Estructuras cerámicas, poliméricas y semiconductoras.pdf

7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf

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AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO

DE LA EDUCACIN

CURSO: Metalurgia Fsica I

INGENIERO: Mg. PALOMINO ISIDRO, Rubn E.

SEMESTRE: Octavo

INTEGRANTES:

CHUQUIYAURI POMACINO, Medyesda Naysha

MEJIA MOLINA, Alder Isaas

VILLEGAS QUISPE, Erick


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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS

DEDICADO A:

Dios por protegernos y guiarnos por un buen camino,

a nuestros padres por la educacin y amor que nos

brindan da a da y a usted Ingeniero por la

enseanza que nos transmite a cada uno de nosotros.


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NDICE

Introduccin Pg. 04I. Estructuras cermicas 05

a) Materiales cermicos 05b) Estructura de los materiales cermicos 06

b.1 Estructuras cermicas con un solo elemento 07b.1.1 Diamante 07b.1.2 Grafito 10b.1.3 Fullerenos 11

b.2 Estructuras cermicas binarias 15b.2.1 Estructuras cristalinas del tipo [] 17

b.2.1.1 Estructuras cristalinas [ ] 17b.3 Estructuras cermicas ternarias 21

c) Clculos de la densidad de las cermicas 24d) Estructuras no cristalinas 25e) Propiedades de los materiales cermicos 28f) Aplicaciones 30

II. Estructuras polimricas 31A) Concepto y clasificacin 31

B) Tipos de polmeros ms comunes

32C) Cristalizacin del polmero 36Estructuras que influyen sobre las cadenas polimricas 37

D) Estructura de los polmeros 38E) Estructura y propiedades de los polmeros termoplsticos 39F) Aplicaciones 45

III. Estructuras semiconductoras 47A) Semiconductores intrnsecos: estructura cristalina 47B) Semiconductores extrnsecos 50C) Propiedades de los materiales semiconductores 53

IV. Conclusiones 54

V. Bibliografa 55


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INTRODUCCON

En el siguiente trabajo presentamos los diversos tipos de estructuras como son:

cermicas, polimricas y semiconductoras.

Las estructuras cermicas constituyen un amplio conjunto de compuestos cuya

caracterstica fundamental es estar formados por la unin de elementos atmicosmediante enlaces de carcter predominantemente inico o covalente, es decir,

uniones interatmicas fuertes y estables, las estructuras polimricas

generalmente poseen estructura desordenada o amorfa como consecuencia del

mecanismo seguido en la polimerizacin que generalmente es radical. Sin

embargo, por la composicin qumica del monmero o por el procedimiento

seguido en la polimerizacin -coordinacin y en ocasiones aninico- el estado

cristalino tambin puede existir en los polmeros.Por la tanto las estructuras semiconductoras son materiales que poseen

propiedades intermedias de conduccin.


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I. ESTRUCTURAS CERMICAS

a) MATERIALES CERMICOS:

Los materiales cermicos son compuestos qumicos inorgnicos o

soluciones complejas, constituidos por elementos metlicos y no

metlicos unidos entre s principalmente mediante enlaces inicos y/o

covalentes; con gran aplicacin en alfarera, construccin, utensilios de

cocina, dispositivos elctricos.

Esta gran versatilidad de aplicaciones se debe a que poseen propiedadesmuy caractersticas que no pueden ser obtenidas con ningn otro material.

a.1) TIPO DE SUSTANCIA:

Son compuestos inorgnicos constituidos por elementos metlicos

y no metlicos.

Su enlace puede ser inico o covalente.

Presenta estructura cristalina.

b) ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES CERMICOS:

La gran variedad de composiciones qumicas de los cermicos se refleja

en sus estructuras cristalinas. No es posible dar una lista exhaustiva de

las estructuras cermicas, pero en su lugar puede proporcionarse una lista

sistemtica de algunas de las ms importantes y representativas. Incluso

esta lista es demasiado larga, por lo que muchas estructuras se

describirn brevemente. Muchas de estas estructuras cermicas tambin

describen compuestos intermetlicos, Por otra parte, es posible definir un

factor de empaquetamiento inico (IPF, ionic parking factor), similar al

APF definido en el caso de las estructuras metlicas. El IPF es la fraccin

de la celda unidad ocupada por los distintos aniones y cationes.


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La mayora de las cermicas son compuestos formados por elementos

metlicos y no metlicos cuyos enlaces interatmicos pueden ser de

carcter totalmente inico, de carcter predominantemente inico con

algn carcter covalente, de carcter predominantemente covalente con

algn carcter inico o de carcter totalmente covalente. El trmino

"cermica" proviene de la palabra griega "keramikos", que significa "cosa

quemada", indicando de esta manera que las propiedades deseables de

estos materiales generalmente se alcanzan despus de un tratamiento

trmico a alta temperatura que se denomina coccin.

Puesto que el enlace atmico en los materiales cermicos es parcialmente

o totalmente inico, muchas estructuras cristalinas de los materiales

cermicos pueden ser pensadas como compuestas de iones

elctricamente cargados en lugar de tomos. Puesto que las cermicas

estn compuestas usualmente por al menos dos elementos y a menudo

por ms de dos, sus estructuras cristalinas son generalmente ms

complejas que la de los metales.

NOTA:

La mayora de las estructuras cristalinas consisten en disposiciones

compactas de los aniones con uno o ms tipos de cationes

posicionados en huecos tetradricos u octadricos. En estas

estructuras tiende a predominar el enlace inico. Otras estructuras

cristalinas cermicas consisten en tetraedros y/o octaedros aislados

que se unen entre si compartiendo vrtices o caras. Estasestructuras no presentan un empaquetamiento elevado y poseen un

grado alto de enlace covalente direccional.

EXISTEN TRES CLASES DE ESTRUCTURAS CERMICAS:

Estructuras cermicas con un solo elemento

Estructuras cermicas binarias

Estructuras cermicas ternarias


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b.1) ESTRUCTURAS CERMICAS CON UN SOLO ELEMENTO:

Las estructuras cristalinas cermicas con un solo elemento no son

muy abundantes. La ms importante es la estructura tipo [Diamante]

que est compuesta por el carbono, que es un elemento que existe

en varias formas polimrficas, as como en estado amorfo. El

tratamiento de los materiales de carbono se centrara en las

estructuras y caractersticas del grafito, el diamante y los fullerenos,

y tambin sobre sus aplicaciones actuales y potenciales.

b.1.1) Diamante, [C].

El diamante es un polimorfo meta estable de carbono a

temperatura ambiente y a presin atmosfrica. Su estructura

cristalina es una variante de la blenda, en la cual los tomos

de carbono ocupan todas las posiciones (tanto las del Zn

como las del S), tal como se ilustra en la celdilla unidad

mostrada en la figura b.1.1.1. As, cada tomo de carbono

esta unido con otros cuatro tomos de carbono y estos

enlaces son totalmente covalentes y fuertes, compartiendo

un electrn con cada uno de los 4 tomos de carbono que lo

rodean. Cada tomo de carbono esta en el centro de un

tetraedro o en uno de sus 4 vrtices, siendo todas las

posiciones de red equivalentes. El nmero de coordinacin

es 4 y la formula de coordinacin, C [4].

Esta se denomina la estructura cristalina cbica del

diamante, la cual tambin se encuentra en otros elementos

del Grupo IVA de la tabla peridica (por ejemplo, germanio y

silicio).


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Figura b.1.1.1- Celdilla unidad de la estructura cbica del

diamante.

La estructura del Diamante est basada en la red cbica

centrada en las caras (FCC). La celda primitiva consiste en

dos redes FCC, la primera centrada en el punto (0,0,0), y la

segunda est centrada en el (, ,), o sea que est

desplazada respecto la diagonal del cubo de la primera

red.

La caracterstica de la estructura del diamante es el enlace

tetradrico, en el cual cada tomo est enlazado con otros

cuatro tomos vecinos (Incorpora la configuracin

tetradrica de enlace de elementos del grupo IVA). La

estructura del Diamante est relativamente vaca, la mxima

proporcin de espacio ocupado por esferas slidas es 0.34,

lo cual representa un 46% del espacio ocupado por lasestructuras hcp o fcc.

En la siguiente tabla aparecen elementos con estructura del

Diamante.

Cristal a () Cristal a ()C (Carbono) 3,56 Ge (Germanio) 5,65Si (Silicio) 5,43 Sn (Estao) 6,46


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Aqu el parmetro a corresponde a la arista de la celda

cbica.

El diamante puede considerarse como una estructura

derivada de la estructura cbica centrada en las caras,

rellenndose la mitad de los huecos tetradricos existentes

por tomos iguales a los del empaquetamiento. (Figura

b.1.1.2).

Figura b.1.1.2.- Estructura tipo diamante.

Las propiedades fsicas del diamante hacen que sea un

material muy atractivo. Es extremadamente duro (el material

ms duro conocido), modulo elstico elevado, tiene muy baja

conductividad elctrica y gran estabilidad a temperaturas

altas (sobre 3700 C) en atmsferas no oxidantes. Estas

caractersticas se deben a su estructura cristalina y al fuerte

enlace covalente. Tambin tiene una alta conductividad

trmica, lo cual no es usual en un material no metlico.


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La industria de los semiconductores est dominada por una

sola estructura cristalina. Los semiconductores elementales

(Si, Ge y Sn gris) comparten la estructura cbica del

diamante. Un pequeo grupo de elementos contiguos a los

del grupo IVA forma compuestos semiconductores, que

suelen ser compuestos del tipo AX, con combinaciones de

tomos con una valencia media de +4. Por ejemplo, el GaAs

combina la valencia +3 del galio con la valencia +5 del

arsnico y el CdS que combina la valencia +2 del cadmio

con la valencia +6 del azufre. El GaS y CdS son ejemplos de

compuestos del tipo III-V y compuestos del tipo II-VI,

respectivamente. Muchos de dichos compuestos sencillos

AX presentan una estructura cristalina fuertemente

relacionada con la cbica del diamante. Su estructura se

ver dentro del apartado de estructuras cermicas binarias.

b.1.2) Grafi to .

El grafito es otro polimorfo del carbono (Forma estable a

temperatura ambiente), que tiene una estructura cristalina

(Figura b.1.2.1) bien distinta de la del diamante y es tambin

ms estable que el diamante a temperatura y presin

ambiente. La estructura del grafito est compuesta por

capas de tomos de carbono dispuestos hexagonalmente.

Dentro de las capas, cada tomo de carbono esta unido a

tres tomos coplanares por enlaces covalentes. El cuarto

electrn de enlace participa en enlaces de tipo de Van der

Waals entre las capas. Como consecuencia de estos

enlaces interplanares dbiles, la separacin interplanar es

fcil (Naturaleza desmenuzable del grafito), lo cual origina

las excelentes propiedades lubricantes del grafito

(Lubricante seco). Tambin la conductividad elctrica es

relativamente alta en las direcciones cristalinas paralelas a

las lminas hexagonales.


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Figura b.1.2.1.- Estructura del grafito comparada con la del

diamante.

Otras propiedades destacables del grafito son: altaresistencia y buena estabilidad qumica a temperaturas

elevadas y en atmsferas no oxidantes, alta conductividad

trmica, bajo coeficiente de dilatacin trmica y alta

resistencia al choque trmico, alta absorcin de gases y fcil

mecanizacin.

El grafito se utiliza en elementos calefactores de hornoselctricos, como electrodo para soldadura por arco, en

crisoles metalrgicos, en moldes para aleaciones metlicas

y cermicas, como refractario y aislador a alta temperatura,

toberas de cohetes, reactores qumicos, contactos

elctricos, resistencias, electrodos para bateras y

dispositivos de purificacin de aire.

b.1.3) Fullereno s.

Esta forma polimrfica del carbono fue descubierta en 1985.

Existe en forma molecular, y consiste en una red esfrica de

60 tomos de carbono. Una molcula sencilla se indica por

C60. Cada molcula est compuesta por grupos de tomos

de carbono que estn enlazados uno junto a otro para formar

configuraciones geomtricas de hexgonos (6 tomos de


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carbono) y pentgonos (cinco tomos de carbono). Una

molcula de este tipo se muestra en la figura b.1.3.1, y posee

20 hexgonos y 12 pentgonos, los cuales estn colocados

de tal manera que no hay dos pentgonos que compartan

un mismo lado. La superficie molecular exhibe la simetra de

un baln de ftbol, por lo que el nombre abreviado en ingls

de esta estructura es buckyball. El material formado por

molculas de C60 es conocido por el nombre

buckminsterfullereno, en honor a R. Buckminster Fuller.

Figura b.1.3.1.- Estructura de una molcula C60.

La presencia de los anillos con cinco tomos de carbono

proporciona la curvatura positiva de la superficie del

buckyball, en contraste con la estructura plana del grafito, en

la que todos los anillos tienen seis tomos de carbono.

El diamante y el grafito se denominan slidos reticulares

porque todos los tomos de carbono forman enlaces

primarios con tomos adyacentes a travs de todo el slido.

Por el contrario, los tomos de carbono en el

buckminsterfullereno se unen unos a otros para formar las

molculas esfricas. En el estado slido, las unidades C60

forman una estructura cristalina y se empaquetan formando


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una red cbica centrada en las caras (figura b.1.3.2) con una

celdilla unidad de 1.41 nm de lado. Cada molcula en el

buckminsterfullereno se comporta como un tomo individual.

El material slido puro y cristalino tiene una densidad baja

(1.65 g/cm3), es relativamente blando y es un aislante

elctrico [conductividad elctrica menor que 10-7(m)-1.

Figura b.1.3.2.- Celdilla unidad de un"buckminsterfullereno" formado por una distribucin

centrada en las caras de molculas C60.

Investigaciones posteriores han permitido sintetizar una gran

diversidad de estructuras para una amplia variedad de

fullerenos. De hecho, se han sintetizado fullerenos con la frmula

Cn donde n puede llegar a alcanzar valores tan altos como 240

y 250. En cada caso, la estructura consta de doce pentgonos

uniformemente distribuidos que conectan un conjunto de

hexgonos. Aunque los pentgonos son necesarios para dar la

curvatura aproximadamente esfrica de los fullerenos, lainvestigacin sobre estos materiales nicos ha permitido obtener

curvaturas cilndricas, resultado del enrollamiento simple de

lminas de grafito hexagonal. El resultado es un fullereno

tubular, denominado en ingls buckytube, como se representa

en la figura b.1.3.3.


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Figura 10.2.3.3.- Estructura cilndrica de anilloshexagonales de tomos de carbono o buckytube.

Actualmente los fullerenos con mayor inters tecnolgico son

aquellos que contienen impurezas de metales alcalinos,

especficamente potasio. Cuando se aade potasio en un

porcentaje de 3 iones K+ por molcula de C60, el material

resultante (K3C60) tiene una alta conductividad elctrica y posee

las caractersticas de un metal. En cuanto a la estructura

cristalina, los iones K+ocupan todas las posiciones intersticiales

tetradricas y octadricas en la estructura cristalina fcc. Por

tanto, podemos considerar que el K3C60es un metal molecular,

el primero que ha sido descubierto. Adems, este material se

comporta como un superconductor a 18 K.

En la figura b.1.3.3 se da una comparacin de diversascaractersticas del grafito, diamante y fullerenos


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Figura b.1.3.3.- Comparacin de diversas caractersticasdel grafito, diamante y fullerenos.

b.2) ESTRUCTURAS CERMICAS BINARIAS:

La expresin binaria se refiere a una estructura con dos lugares

atmicos distintos, uno para el anin y otro para el catin. Para un

compuesto dado existe una variedad de elementos que pueden entrar

en solucin slida en dichos lugares atmicos sin que cambie la

estructura. As, el trmino binario identifica el nmero de lugaresatmicos y no el de los elementos qumicos. En la tabla b.2.1 se

muestran diversas estructuras binarias importantes y algunas de sus

caractersticas.

Tabla b .2.1.- Est ru ctu ras cerm icas b inar ias.

nombre

Estructura

Formula

General

Coordinacin

formula

embalaje

de aniones

Fraccin de

Cationes

Lugares ocupados

Ejemplos

[Sal de piedra]

[cloruro de cesio]

[Blenda de zinc]

[wurtzita]

[arseniuro de nquel

[Fluorita]

[Rutilo]

tipos de slice

[antifluorita]

[Corindn]

AX

AX

AX

AX

AX

AX2

AX2

AX2

A2X

A2X3

A|6|X|6|

A|8|X|8|

A|4|X|4|

A|6|X|6|

A|8|X2|4|

A|6|X2|3|

A|4|X2|2|

A2|4|

X|8|

A2|6|

X3|4|

Cbica de empaquetamiento compacto

simple cbico


Hexagonal compacta

Cerrar-hexagonal lleno

simple cbico

Distorted apretadas

Tetradrica conectada


Hexagonal compacta

Tod o oc tadri ca

Todo cbico

te tr adri ca

te tr adri ca

Tod o oc tadri ca

cbi co

Oc tadr ic a

Tod o tetr adri ca

2/3 oc tadr ica

NaCl, KCl, LiF, MgO, VO, NiO

CsCl, CsBr, Csl

ZnS, BeO, -SiC

ZnS, ZnO, -SiC, BeO, CdS

NiAs, FeS, FeSe, CoSe

CaF2, ThO2, CeO2, UO2, ZrO2, HfO2

TiO2, GeO2, SnO2, PbO2, VO2, NbO2

SiO2, GeO2

Li2O, NaO, sulf ides

Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, V2O3, Ga2O3, Rh2O3


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Una parte importante de las estructuras cristalinas cermicas

(Enlaces inico-covalentes) pueden derivarse del empaquetamiento

compacto de esferas rgidas con simetra hexagonal compacta (HCP)

o cbica centrada en las caras (FCC). En los huecos octadricos o

tetradricos del empaquetamiento compacto se situarn los cationes

con distintos niveles de ocupacin.

Aunque lo habitual es la derivacin de las estructuras a partir del

empaquetamiento compacto de aniones, tambin se pueden

desarrollar estructuras de tipo fluorita (CaF2) mediante el

empaquetamiento compacto de cationes.

En las tablas b.2.2 y b.2.3 se dan algunas de las estructuras

generadas como consecuencia de la ocupacin de huecos

octadricos o tetradricos del empaquetamiento compacto de esferas

rgidas con estructura cbica o hexagonal.

Tabla b.2.2.- Estructuras originadas como consecuencia de laocupacin octadrica y tetradrica de un empaquetamiento compacto

de esferas rgidas con simetra cbica (FCC).


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Tabla b.2.3.- Estructuras originadas como consecuencia de laocupacin octadrica y tetradrica de un empaquetamiento compacto

de esferas rgidas con simetra hexagonal (HCP).

b.2.1 Estructuras cristalinas del tipo [AX].Algunos de los materiales cermicos ms comunes son

aquellos en los cuales el nmero de cationes y aniones es el

mismo. Estos se refieren a menudo como compuestos AX,

donde A indica el catin y X el anin (A es un elemento metlico

y X es un elemento no metlico). Son los cermicos con la

frmula qumica ms sencilla. Existen varias estructuras

cristalinas distintas para los compuestos AX, cada una de ellasse describe mediante el nombre de un material comn que

tiene esta particular estructura.

b.2.1.1 Estructura cristalina [Sal de roca] [][].

Quizs la estructura cristalina ms comn del tipo [Sal de roca]

es la del cloruro sdico, por lo cual tambin se denomina

[ClNa].


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El nmero de coordinacin tanto para los cationes como para

los aniones es 6, y, por consiguiente, el cociente entre el radio

del catin y del anin esta comprendido entre 0.414 y 0.732 (La

relacin en el ClNa es+

= 0.564).

La estructura del cloruro de sodio es compartida por muchos

materiales cermicos de importancia (MgO, NiO, etc.).

Una celdilla unidad de esta estructura cristalina (Figura

b.2.1.1), cuyo parmetro de red es a = 0.282 nm, se puede

generar a partir de una estructura cbica centrada en las caras

de aniones con los cationes situados uno en el centro del cuboy otro en el centro de los doce lados del cubo. Una estructura

cristalina equivalente se forma a partir de una estructura cbica

centrada en las caras formada por cationes. Por consiguiente,

la estructura cristalina del cloruro sdico puede ser imaginada

como formada por dos redes cbicas centradas en las caras

interpenetrantes, una compuesta de cationes y la otra de

aniones.

En la estructura de NaCl los aniones de mayores dimensiones

Cl forman un empaquetamiento cbico denso, en el cual todos

los huecos octadricos estn ocupados por los cationes Na, en

tanto que los huecos tetradricos estn totalmente

desocupados.

La red de NaCl puede considerarse como el conjunto de dos

estructuras centradas en las caras, cada una de las cuales

contiene nicamente iones de un solo signo. La estructura

consiste de una alternancia de cationes y aniones a lo largo de

cada uno de los tres ejes de la celda unitaria (Direcciones

cristalogrficas [100], [010] [001]).

Figura b.2.1.1- Estructura cristalina del cloruro de sodio, ClNa

(Iones/Celda unidad: 4Na+ + 4Cl-).


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Figura b.2.1.1.- Estructura cristalina del cloruro de sodio,

ClNa.

Figura b.2.1.1.- Estructura cristalina del cloruro de sodio,

ClNa.


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Las estructuras inicas (y otras) pueden ser derivadas a partir

de la ocupacin de los huecos tetradricos y octadricos de los

empaquetamientos densos (Figura b.2.1.1)

Figur a b.2.1.2.- Estru ctur a cristalin a de la blenda o esfalerita

(ZnS) como derivacin de de la ocu pacin d e la mitad de los

huecos tetradric os del empaquetam iento denso FCC (ECC).

En la figura b.2.1.3 se presenta una celdilla unidad, todos los

vrtices y posiciones en las caras de la celdilla cbica estn

ocupadas por tomos S, mientras que los tomos de Zn llenan

el interior en posiciones de huecos tetradricos (La mitad). Si

las posiciones de los tomos de Zn y S son intercambiadas la

estructura que resulta es equivalente.

A menudo el enlace atmico es en gran parte covalente en los

compuestos que exhiben esta estructura cristalina, entre los

cuales estn GaAs, AlP, InSb, CuCl, ZnO, ZnSe, CdS, ZnTe,

HgTe y SiC.

La estructura cristalina de la blenda es similar a la del diamante,

con los cationes y aniones alternndose en las posiciones de

los tomos de carbono.


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Figura b.2.1.3.- Estructura cristalina de la blenda o esfalerita(ZnS).

b.3) ESTRUCTURAS CERMICAS TERNARIAS.

Una estructura cermica ternaria consiste, generalmente, en

un ordenamiento de iones (En general de aniones), compacto

o prximo al compacto, con dos cationes de diferentes

tamaos o cargas, que se ajustan en las posiciones

intersticiales apropiadas.

Muchas cermicas comerciales importantes con estructuras

ternarias tienen composiciones con ms de tres elementos

donde ms de un elemento de tamao comparable ocupa un

tipo de posicin estructural. As, cuando se exploran

estructuras ternarias, se har nfasis en las posiciones

estructurales ms bien que en la composicin qumica. Las

estructuras ternarias son sumamente importantes para la

tecnologa de cermica avanzada. Muchas de las

composiciones de materiales usados como dielctricos

avanzados, magnticos, refractarios, estructurales y pticos

tienen estructuras ternarias. Adems, la mayor parte de la


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corteza de la tierra est compuesta de materiales cermicos

con estructuras ternarias.

Algunas estructuras ternarias se dan en la tabla b.4 Se

estudiarn slo algunas de las estructuras ternarias. Estasincluyen compuestos de la forma A2BX4 cuya estructuras

pueden ser de los tipos [espinela], [fenacita] y [olivino],

compuestos de la forma ABX4 con estructuras del tipo

[circn], las derivadas del SiO2 ordenado y las ternarias

derivadas de las estructuras binarias del [rutilo] y de la

[fluorita]), compuestos de la forma ABX3 con la estructura del

tipo [perovskitas] y, finalmente, otras estructuras ternarias.

El objetivo es seleccionar ejemplos que ilustren los factores

que controlan las disposiciones de los tomos e influyen en

las propiedades de composiciones especficas.

Tabla b.3.- Resumen de algunas estructuras ternarias.

b.3 Estructuras ternarias de los compuestos de la forma

A2BX4.

b.3.1 Estructuras del tipo [Espinela]

[]

[][]

[][][][].

La frmula A2BX4 incluye una importante familia de

cermicos con aplicaciones magnticas. Las estructuras


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tipo [Espinela] se construyen sobre una red de Bravais

cbica centrada en las caras con 14 iones (dos A2+, cuatro

B3+y ocho X2-) asociados a cada punto de red. Una celda

unitaria contiene 32 aniones X2-(por ejemplo, de oxgeno)

localizados en los sitios de red de la estructura cbica

centrada en las caras, 16 cationes en huecos octadricos

y 8 en tetradricos, es decir un total de 56 iones. En la

estructura [espinela] normal, el catin A2+ocupa un octavo

de los huecos tetradricos y el B3+la mitad de los huecos

octadricos.

La estructura tipo [Espinela] se muestra en la figura b.3.1,

la cual puede verse como una combinacin de las

estructuras del NaCl y del ZnS. Se aprecia cmo los iones

Mg2+ estn ocupando posiciones tetradricas, es decir

estn en coordinacin con cuatro oxgenos (O2-) y los

iones Al3+estn situados en posiciones octadricas, es

decir en coordinacin con seis oxgenos (O2-).

Figura b.3.1.- Estructura tipo [Espinela] normal.Posicin relativa de los tomos en la estructura.


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b.3.2 Estructuras del tipo perovskita (CaTiO3).

Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario yoxigeno forman una celda unidad cbica centrada

en las caras con los iones bario en los vrtices de

la celda unidad, y los iones oxido en el centro de

las caras, el in titanio se situar en el centro de la

celda unidad coordinado a seis iones oxgeno.

c) CLCULOS DE LA DENSIDAD DE LAS CERMICAS.

Es posible calcular la densidad terica de un material cermico cristalino

a partir de los datos de la celdilla unidad de una forma similar a la descrita

para los metales. En este caso la densidad puede determinarse

utilizando una forma modificada de la ecuacin deducida para los metales

de la forma siguiente:

=`(

Donde:

n' = Nmero de unidades de formula en la celdilla unidad

AC = Suma de los pesos atmicos de todos los cationes en la unidad de frmula AA = Suma de los pesos atmicos de todos los aniones en la unidad de frmula

VC = Volumen de la celdilla unidad

NA = Nmero de Avogadro, 6.023 x 1023unidades de frmula/ mol

Unidades de frmula: son todos los iones que estn incluidos en la formula

qumica unidad. Por ejemplo, en el caso del BaTiO3, una unidad de

formula consiste en un in de bario, un in de titanio y tres iones de

oxgeno.


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d) ESTRUCTURA NO CRISTALINAS.

Muchos slidos no cristalinos como los vidrios, los geles y capas

depositadas mediante vapor tienen muchos usos y son muy importantes

para una amplia gama de disciplinas de la ingeniera.

d.1 Vidrios.

Bajo la amplia denominacin genrica de vidrios o de cuerpos vtreos

queda comprendida una gran variedad de sustancias que, aunque a

temperatura ambiente tienen la apariencia de cuerpos slidos, que

les proporciona su rigidez mecnica, no pueden considerarse comotales, ya que carecen de la estructura cristalina que caracteriza y

define al estado slido.

Si por la estabilidad de su forma los vidrios podran asimilarse a

slidos, desde el punto de vista de su desorden estructural sus

semejanzas con los lquidos son mucho ms acusadas. Este hecho,

que constituye una limitacin para incluir a los vidrios entre los

slidos, resulta sin embargo insuficiente para autorizar a aceptarlos

como lquidos, si bien puede justificar la designacin de lquidos de

viscosidad infinita que en muchas ocasiones se les ha aplicado.

La dificultad para encuadrar adecuadamente a los cuerpos vtreos

dentro de uno de los tres estados de agregacin de la materia dio

lugar a que se pensara independizar a los vidrios integrndolos en

un cuarto estado de agregacin: el estado vtreo. Esta sugerencia

nunca lleg sin embargo a encontrar una aceptacin generalizada Si

se parte de un concepto de cuerpo slido que prescinda de la

cristalinidad y se base exclusivamente en determinadas propiedades

fsicas, con lmites previamente establecidos para cada estado,

podra aplicarse a los vidrios el nombre de slidos amorfos, con tal

de que esta denominacin se reservara para bajas temperaturas. La

mayor objecin contra ella surgira si se intentara aplicarla tambin

a las temperaturas en que aqullos se vuelven plsticos.


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Por otra parte, se ha comprobado que los vidrios presentan mayor

grado de ordenacin estructural (orden de corto alcance) que los

cuerpos amorfos. Esta ordenacin se limita a un pequeo entorno

alrededor de cada uno de los iones que forman el retculo

(ordenamiento de corto alcance), a diferencia de la periodicidad de

largo alcance que guarda la estructura de los slidos cristalinos. Por

eso, para establecer esta diferencia, se emplea tambin para los

vidrios, con mayor adecuacin que el anterior, el nombre de slidos

no cristalinos.

Entonces los materiales en el estado slido se clasifican en

cristalinos, no cristalinos, amorfos y semicristalinos. En los

cristalinos, los tomos adoptan disposiciones ordenadas y

repetitivas a travs del solido formando estructuras tridimensionales

peridicas, un ejemplo clsico son los metales y sus aleaciones.

Cada tomo de un tipo dado tiene los mismos tomos vecinos con

los mismos ngulos de enlace y las mismas distancias interatmicas.

El ordenamiento es corto y largo alcance.

En los amorfos no existe ordenamiento peridico y algunos

materiales plsticos como el poliestireno son ejemplos comunes.

La figura d.1(a) es una representacin bidimensional de un slido

cristalino. La figura d.1(b) representa el mismo slido pero con

estructura amorfa. Las molculas de un vidrio no estn colocadas en

un orden repetitivo de largo alcance como ocurre en un slido

cristalino, sino que cambian su orientacin de una manera aleatoria

en todo el slido. El dixido de silicio (SiO2), presenta esta propiedad

segn como sea enfriado, cuando es cristalino forma el cuarzo y

cuando es amorfo forma el vidrio. Los semicristalinos presentan una

parte amorfa y otra cristalina, materiales plsticos como el polietileno

y el polipropileno son ejemplos tpicos.

Los cuerpos vtreos se caracterizan por una serie de propiedades

generales y comunes a todos ellos. Tales caractersticas van a servir

para definir fenotpicamente a los vidrios, si bien no proporcionarn

informacin alguna acerca de su constitucin estructural.


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Figura d.1. Representacin grfica de las diferencias estructuralesentre un cristal (a) y un vidrio (b).

ESTRUCTURA:

La mayora de los vidrios de uso comercial estn basados en el xidode silicio, (SiO2), como formador de vidrio, donde la subunidad

fundamental es el tetraedro SiO4, en donde untomo de silicio se

encuentra covalentemente enlazado a cuatro tomos de oxigeno.

Pueden tener algunos iones modificadores adicionales que son

xidos como el CaO, Na2O que proporcionan cationes y oxgenos

no enlazantes, la presencia de estos modificadores disminuye la

viscosidad del vidrio a altas temperaturas haciendo que este seams fcil de moldear.

Cuando solo est presente la slice (SiO2) el vidrio es muy rgido

hacindolo t il para aplicaciones en que se requiere una pequea

expansin trmica, pero por esta razn es muy viscoso y difcil de

moldear enestado liquido lo que limita su uso.
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1-Tetraedro de silicio rodeado de cuatro tomos de oxgeno.

En un cristal como el de la figura 2(a) los tomos siguen un patrn

estricto de orientacin que se repite n veces, siempre de la misma

manera. En un vidrio, los enlaces Si-O-Si no tienen una orientacin

determinada (figura 2 (b)); la distancia de separacin entre los

tomos de Si y O no es homognea, las unidades tetradricas no se

repiten con regularidad y el compuesto est desordenado.

Figura 2. Representacin grfica de las diferencias estructurales entre un cristal (a)y un vidrio (b)

e) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CERMICOS.

PROPIEDADES MECNICASSon duros y frgiles a temperatura ambiente debido a su enlace

inico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan

enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran

limitacin en su nmero 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.


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PROPIEDADES MAGNTICAS

No suelen presentar propiedades magnticas, sin embargo podemos

encontrar cermicas con propiedades magnticas de gran importancia

como ferritas y granates. stas son las llamadas cermicas

ferrimagnticas. En estas cermicas los diferentes iones tienen momentos

magnticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magntico

se produzca como resultado una imantacin neta.

PROPIEDADES ELCTRICASSon en su mayora aislantes elctricos debido a que tienen una alta

resistencia dielctrica y baja constate dielctrica.

Algunos de ellos presentan otras propiedades dielctricas como es la

facilidad de polarizarse.

PROPIEDADES TRMICASLa mayora de los materiales cermicos tienen bajas conductividades

trmicas debido a sus fuertes enlaces inico/covalentes. La diferencia de

energa entre la banda de covalencia y la banda de conduccin en estos

materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos

electrones hacia la banda de conduccin, por este hecho son buenos

aislantes trmicos.

Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos

refractarios son utilizados en las industrias metalrgicas, qumicas

cermicas y del vidrio.


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f) APLICACIONES DE LOS MATERIALES CERMICOS

Fabricacin de productos de alfarera, debido a su dureza y resistenciaal calor.

Losetas trmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad

trmica.

Fabricacin de materiales de construccin (ladrillos, cemento, azulejos,

baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad trmica y elctrica.

Aislantes en aparatos electrnicos.

Materiales refractarios, por su punto de fusin tan elevado.Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su

gran dureza. Ejemplos: almina fundida y carburo de silicio.

Vidrio.


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II. ESTRUCTURAS POLIMRICAS

A. Concepto y clasificacin de los polmeros.Un polmero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una

sustancia cuyas molculas son, por lo menos aproximadamente, mltiplos

de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular

es el monmero. Si el polmero es rigurosamente uniforme en peso

molecular yestructura molecular, su grado de polimerizacin es indicado

por un numeral griego, segn el nmero de unidades de monmero que

contiene; as, hablamos de dmeros, trmeros, tetrmero, pentmero y

sucesivos. El trmino polmero designa una combinacin de un nmero

no especificado de unidades. De este modo, el triximetileno, es el trmero

del formaldehdo, por ejemplo.

Si el nmero de unidades es muy grande, se usa tambin la expresin

gran polmero. Un polmero no tiene la necesidad de constar de molculas

individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que

tengan toda la misma composicin qumica y la misma estructura

molecular. Hay polmeros naturales como ciertasprotenas globulares y

policarbohidratos, cuyas molculas individuales tienen todos los mismos

pesos moleculares y la misma estructura molecular; pero la gran mayora

de los polmeros sintticos y naturales importantes son mezclas de

componentes polimricos homlogos. La pequea variabilidad en la

composicin qumica y en la estructura molecular es el resultado de la

presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la

orientacin de unidades monmeros y la irregularidad en el orden en el

que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolmeros.

Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades

delproducto final, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos

hubo variaciones en copolmeros y ciertos polmeros cristalinos.

Lo que distingue a los polmeros de los materiales constituidos por

molculas de tamao normal son sus propiedades mecnicas. En general,

los polmeros tienen una muy buena resistenciamecnica debido a que
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las grandes cadenas polimricas se atraen. Las fuerzas de atraccin

intermoleculares dependen de la composicin qumica del polmero y

pueden ser de varias clases. Las ms comunes, denominadas Fuerzas de

Van der Waals.

B. Tipos De Polmeros Ms Comunes

b.1POLMEROS TERMOPLSTICOS:

Los termoplsticos son polmeros de cadenas largas que cuando se

calientan se reblandecen y pueden moldearse apresin.Representan

el 78-80% de consumo total. Los principales son:

b.1.1 Polietileno.- ste es el termoplstico ms usado en nuestrasociedad.

Los productos hechos de polietileno van desde materiales

de construccin y aislantes elctricos hasta material de empaque. Es

barato y puede moldearse a casi cualquier forma, extrurse para hacer

fibras o soplarse para formar pelculas delgadas. Segn latecnologa que

se emplee se pueden obtener dos tipos de polietileno

b.1.1.1 Polietileno de BajaDensidad.Dependiendo del catalizador, este

polmero se fabrica de dos maneras: a alta presin o a baja presin.

En el primer caso se emplean los llamados iniciadores de radicales

libres como catalizadores de polimerizacin del etileno. El producto

obtenido es el polietileno de baja densidad ramificado;

Cuando se polimeriza el etileno a baja presin se emplean

catalizadores tipo Ziegler Natta y se usa el buteno-1 como

comonmero. De esta forma es como se obtiene el propileno de baja

densidad lineal, que posee caractersticas muy particulares,

comopoder hacer pelculas ms delgadas y resistentes.

b.1.1.2 Polietileno de alta densidad (HDPE). Cuando se polimeriza el

etileno a baja presin y en presencia de catalizadores ZieglerNatta,

se obtiene el polietileno de alta densidad (HDPE). La principal
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diferencia es la flexibilidad, debido a las numerosas ramificaciones de

la cadena polimrica a diferencia de la rigidez del HDPE.

Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como las

botellas y los caos plsticos (flexibles, fuertes y resistentes a

lacorrosin).

El polietileno en fibras muy finas en forma de red sirve para hacer

cubiertas delibros y carpetas, tapices para muros, etiquetas y batas

plsticas.

b.1.2 Polipropileno

El polipropileno se produce desde hace ms de veinte aos, pero suaplicacin data de los ltimos diez, debido a la falta

de produccin directa pues siempre fue un subproducto de las

refineras o de la desintegracin del etano o etileno.

Como el polipropileno tiene ungrupo metilo (CH3) ms que el etileno

en su molcula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas

dependiendo de la posicin del grupo metilo pueden tomar cualquiera

de las tresestructuras siguientes:1. Isotctico,cuando los grupos metilo unidos a la cadena estn en

un mismo lado del plano.

2. Sindiotctico, cuando los metilos estn distribuidos en forma

alternada en la cadena.

3. Atctico, cuando los metilos se distribuyen al azar.

Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien

empacadas y producen resinas de altacalidad.

El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer

y microondas ya que tienen una buena resistencia trmica y

elctrica adems de baja absorcin de humedad. Otras

propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasin e

impacto, transparencia, y que no es txico. Asimismo se usa para

fabricar carcazas, juguetes, valijas, jeringas, bateras, tapicera,
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ropa interior y ropa deportiva, alfombras, cables, selladores, partes

automotrices y suelas de zapatos.

b.1.3 Cloruro de polivinilo (PVC)

Este polmero se obtiene polimerizando el cloruro de vinilo.

Existen dos tipos de cloruro de polivinilo, el flexible y el rgido.

Ambos tienen alta resistencia a la abrasin y a los productos

qumicos. Pueden estirarse hasta 4 veces y se suele

copolimerizar con otros monmeros para modificar y mejorar la

calidad de la resina. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas,

sino que se mezclan con diferentes aditivos.El PVC flexible se destina para hacer manteles, cortinas para

bao, muebles, alambres y cables elctricos; El PVC rgido se usa

en la fabricacin de tuberas para riego, juntas, techado y botellas.

b.1.4 Poliestireno (PS)

El poliestireno (ps) es el tercer termoplstico de mayor uso debido

a sus propiedades y a la facilidad de su fabricacin. Posee baja

densidad, estabilidad trmica y bajocosto.El hecho de ser rgido

y quebradizo lo desfavorecen. Estas desventajas pueden

remediarse copolimerizndolo con el acrilonitrilo (ms resistencia

a la tensin).

Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos

defusin.Fluye fcilmente, lo que favorece su uso en el moldeo

por inyeccin; Posee buenas propiedades elctricas, absorbe

pocoagua (buen aislante elctrico), resiste moderadamente a los

qumicos, pero es atacado por loshidrocarburos aromticos y los

clorados. Se comercializa en tres diferentes formas y calidades:

De uso comn, encuentra sus principales aplicaciones en

losmercados de inyeccin y moldeo.
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo


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Poliestireno de impacto (alto, medio y bajo) que sustituye al de

uso general cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para

fabricar electrodomsticos, juguetes y muebles.

Expandible se emplea en la fabricacin de espuma de poliestireno

que se utiliza en la produccin de accesorios para la industria de

empaques y aislamientos.

Los usos ms comunes son:

Poliestireno de medio impacto: Vasos, cubiertos y platos

descartables, empaques, juguetes.

Poliestireno de alto impacto: Electrodomsticos (radios, TV,

licuadoras, telfonos lavadoras), tacos para zapatos, juguetes.

Poliestireno cristal: piezas para cassettes, envases

desechables, juguetes, electrodomsticos, difusores de luz,

plafones.

Poliestireno Expandible: envases trmicos, construccin

(aislamientos, tableros de cancelera, plafones, casetones, etc.).

b.1.5 Estireno-acrilonitrilo (SAN)

Este copolmero tiene mejor resistencia qumica y trmica, as

como mayor rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es

transparente por lo que se usa en artculos que no requieren

claridad ptica.Algunas de sus aplicaciones son la fabricacin

de artculos para el hogar.

b.1.6 Copolmero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)

Estos polmeros son plsticos duros con alta resistencia

mecnica, de los pocos termoplsticos que combinan la

resistencia con la dureza. Se pueden usan en aleaciones con

otros plsticos. As por ejemplo, el ABS con el PVC nos da

unplstico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar
http://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtml


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amplio uso en la construccin de televisores. Sus cualidades son

una baja temperatura de ablandamiento, baja resistencia

ambiental y baja resistencia a los agentes qumicos.

C. CRISTALIZACIN DE POLMEROS

La velocidad de cristalizacin de los polmeros depende de factores

cintico que afectan la capacidad de los segmentos de cadena, para

acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina. Esos factores

son:

1. Flexibilidad de las molculas.

Para que un polmero cristalice, sus molculas deben tener suficiente

elasticidad, es decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones

precisas durante el proceso de cristalizacin. Uno de los polmeros con

cadenas ms flexibles es el polietileno, cuyos segmentos giran

fcilmente y eso explica la gran tendencia a cristalizar.

Para apreciar esto, usaremos una proyeccin en la que imaginamos ver

un segmento de dos carbonos, a lo largo del eje mayor de la cadena.

Cuando los tomos de carbono giran, llegan a quedar eclipsados y en

esa posicin, la repulsin entre ellos es mxima.

Cuanto mayor es el tamao de los tomos o grupos qumicos y mayor

es su polaridad, ms fuerte es la repulsin, ms se dificulta el giro y

menos flexible es la molcula. En el polietileno todos los sustituyentes

son tomos de hidrgenos y aunque desde luego se repelen, su tamao

es pequeo y las molculas de polietileno son bastante flexibles, lo cual

le permite cristalizar con facilidad, especialmente cuando no tienen

ramificaciones, como en el caso del polietileno d alta densidad. En

cambio, en el policloruro de vinilo, uno de los sustituyentes es

cloro,tomo de gran tamao y alta polaridad. La resistencia al giro de

los segmentos es muy grande, y el PVC es un polmero rgido con grado

de cristalinidad que rara vez sobrepasa el 20%.
http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml


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Estructuras qumicas que influyen sobre las cadenas

polimricas.

Enlaces dobles. Los enlaces unidos por la doble ligadura no pueden

girar, pero en cambio los segmentos de cadena que le siguen gozan de

gran movilidad, precisamente porque los carbonos del doble enlace tienen

un sustituyente menos, que si se trata de enlaces sencillos.

Grupos aromticos. Los anillo bencnicos producen rigidez en las

molculas y a veces evitan la cristalizacin y en otros casos la reducen.El polietileno atctico, por ejemplo es completamente amorfo. Esto no

necesariamente es un defecto. Cuando se desea transparencia en un

polmero, se selecciona uno amorfo, y el poliestireno tiene precisamente

esta cualidad. Las cualidades de alta polaridad y alta cristalinidad son

esenciales para que un polmero forme buenas fibras. Slo as tendr la

resistencia tnsil que se requiere.

Grupos alquilos. Los grupos metlicos del propileno, estorban mucho

para el giro de los segmentos y obligan a la molcula a tomar una forma

helicoidal, en la que se minimizan las interacciones de estos grupos

metilos con otros tomos de la molcula de polipropileno. La

consecuencia es una densidad muy baja (0,91) por el espacio libre que

queda dentro de la hlice.

Si los grupos alqulicos son de mayor tamao, las molculas adyacentes

se separan, dejando entre ellas mayor volumen libre y los polmeros se

vuelven ms flexibles, con menor temperatura de fusin y bajas

densidades.

Pero cuando esas cadenas laterales alcanzan longitudes considerables,

con 10 a 12 tomos de carbono, y no tienen ramificaciones, vuelve a ser

posible la cristalizacin por el ordenamiento de esas cadenas, ya sea

dentro de la propia molcula o entre molculas adyacentes.


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2.Condiciones de la recristalizacin.

El efecto de la temperatura sobre la cristalizacin de los polmeros es

conflictivo. Por una parte, se requieren temperaturas altas para impartir a

las molculas polimricas suficiente energa cintica (movilidad) y que

puedan acomodarse en la red cristalina. Pero slo a bajas temperaturas

van a permanecer en forma estable en los cristales.

El balance entre esas dos condiciones produce una velocidad mxima de

cristalizacin a una temperatura intermedia.

D. ESTRUCTURA DE LOS POLMEROS.

Los polmeros pueden tener tres tipos de estructuras:

1. Estructuras Lineales.- Las molculas forman cadenas lineales. Se

forman cuando las molculas (monmeros) son nicamente

bifuncionales. La polimerizacin puede ser por adicin o por

condensacin. Este es el caso de los termoplsticos.

2. Estructura de red (amorfas).- Las molculas forman redes

tridimensionales. Se forman cuando las molculas (monmeros) son

trifuncionales o mayores La polimerizacin puede ser por adicin o por

condensacin. Este es el caso de los termoestables.

3. Estructuras cristalinas.- Se produce cuando las cadenas lineales

adquieren un ordenamiento. La estructura cristalina es importante porque

los polmeros lineales se vuelven ms firmes y fuertes. Los polmeros


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cristalinos tienen mayores densidades y mejores propiedades mecnicas

que los polmeros amorfos (cadenas en desorden).

E. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES POLMEROS TERMOPLSTICOS.

Existen varias formas para modificar y controlar las propiedades de los

polmeros termoplsticos:

Grado de polimerizacin. A mayor grado de polimerizacin mayor

temperatura de fusin y mejores propiedades mecnicas.

Tipos de monmeros. Los tomos ms grandes, como el Cl y los

grupos de tomos, como los grupos metilo o benceno interfieren en el

deslizamiento de las cadenas cuando se aplica un esfuerzo,

incrementndose as la resistencia mecnica y el punto de fusin del

polmero.

Ramificacin. Se produce debido a la adicin de un agente que

remueve algunos tomos de hidrgeno de la parte lateral de una

cadena, a fin de que puedan producirse ramificaciones en estos puntos.

Esta modificacin se lleva a cabo en un polmero lineal.


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Uniones cruzadas. Se produce cuando dos cadenas se enlazan

mediante algn elemento especial. Ejemplo: En la vulcanizacin, las

cadenas de caucho isopreno se unen mediante tomos de azufre, paraobtener dureza y tenacidad que requiere el caucho para muchas

aplicaciones.

Escisin de anillos.Se produce cuando dos molculas se unen a una

tercera cuando se rompen los anillos. Ejemplo: Dos molculas del

grupo epxido se unen cuando un anillo se rompe por combinacin conun reactivo que promueve el enlace.

Localizacin de los grupos de tomos.Mediante un control de la

simetra o la distribucin de los grupos o elementos determinados en

los lados de la cadena se pueden variar las propiedades de un

polmero.Estructuras del polipropileno: (a) Atctica (grupos al azar), (b) isotctica (al

mismo lado) y (c) sindiotctica (lados opuestos)


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Otras configuraciones importantes son: la estructura trans de la

gutapercha, los CH3 y los H estn en lados opuestos del doble enlace,

dando una cadena de carbono relativamente recta. En el caucho laestructura cis, la cadena se curva, lo cual conduce una molcula

helicoidal parecida a un resorte

Polmeros termoplsticos:

Polietileno (PE).Se obtiene de la polimerizacin del etileno. Hay dos

tipos: Polietileno de baja densidad (LDPE).

Estructura de cadenas ramificadas (menor rigidez y resistencia

trmica) Polietileno de alta densidad (HDPE). Estructura de cadena

lineal (mayor)

Presentan tenacidad, absorcin de humedad cercana a cero, excelente

resistencia qumica, aislante elctrico, bajo coeficiente de friccin y

facilidad de procesamiento. Aplicaciones. Contenedores, artculos del

hogar, botellas y pelculas para empaquetamientos.

Policloruro de vinilo (PVC). Se obtiene de la polimerizacin del

Policloruro de vinilo.

Estructura y propiedades:Material de estructura amorfa debido a la

presencia de los tomos de Cl en la cadena principal. Resistencia a la


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llama, buena temperatura de deflexin por calor, aislante elctrico y alta

resistencia qumica.

Aplicaciones: Tuberas y conexiones para usos hidrulicos y

sanitarios, tuberas conduit para cableado elctrico, moldeado de

interiores y decoracin.

Poliestireno (PS).Se obtiene de la polimerizacin del estireno.

Estructura y propiedades:Material de estructura amorfa debido

a la presencia del anillo fenileno en la cadena principal. Aislante

elctrico y quebradizo al impacto.

Aplicaciones: Recubrimiento de interiores de automviles,

electrodomsticos, discos, manillares y utensilios de cocina.

Polipropileno (PP).Se obtiene de la polimerizacin del propileno.

Estructura y propiedades:Material de estructura amorfa debido

a la presencia de un grupo metilo en la cadena principal. Rigidez,

excelente resistencia qumica y aislante elctrico.Aplicaciones:Obturadores, partes de automvil, productos para

el hogar, electrodomsticos, embalajes, utensilios de laboratorio y

varios tipos de botellas.


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Poliacrilonitrilo:Se obtiene de la polimerizacin del acrilonitrilo.

Estructura y propiedades: Alta electronegatividad del grupo

nitrilo. Estructuras extensibles, rgidas y con forma de varilla.Resistencia y estabilidad qumica.

Aplicaciones:Fibras como lana en jerseys y mantas.

ABS:Se obtiene de la copolimerizacin del acrilonitrilo, butadieno

y estireno.

Estructura y propiedades:Una mezcla de un copolmero vtreo

(estireno-acrilonitrilo) y dominios de goma (butadieno). Buena

resistencia al impacto y qumica.

Aplicaciones: Tuberas y herramientas, particularmente en las

tuberas de drenaje-desage-ventilacin de los edificios.

Recubrimientos de puertas e interiores de frigorficos, mquinas de

oficina, carcasas y cubiertas de computadores.

Polimetacrilato de metilo (PMMA plexiglas o lucite):Se obtiene

de la polimerizacin del metacrilato de metilo.

Estructura y propiedades. Completamente amorfa dotada de

una alta transparencia a la luz. Buena resistencia qumica, a la

intemperie y aislamiento elctrico.


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Aplicaciones.Cristales de aviones, embarcaciones, claraboyas,

iluminacin exterior y seales publicitarias.

Politetrafluoroetileno (PTFE Tefln): Se obtiene de la

polimerizacin del gas tetrafluoroetileno.

Estructura y propiedades. Es un polmero cristalino de alta

densidad. Resistencia excepcional a los productos qumicos y altas

temperaturas (hasta 260o C).

Aplicacin. Tuberas resistentes a reactivos qumicos,

aislamiento de cables a altas temperaturas y recubrimientos

antiadherentes, juntas, anillos de estancamiento y cojinetes.

Policlorotrifluoroetileno (CTFE):

Estructura y propiedades.La presencia del cloro le hace menos

cristalino y ms moldeable. Presenta mayor rigidez y resistencia

mecnica que el PTFE.

Aplicaciones:Camisas para cables, formas para bobinas, tunerasy partes para bombas, diafragmas de vlvulas y otros elementos

industriales para procesos corrosivos.

Poliamidas (nylon): Se produce mediante polimerizacin por

condensacin.


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Estructura y propiedades.La cadena incorpora un grupo amida.

Son procesados por fusin, ofrecen capacidad de soporte de carga

a elevadas temperaturas, buena tenacidad, baja friccin y buena

resistencia qumica.

Aplicacin.Cojinetes no lubricados, engranajes, soportes, bujes,

sellos, piezas antifriccin, piezas mecnicas sujetas a altas

temperaturas y cargas de impacto.

Las aramidas pertenecen a una familia de nailones, incluyendo elNomex y el Kevlar. El Kevlar se utiliza para hacer chalecos a

prueba de balas y neumticos resistentes a las pinchaduras. Las

mezclas de Nomex y de Kevlar se utilizan para hacer ropas

antiflama, motivo por el que lo emplean los bomberos. El Kevlar es

una poliamida, en la cual todos los grupos amida estn separados

por grupos para-fenileno. Es decir, los grupos amida se unen al

anillo fenilo en posiciones opuestas entre s, en los carbonos 1 y 4.El Kevlar es un polmero altamente cristalino. Llev tiempo

encontrar una aplicacin til para el Kevlar, dado que no era soluble

en ningn solvente.

F. APLICACIONES.

Los polmerosse utilizan en un nmero sorprendente de aplicaciones,

incluyendo juguetes, aparatos domsticos, elementos estructurales yde decorativos, recubrimiento, adhesivos, llantas de automvil y

empaques.

El polietileno se usa para producir pelculas para empaque,

aislamiento de conductores, botellas blandas, recubrimiento de

extrusin, cortinas, manteles, cubiertas para la construccin,


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estanques, invernaderos, bolsas de basura, tuberas y elementos

caseros.

El cloruro de polivinilo o ms conocido como el PVCse utiliza para

fabricar tuberas, vlvulas, coples, loseta de piso, aislamiento para

conductores, y techos de vinil para automviles.

El polipropilenose utiliza para la fabricacin de tanques, aplicacin

en el moldeo por inyeccin de piezas de electrodomsticos, utensilios

pequeos, piezas de automviles, fibras para alfombras, cuerdas y

empaques.

El poliestirenose utiliza para la fabricacin de empaques y espumas

aislantes, paneles de iluminacin, copolmeros resistentes al calor y al

impacto, piezas pticas de plstico, juguetes, componentes de

aparatos y rejas para huevos.

El poliacrilonitrilo (PAN) se utiliza para la fabricacin de fibras

textiles, precursor para fibras de carbn y recipientes de alimento.


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III. ESTRUCTURAS SEMICONDUCTORAS

Unsemiconductor

es unasustancia que se comporta comoconductor o como

aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Los elementos qumicos semiconductores de latabla peridica se indican en la

tabla adjunta.

El elemento semiconductor ms usado es el silicio, aunque idntico

comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III

con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd

y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear tambin el azufre. La

caracterstica comn a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio

unaconfiguracin electrnica sp.

A. SEMICONDUCTORES INTRNSECOS: ESTRUCTURA CRISTALINA.

En los semiconductores ms usuales, silicio y germanio, su estructura

cristalina (disposicin atmica que se repite peridicamente en tres

dimensiones) es la que aparece reflejada en la Figura 1.4a y se denominaestructura diamantina.

Figura 1.4.- (a) Celda unitaria en la estructura diamante. (b)Ampliacin del

vrtice inferior.
http://es.wikipedia.org/wiki/Sustanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia


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Para comprenderla, hay que tener en cuenta que tanto el Si como el Ge

poseen 4 electrones de valencia, esto es, 4 electrones externos. Pues

bien, en la estructura diamantina, cada tomo est rodeado de 4 tomos

vecinos y, adems, cada tomo tiende a compartir uno de sus cuatro

electrones de valencia con cada uno de los cuatro tomos vecinos de los

que toma otro electrn en proceso anlogo (Figura 1.4b). Las barras de

conexin de la Figura pueden considerarse como pistas a lo largo de cada

una de las cuales se mueven dos electrones en uno y otro sentido entre

los tomos asociados. Esta disposicin de pares de electrones

compartidos entre tomos vecinos es lo que se denomina enlace

covalente.

La Figura 1.5 es una representacin en dos dimensiones de la estructura

diamantina para un semiconductor puro (sin defectos ni elementos

extraos) a una temperatura muy baja, esto es, cuando todos los

electrones de valencia permanecen ligados en los enlaces covalentes no

disponindose, por lo tanto, de cargas libres que puedan moverse por elcristal bajo la presencia de un campo elctrico externo aplicado. En este

caso, el material se comporta como un aislante.

Figura 1.5.- Representacin bidimensional de un cristal de silicio a bajas

temperaturas.


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Sin embargo, a temperaturas superiores, la vibracin trmica de los

tomos de la red cristalina da lugar a sacudidas en las que se rompen

algunos enlaces covalentes disponindose, en tal caso, de cargas libresque pueden moverse por todo el cristal. Esta situacin queda reflejada en

la Figura 1.6. La energa necesaria para romper un enlace covalente ha

de ser igual o mayor que EG (el significado fsico de este parmetro

energtico lo veremos posteriormente en el modelo de las bandas de

energa). EG es, en esencia, una energa de ionizacin, pero mucho

menor que las energas de ionizacin de los tomos aislados ya que

muchos tomos del cristal influyen sobre el movimiento de cada electrnligado. Algunos datos: EG (Si) 1,12 eV y EG (Ge) 0,7 eV a Ta = 300

K. La peculiaridad ms destacable de la vacante dejada en el enlace

covalente es que se comporta como si fuera una nueva partcula libre de

carga positiva +q (q =1,610-19 C) y de masa comparable a la del electrn.

Esta partcula aparente recibe el nombre de hueco.

Figura 1.6.-. Cristal de silicio con un enlace covalente roto.

El mecanismo por el cual los huecos contribuyen a la conduccin de

corriente elctrica puede explicarse cualitativamente como sigue: cuando

un enlace est incompleto, de forma que hay un hueco, es relativamente

fcil que un electrn ligado de un tomo vecino abandone el enlace

covalente para llenar el hueco. Un electrn que deja su enlace para llenar


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un hueco deja, a su vez, otro hueco en su posicin inicial. Por tanto, el

hueco se mueve efectivamente en direccin contraria al electrn ligado.

Es decir, el movimiento del hueco puede considerarse como la

transferencia de la ionizacin de un tomo a otro efectuada por el

movimiento de los electrones ligados entre sus enlaces covalentes. El

electrn liberado inicialmente por la vibracin trmica no interviene en este

proceso y puede desplazarse de manera totalmente independiente. Se ha

convertido en un electrn de conduccin. Por lo tanto, en un

semiconductor intrnseco (entendiendo como tal un semiconductor en el

que los tomos extraos se encuentran en una proporcin no mayor de

un tomo por cada 109 tomos del propio semiconductor) los electrones

de conduccin y los huecos se encuentran siempre en igual nmero, ya

que al romper un enlace covalente se crean simultneamente un electrn

de conduccin y un hueco que pueden moverse con independencia uno

del otro.

B. SEMICONDUCTORES EXTRNSECOS. IMPUREZAS DONADORAS Y

ACEPTADORAS.

Puesto que los semiconductores intrnsecos presentan el mismo nmero

de electrones de conduccin que de huecos, no son lo suficientemente

flexibles para la mayor parte de las aplicaciones prcticas de los

semiconductores. Para aumentar el nmero de portadores, el

procedimiento ms comn consiste en introducir, de manera controlada,

una cierta cantidad de tomos de impureza obtenindose lo que sedenomina semiconductor extrnseco o dopado. En ellos, la conduccin de

corriente elctrica tiene lugar, preferentemente, por uno de los dos tipos

de portadores.

b.1 Semiconductor de tipo n. Impurezas donadoras.En la Figura 1.8

aparece reflejada la estructura de un cristal de Si que resulta cuando se

ha sustituido uno de sus tomos por otro que posee cinco electrones de

valencia. Dicho tomo encajar sin mayores dificultades en la red


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cristalina del Si. Cuatro de sus cinco electrones de valencia completarn

la estructura de enlaces, quedando el quinto electrn dbilmente ligado al

tomo. A temperatura ambiente e incluso inferiores, este electrn se libera

con facilidad y puede entonces moverse por la red cristalina, por lo que

constituye un portador. Es importante sealar que, cuando se libera este

electrn, en la estructura de enlaces no queda ninguna vacante en la que

pueda caer otro electrn ligado. A estos elementos que tienen la

propiedad de ceder electrones libres sin crear huecos al mismo tiempo se

les denomina donantes o impurezas donadoras y se dice que hacen al

semiconductor de tipo n porque a dicha temperatura tenemos muchos

ms electrones (portadores negativos) que huecos. Indudablemente,

siempre tendremos algunos huecos debido a los enlaces covalentes rotos

a dicha temperatura. Es decir, en un semiconductor tipo n, los electrones

de conduccin son los portadores mayoritarios (aunque no exclusivos).

Figura 1.8.-. Red de cristal con un tomo de silicio desplazado por un

tomo impurificador pentavalente

b.2 Semiconductor de tipo p. Impurezas aceptadoras. Un

razonamiento similar se puede hacer cuando sustituimos un tomo de Si

por otro que tenga tres electrones de valencia (ver Figura 1.9). Dicho

tomo no completa la estructura de enlaces: de ah que a temperatura

ambiente e incluso inferiores un electrn ligado de un tomo vecino pase

fcilmente a ocupar dicha vacante completando, de esta forma, la

estructura de enlaces y creando al mismo tiempo un hueco. A estos


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elementos que tienen predisposicin para aceptar electrones ligados se

les conoce con el nombre de aceptadores o impurezas aceptadoras y se

dice que hacen al material de tipo p ya que ste conduce

fundamentalmente, aunque no de forma exclusiva, mediante los huecos

cargados positivamente. Por lo tanto, en un semiconductor de tipo p, los

huecos son los portadores mayoritarios y los electrones los minoritarios,

es decir, siempre existen unos pocos electrones que proceden de la rotura

estadstica de enlaces covalentes a dicha temperatura.

Figura 1.9.- Red de cristal con un tomo de silicio desplazado por un

tomo impurificador trivalente.

Entre los donantes ms corrientes para el Si se encuentran el fsforo, el

arsnico o el antimonio, siendo el fsforo el ms comn (ver Figura 1.10).

Entre los aceptadores habituales para el Si se encuentran el boro, el galio,

el indio o el aluminio, siendo el boro el ms comn (Figura 1.10).


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Finalmente, es de sealar, que cuando el tomo donador (o aceptador)

cede (o admite) electrones queda cargado positivamente (onegativamente). Sin embargo, el in correspondiente tiene su estructura

de enlaces completa. Es una carga fija que no puede contribuir a la

conduccin de corriente elctrica.

C. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES:

Material slido o lquido capaz de conducir la electricidad mejor que

un aislante, pero peor que un metal. La conductividad elctrica, que

es la capacidad de conducir la corriente elctrica cuando se aplica una

diferencia de potencial, es una de las propiedades fsicas ms

importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son

excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el

diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy

bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes.

Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o enpresencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede

aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos

a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se

estudian en la fsica del estado slido.


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IV. CONCLUSIONES

Gracias al trabajo realizado pudimos concluir que:

El trabajo realizado nos ayuda a comprender la clasificacin de

los materiales lo cual nos ser til algn da en el sitio donde

lleguemos a laborar ya que identificaremos con mayor facilidad y

entenderemos que son los materiales, como es su estructura,

como se clasifican y cules son sus caractersticas.

Cermicos.Tienen baja conductividad elctrica y trmica y son

usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque

frgiles y quebradizos. Nuevastcnicas de procesos consiguen

que los cermicos sean lo suficientemente resistentes a la

fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga.

Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo,

elvidrio,la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

Polmeros.Son grandes estructuras moleculares creadas a partir

de molculas orgnicas. Tienen baja conductividad elctrica y

trmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a

temperaturas elevadas.

Los polmeros termoplsticos, en los que las cadenas

moleculares no estn conectadas de manera rgida, tienen buenaductibilidad y conformabilidad; en cambio, los polmeros

termoestables son ms resistentes, a pesar de que sus cadenas

moleculares fuertemente enlazadas los hacen ms frgiles.

Tienen mltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos

electrnicos.

Semiconductores.Su conductividad elctrica puede controlarse

para su uso en dispositivos electrnicos. Son muy frgiles.
http://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtml


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Estructuras cerámicas, poliméricas y semiconductoras.pdf