2 9% MgO 550 690

Propiedades mecánicas y Propiedades mecánicas y químicasquímicas

CompuestoDiferencia

electronegatividad % iónico % covalenteDióxido de circonio 2,3 73 27Oxido de magnesio 2,2 69 31Oxido de aluminio 2 63 37Dióxido de silicio 1,7 51 49Nitruro de silicio 1,3 34,5 65,5

Carburo de silicio 0,7 11 89

Compuesto Fórmula Punto de fusión °COxido de magnesio MgO 2798Dioxido de circonio ZrO2 2750

Carburo de boro B4C3 2450Oxido de aluminio Al2O3 2050Dióxido de silicio SiO2 1715

Materiales CerámicosMateriales Cerámicos tradicionalestradicionales

Hechos de arcillas naturales y Hechos de arcillas naturales y mezclas con cerámicos mezclas con cerámicos cristalinos. cristalinos.

Incluyen:Incluyen: ““Cerámicas”Cerámicas” Productos estructuralesProductos estructurales RefractariosRefractarios

CerámicasCerámicas

VajillaVajilla Piso y paredPiso y pared SanitariosSanitarios Porcelana eléctricaPorcelana eléctrica Cerámicas decorativasCerámicas decorativas

Cerámicas: BañosCerámicas: Baños

Moldeo por drenadoMoldeo por drenado

Sinter and Serve

RefractariosRefractarios

Ladrillos para calderas y hornos. Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto contenido de sílice Tienen un alto contenido de sílice o aluminio.o aluminio.

Son utilizados en la fabricación de Son utilizados en la fabricación de hierro y acero, metales no hierro y acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos, ferrosos, vidrio, cementos, conversión de energía, petróleo, e conversión de energía, petróleo, e industrias químicas.industrias químicas.

RefractariosRefractarios

Usados para proveer protección térmica a Usados para proveer protección térmica a otros materiales a temperaturas muy altas, otros materiales a temperaturas muy altas, como en la producción de acero (Tcomo en la producción de acero (Tmm=1500°C), =1500°C), fundiciones de metal, etc.fundiciones de metal, etc.

Compuestos princimpalmente de alúmina Compuestos princimpalmente de alúmina (Al(Al22OO33) (T) (Tmm=2050°C) y sílice junto a otros =2050°C) y sílice junto a otros óxidos: MgO (Tóxidos: MgO (Tmm=2850°C), Fe=2850°C), Fe22OO33, TiO, TiO22, etc., y , etc., y tienen una porosidad mayor al 10% en tienen una porosidad mayor al 10% en volumen. volumen.

También se utilizan BeO, ZrOTambién se utilizan BeO, ZrO22, SiC, y grafito , SiC, y grafito con baja porosidadcon baja porosidad

Ladrillo refractarioLadrillo refractario

Cerámicos AmorfosCerámicos Amorfos (vidrios)(vidrios)

Principal componente: Silice (SPrincipal componente: Silice (SiiOO22) ) Si se enfría despacio se obtiene un compuesto Si se enfría despacio se obtiene un compuesto

cristalino.cristalino. Si se enfría más rápido se obtiene una Si se enfría más rápido se obtiene una

estructura amorfa que consiste de cadenas estructura amorfa que consiste de cadenas desordenadas de átomos de Silice y Oxígeno. desordenadas de átomos de Silice y Oxígeno.

A esto se debe su transparencia, ya que los A esto se debe su transparencia, ya que los bordes cristalinos desvían la luz, causando bordes cristalinos desvían la luz, causando reflexión. reflexión.

El vidrio puede ser templado para aumentar su El vidrio puede ser templado para aumentar su tenacidad y resistencia.tenacidad y resistencia.

Tipos de vidrioTipos de vidrio

Hay tres tipos comunes:Hay tres tipos comunes: Vidrio de soda y calVidrio de soda y cal - 95% de ellos, - 95% de ellos,

vidrios, contenedores, etcvidrios, contenedores, etc Vidrios con plomo - contiene óxido de - contiene óxido de

plomo para mejorar el índice de plomo para mejorar el índice de refracción.refracción.

Borosilicatado - contiene óxido de - contiene óxido de boro, conocido como Pyrex. boro, conocido como Pyrex.

VidriosVidrios

Plano (ventanas)Plano (ventanas) Vidrio de contención (botellas)Vidrio de contención (botellas) Vidrio soplado (vajilla)Vidrio soplado (vajilla) Fibra de vidrio (aislante)Fibra de vidrio (aislante) Vidrios avanzados/especiales Vidrios avanzados/especiales

(fibra óptica) (fibra óptica)

Contenedores y botellasContenedores y botellas

Procesado por presiónProcesado por presión

Moldeo por sopladoMoldeo por soplado

Vidrio en edificiosVidrio en edificios

Proceso de platoProceso de plato

Vidrio templadoVidrio templado

La resistencia del vidrio puede ser La resistencia del vidrio puede ser mejorada induciendo tensiones residuales mejorada induciendo tensiones residuales de compresión en la superficie.de compresión en la superficie.

La superficie permanece comprimida, La superficie permanece comprimida, cerrando pequeñas fracturas.cerrando pequeñas fracturas.

Proceso de Proceso de endurecimientoendurecimiento

Templado:Templado:– Se calienta por encima de TSe calienta por encima de Tgg pero debajo del pero debajo del

punto de fusiónpunto de fusión– Se enfría en agua o aceiteSe enfría en agua o aceite– La superficie se enfría a TLa superficie se enfría a Tgg antes que el antes que el

interiorinterior– Cuando el interior se enfría y contrae Cuando el interior se enfría y contrae

comprime la superficie.comprime la superficie.

Endurecimiento químico:Endurecimiento químico:– Cationes con gran radio iónico se difunden en Cationes con gran radio iónico se difunden en

la superficiela superficie– Esto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas Esto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas

compresivas y tensiones.compresivas y tensiones.

Vidrio de seguridadVidrio de seguridad

¡Muchos intentan ¡Muchos intentan romperlo con romperlo con piedras o palos piedras o palos pero el vidrio pero el vidrio permanece intacto permanece intacto ! Cada tanto se ! Cada tanto se muestra el video muestra el video de alguien de alguien queriendo sacar el queriendo sacar el dinerodinero

Vidrio con plomoVidrio con plomo

Cerámicos cristalinosCerámicos cristalinos

Buenos aislantes eléctricos y refractarios.Buenos aislantes eléctricos y refractarios. El óxido de magnesio se utiliza como El óxido de magnesio se utiliza como

aislante en elementos calientes y cables.aislante en elementos calientes y cables. Oxido de aluminioOxido de aluminio Oxidos de BerilioOxidos de Berilio Carburo de BoroCarburo de Boro Carburo de Tungsteno Carburo de Tungsteno Usado como abrasivos en máquinas Usado como abrasivos en máquinas

cortantes.cortantes.

AbrasivosAbrasivos

Naturales (granate, diamante, Naturales (granate, diamante, etc.)etc.)

Abrasivos Sintéticos (carburo de Abrasivos Sintéticos (carburo de sílice, diamante, alúmina, etc.) se sílice, diamante, alúmina, etc.) se utilizan para perforar, cortar, utilizan para perforar, cortar, pulir.pulir.

CementosCementos Usados para producir caminos, Usados para producir caminos,

puentes, edificios, represas.puentes, edificios, represas.

Cerámicas avanzadasCerámicas avanzadas Se desarrollaron en los últimos 50 años Se desarrollaron en los últimos 50 años

Aplicados como coberturas térmicas para proteger Aplicados como coberturas térmicas para proteger estructuras metálicas, cubrir superficies, o como estructuras metálicas, cubrir superficies, o como compuestos importantes por sí mismos.compuestos importantes por sí mismos.

Las aplicaciones en motores son típicas de estos Las aplicaciones en motores son típicas de estos materiales, que incluyen el nitrito de sílice (Simateriales, que incluyen el nitrito de sílice (Si33NN44), ), carburo de silicio (SiC), Zirconia (ZrOcarburo de silicio (SiC), Zirconia (ZrO22) y Alumina ) y Alumina (Al(Al22OO33) )

Su resistencia al calor y otras propiedades han llevado Su resistencia al calor y otras propiedades han llevado al desarrollo de métodos para endurecerlos al desarrollo de métodos para endurecerlos reforzándolos con fibras , abriendo un campo de reforzándolos con fibras , abriendo un campo de aplicaciones para estos materialesaplicaciones para estos materiales

Cerámicas avanzadasCerámicas avanzadas Estructura:Estructura: biocerámicas, herramientas de biocerámicas, herramientas de

corte, componentes de motores, blindajes.corte, componentes de motores, blindajes. EléctricosEléctricos : : capacitores, aislantes, capacitores, aislantes,

circuitos integrados , piezoeléctricos, circuitos integrados , piezoeléctricos, magnetos y superconductoresmagnetos y superconductores

Recubrimientos:Recubrimientos: componentes de componentes de motores, herramientas de cortemotores, herramientas de corte

Químicas y ambientales:Químicas y ambientales: Filtros, Filtros, membranas, catálisis.membranas, catálisis.

Componentes de motoresComponentes de motores

Rotor (Alúmina)

Engranajes (Alúmina)

TurbocargadorTurbocargador

Rotor Cerámico

Discos de freno Discos de freno cerámicoscerámicos

McLaren Mercedes BenzMcLaren Mercedes Benz

Carburo de silicioCarburo de silicio

Componentes de Componentes de automóvilautomóvil

Elegidos por su Elegidos por su resistencia al resistencia al calor y desgastecalor y desgaste

Armaduras cerámicasArmaduras cerámicas

Utilizadas en el ejército. Utilizadas en el ejército.

Ventaja: baja densidad del material que lo hace Ventaja: baja densidad del material que lo hace eficienteeficiente

Materiales cerámicos típicos: alúmina, carburo de Materiales cerámicos típicos: alúmina, carburo de boro, carburo de silicio, y diboro de titanio boro, carburo de silicio, y diboro de titanio

El material cerámico es discontinuo y forma un El material cerámico es discontinuo y forma un “sandwic” entre un exterior más dúctil y una fibra “sandwic” entre un exterior más dúctil y una fibra interna interna

La capa externa debe ser suficientemente dura La capa externa debe ser suficientemente dura para frenar el proyectil.para frenar el proyectil.

La mayor parte de la energía de impacto es La mayor parte de la energía de impacto es absorbida por la fractura de la cerámica y absorbida por la fractura de la cerámica y cualquier energía cinética remantente es cualquier energía cinética remantente es absorbida por la capa interna, que también sirve absorbida por la capa interna, que también sirve para contener los fragmentos de cerámica y el para contener los fragmentos de cerámica y el proyectil evitando un impacto severo. proyectil evitando un impacto severo.

La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en hojas de 20 mm. se utilizan para proteger áreas hojas de 20 mm. se utilizan para proteger áreas críticas del avión Hércules.críticas del avión Hércules.

Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de fácil reemplazo.fácil reemplazo.

Cerámicos – Blindaje Cerámicos – Blindaje compuestocompuesto

Projectile

Outer hard skin

Ceramic-Discontinuous

Innerductileskin

PersonnelandEquipment

Ceramic Armor System

Carburo de síliceCarburo de sílice

Blindaje corporal Blindaje corporal y otros y otros compuestos compuestos elegidos por sus elegidos por sus propiedades propiedades balísticas.balísticas.