Cerámicos

Propiedades Físicas

La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor.

Hasta los años 1950, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio.

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 denominada sílice tendida o vidrio.

Propiedades mecánicas de la cerámica

Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

El módulo de elasticidad alcanza valores bastante altos del orden de 311 GPa en el caso del Carburo de Titanio (TiC). El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta.

Comportamiento eléctrico

Una de las áreas de mayores progresos con la cerámica es su aplicación a situaciones eléctricas, donde pueden desplegar un sorprendente conjunto de propiedades.

Aislamiento eléctrico y comportamiento dieléctrico

La mayoría de los materiales cerámicos no son conductores de cargas móviles, por lo que no son conductores de electricidad. Esto se debe a que los enlaces iónico y covalente restringen la movilidad iónica y electrónica, es decir, son buenos aislantes eléctricos. Cuando son combinados con fuerza, permite usarlos en la generación de energía y transmisión.

Las líneas de alta tensión son generalmente sostenidas por torres de transmisión que contienen discos de porcelana, los cuales son lo suficientemente aislantes como para resistir rayos y tienen la resistencia mecánica apropiada como para sostener los cables.

Una sub-categoría del comportamiento aislante es el dieléctrico. Un material dieléctrico mantiene el campo magnético a través de él, sin inducir pérdida de energía. Esto es muy importante en la construcción de condensadores eléctricos.

Propiedades Ópticas

Cerámicos cristalinos

Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.

Cerámicos no cristalinos

Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.

Vitro cerámicos

Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la aparición de microcristales que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica.

Propiedades magnéticas

  FBr-I FSr-III FSr-IV FSr-V  

Inducción Remanente 2.100 3.600 4.000 4.200 Gauss

Fuerza Coercitiva 1.850 3.000 2.350 2.500 Oe.

Energía máxima 1 3,2 3,7 4 MGOe.

Coeficiente magnético de Temp. 0,2 0,2 0,2 0,2 % ºC

Máx. Temperatura de Trabajo 170 180 180 180 ºC

Densidad 4,5-4,6 4,9-5 4,9-5 4,9-5 Gr/cm

Punto Curie 450 450 450 450 ºC

Propiedades Termicas

Las propiedades térmicas de mayor interés incluyen calor específico, conductibilidad y expansión térmica. Las principales propiedades que mejoran la resistencia al choque térmico son la baja expansión térmica, alta conductibilidad térmica y alta resistencia. En general los materiales cerámicos no tienen una resistencia al choque térmico parcialmente buena debido a su naturaleza quebradiza. Se emplean en muchas aplicaciones en las que no podrían ser utilizados materiales dúctiles debido a las superiores propiedades de la alta temperatura. Algunos materiales como la sílice fundida, cordierita y aluminisilicatos de litio tienen un poco expansión térmica y buena resistencia al choque térmico, a pesar de ser débiles en comparación con otros cerámicos.

Conclusiones

El presente estudió permitió alcanzar las siguientes conclusiones:

• Las propiedades mecánicas de morteros, sustituyendo 30% del cemento por SC, T120 y AS-900 fueron:- similares a la referencia a los 7 días- superiores a la referencia a partir de los 28 días.

• Todas las adiciones minerales activas desarrollaron un adecuado proceso de reacción puzolánica, destacándose significativamente la arcilla calcinada (AS-900).

• El proceso de molido de las materias primas tiene una gran influencia en la reactividad de suelos arcillosos y arcillas sedimentadas. Gracias a esta molienda, además de incrementarse en dichos sistemas el consumo de hidróxido de calcio respecto a la referencia, existe un aumento de la compacidad de la mezcla al usar materiales más finos que el cemento Pórtland.

• El uso de adiciones minerales activas provocan un refinamiento de la estructura de poros del material.

• La distribución y morfología de poros parece influir directamente en la definición de las resistencias mecánicas.

• Los morteros obtenidos de los sistemas arcillosos (T120 y AS-900) muestran una reducción de su sorptividad a los 28 días respecto a la referencia de Pórtland puro.

• El uso de adiciones minerales activas reduce la porosidad capilar del material, destacándose la arcilla calcinada con una disminución de más del 60% respecto a la referencia.

• Siempre y cuando estén finamente molidos, las arcillas calcinadas a 900 grados centígrados, provenientes de suelos arcillosos de bajo grado de pureza, pueden lograr una notable actividad puzolánica. Esto puede ampliar el campo de aplicaciones a la hora de acometer la producción de puzolanas reactivas.

• El proceso de activación térmica de las arcillas puede realizarse de forma eficiente mediante la quema del bloque sólido combustible. La tecnología del horno vertical continuo garantiza un adecuado proceso de combustión, lo cual minimiza los contenidos de carbón en el material calcinado.