Materiales Cerámicos - punknerds.com · poseer enlaces de tipo iónico y covalente en su estructura atómica, ... Arcillas Secundarias o sedimentarias: Se encuentran lejos del lugar

Materiales para el diseño 1

Alejandro Zuleta Gil

Materiales Cerámicos


Son materiales inorgánicos caracterizados por poseer enlaces de tipo iónico y covalente en su estructura atómica, la cual puede ser cristalina o amorfa. La mayoría de los cerámicos están compuestos de óxidos metálicos





Los materiales cerámicos son

intrínsecamente más

resistentes que los metales

por los enlaces interatómicos

fuertes que poseen

Los átomos no pueden

desplazarse con facilidad bajo

las fuerzas aplicadas

Por esa razón los cerámicos

no se doblan para acomodar

tales fuerzas, sino que tienden

a fracturarse

ESTRUCTURA DE LOS CERÁMICOS


Son muy duros y presentan una gran

resistencia mecánica al al desgaste.

Muchos de ellos son capaces de soportar altas temperaturas

Tienen gran estabilidad química

Poseen una amplia gama de cualidades

eléctricas.

PROPIEDADES


Aplicaciones

Usado en un amplio de rango de aplicaciones tecnológicas

Refractarios, dieleléctricos, sensores, abrasivos, medios de

grabación magnética.

25 000 losas cerámicas ligeras

que protegen el fuselaje de

aluminio del calor generado

durante el reingreso a la

atmosfera terrestre


LA MAYORÍA PROVIENEN DE ROCAS

IGNEAS Y SEDIMENTARIAS

NATURALES: MINERALES SINTÉTICOS

POLVOS

Operaciones físicas y químicas

POLVOS

DIFERENTES

CONFORMADOS

SÍNTESIS DE

REACTIVOS

QUÍMICOS

ORIGEN DE LOS CERÁMICOS


Procesamiento

Triturado, mezclado, secado

El triturado y el molido se efectúan a fin de reducir el tamaño de las

partículas de los minerales y «liberar» físicamente los minerales de

interés del resto del mineral


Procesamiento

Conformación de polvos en formas útiles (cerámicas

verdes) mediante prensado, moldeo, etc.


Procesamiento

Consolidación de un objeto denso mediante el

sinterizado o el quemado.

Sinterización: Proceso mediante el cual se forma una masa densa

calentando materiales pulverizados compactados


POROSIDAD

En algunas técnicas de fabricación de cerámica el material precursor está en forma de polvo. Al compactar o conformar estas partículas de polvo se forman poros (espacios vacios) que durante el tratamiento térmico siguiente son parcialmente eliminados, osea que la eliminación de poros es incompleta y permanece alguna porosidad permanente.


PROPIEDADES LOS CERÁMICOS

FRAGILIDAD ALTA

RESISTENCIA LA

COMPRESIÓN

ALTA

RESISTENCIA AL

DESGASTE

DUREZA

DILATACIÓN,

CONDUCTIVIDAD

TÉRMICA Y ELÉCTRICA

BAJAS

MÓDULO ELÁSTICO

Y TENACIDAD

ALTOS ESTABILIDAD

QUÍMICA RESISTENCIA A LA

TERMOFLUENCIA




TRADICIONALES

AVANZADOS

CERÁMICOS

TÉCNICOS

REFRACTARIOS

ESTRUCTURALES

CRISTALINOS

AMORFOS

CERÁMICOS CRISTALINOS

Son aquellos materiales cerámicos

que poseen una estructura atómica y

molecular ordenada a partir de

patrones geométricos repetitivos.

Existen además cerámicos

policristalinos, que son aquellos en los

cuales se presenta más de un tipo de

arreglo cristalino de manera

simultánea.


a. Perovskita

b. Corindón

c. Espinela

d. Grafito


CERÁMICOS CRISTALINOS


CERÁMICOS AMORFOS


que poseen una estructura atómica y

molecular desordenada, que no sigue

ningún patrón geométrico. Esta

organización se da generalmente por

procesos de enfriamiento acelerados

que evitan que las moléculas se

organicen.

Generalmente los cerámicos amorfos

se denominan vidrios.



Vidrio Silicatos no cristalinos

Obtenido a altas T

Moléculas sin orden definido

Compuesto por Sílice y otros óxidos

Viscosidad, propiedad más

importante

Se comporta como líquido

viscoso subenfriado

por encima de T de

transición vítrea

T de transición vítrea: Es la temperatura a la cual el material cambia su

comportamiento como duro y quebradizo y pasa a comportarse como un solido

elástico y flexible.

VIDRIOS


Producidos a partir de un mezcla

que consiste generalmente en

arena silícea (arcillas) y óxidos

metálicos secos pulverizados o

granulados.

VIDRIOS


Esta mezcla se funde (1500°C

aprox.). Al sacarlo del horno, el

vidrio adquiere una rigidez que

permite darle forma y

manipularlo. Controlando la

temperatura de enfriamiento se

evita su cristalización.

VIDRIOS


Vidrio de Silicato

• Ampliamente utilizados.

• Formados a partir de SiO2 puro.

• Sus cambios dimensionales durante el calentamiento y

enfriamiento son pequeños

VIDRIOS SiO2, Na2CO3 y CaCO3

Vidrio de sílice fundida

Vidrios sódico-cálcicos

Vidrios de boro silicato

Vidrios al plomo



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Procesamiento de vidrio. (a) Prensado, (b) Soplado, y (c)

estirado de fibras.


CERÁMICOS TRADICIONALES


que se han usado desde la antiguedad

y que representan el mayor volumen

de consumo.

Compuestos en los que la materia

prima no requiere de tratamientos

previos que alteren su composición o

morfología original



Arcillas

Provienen de la descomposición de rocas

feldespaticas.

Se clasifican en : Primarias y secundarias o

sedimentarias.

Primarias: Formadas en el mismo lugar de la roca

madre. Poco atacadas por los agentes atmosféricos.

Ej: Caolín.

Sus partículas son mas gruesas

Mas blancas

Poco plásticas


Arcillas

Secundarias o sedimentarias: Se encuentran lejos del lugar de la roca

madre. Hay diferentes tamaños de partícula, lo que favorece a que las de

menor tamaño se sedimentan en donde el agua se estanca.

Son mas finas

Mas plásticas

Pueden contener una mayor cantidad de impurezas (alteran su color)


Arcillas

Secundarias o sedimentarias: Se encuentran lejos del lugar de la roca

madre. Hay diferentes tamaños de partícula, lo que favorece a que las de

menor tamaño se sedimentan en donde el agua se estanca.

• Son mas finas

• Mas plásticas

• Pueden contener una mayor cantidad de impurezas (alteran su

color)


Arcillas

Compuesta por Aluminosilicatos

hidratados

( Caolinita- Al2O3. SiO2. H2O ) y

pequeñas cantidades de óxidos

como:(TiO2, Fe2O3, MgO, CaO,

Na2O, K2O)

Esta formula corresponde a aproximadamente:

40 % de Al2O3.

46 % de SiO2

14 % de H2O


Plasticidad

El agua permite el deslizamiento de las

láminas

Su plasticidad se

debe a la estructura

laminar de las

partículas de arcilla.

Si el contenido de agua es excesivo su

plasticidad puede disminuir (pérdida de

la adherencia de las

partículas/separación de las láminas)


Plasticidad

Una forma de medirla cualitativamente…


Contracción

Depende de la cantidad de agua que pueda aceptar la arcilla.

Las arcillas MAS plásticas se

contraerán más en

comparación con las menos

plásticas

Las de menor tamaño de

partícula tendrán también una

mayor contracción

¿POR QUÉ?


Contracción

Se produce en dos etapas

1. Secado (aprox. 100 oC)

2. Cocción (550 oC)

¿POR QUÉ?

¿Qué pasa en c/u de las

etapas?

Moldeo en barbotina 1. Preparación de la Barbotina

2. Vertido en el molde poroso

3. Escurrido

4. Secado

5. Sinterizado

Suspensión de arcilla y

otros materiales no

plásticos en agua.


Decoración

Porcelana ,vidrio y cristales

Joyería Algunos de estos minerales son piedras preciosas ricamente coloreadas

por la presencia de óxidos metálicos

Construcción Cemento y lozas

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como abrasivo o para hacer molinos de bolas y morteros.

ampolletas de luces de halógenos.

termómetros de altas temperaturas.

recipientes para ensayos de laboratorio.

importante semiconductor para la fabricación de los componentes básicos de la electrónica actual, diodos, transistores.

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FELDESPATO K2O.Al2O3.6SiO2

Funde a ↓T y se transforma en vidrio cuando la mezcla se

somete a ↑T

Facilitan el procesado

Mejoran el acabado superficial (rellenan poros)

Suelen ser blancos o incoloros, aunque no es raro que presenten

cualquier otra coloración

Los puntos de fusión están comprendidos entre 1100 y 1550ºC


CERÁMICOS TRADICIONALES


CERÁMICOS AVANZADOS


que presentan altas prestaciones

funcionales en una serie de

propiedades específicas.

Compuestos formados por materia

prima de gran pureza química. Las

materias primas también son

minerales, pero exigen un tratamiento

especial hasta llegar al polvo

cerámico.


CERÁMICOS AVANZADOS


CERÁMICOS TÉCNICOS


que se presentan altas

prestaciones funcionales técnicas

como las químicas, eléctricas,

ópticas, etc.


CERÁMICOS TÉCNICOS


CERÁMICOS REFRACTARIOS


que presentan altas prestaciones

funcionales térmicas. Mantienen sus

propiedades a altas temperaturas.


CERÁMICOS REFRACTARIOS


CERÁMICOS ESTRUCTURALES


- Su estudio va encaminado a suplir la fragilidad que presentan los materiales

cerámicos convencionales, quebrándose con cargas de impacto relativamente

bajas.

- Lo que busca esta disciplina es obtener materiales de alta resistencia a la

fractura, permitiendo su utilización en la fabricación de elementos que tengan

que trabajar a altas temperaturas.

- Incorporación de células fotosensibles en las tejas,lo que las convertiría en

un elemento activo de aprovechamiento de la energía solar. El aislamiento

acústico y térmico de los materiales.

Materiales comunes: Ladrillos, Tejas, Porcelanas, etc.


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