MaterialesCerámicos

Francisco J. González Madariaga / Alberto Rosa SierraTecnología de Materiales

MaterialesCerámicos

Francisco J. González Madariaga / Alberto Rosa SierraTecnología de Materiales

Cerámicas

Material sometido al fuego, o substancia quemada

Materiales que contienen elementos metálicos y no metálicos, donde el compuesto o los compuestos se mantienen unidos con fuerzas de atracción o con enlaces iónicos o covalentes

Amplio grupo de materiales de alto punto de fusión, compuestos de ingredientes como arcilla (silicio y aluminio), calcio,sodio o potasio (feldespato)

Quizá la propiedad más aceptada de las cerámicas es su fragilidad

Cerámicas

Fecha

Impo

rtan

cia

rela

tiva

Metales

Polímeros y elastómeros

Cerámicos yvítreos

Compuestos

Oro

CobreBronce

Hierro

Acero

Aleaciones de acero

Aleaciones ligeras

Super aleaciones

TitanioZirconiaetc

Metales cristalinosAl-Li

Aceros de fase dualAceros microaleados

Nuevas super aleaciones

Lento desarrollo:Mejora en la calidad,control y procesamiento

MaderaPielesFibras

Adhesivos

Caucho

Bakelita

Nylon

PE PCPMMA PS

PPAcrílicos

Epóxis

Poliesteres

Pollímeros de alto módulo

Pollímeros de alta temperatura

Papel

GFRPCFRP

Kevlar-FRP

Compuestos Metal-matriz

Compuestos Cerámicos

Piedra

Cerámica

Vidrio

Cemento

Refractarios

Cemento portland Sílica

fundida Pyro-cerámicaCerámica de ingeniería

Evolución histórica de los materiales

Las arcillas usualmente contienen:Silicio y aluminio (silicatos)Compuestos de potasioCompuestos de magnesioCompuestos de calcio

Las arenas contienen:Silicio o silicatos de aluminio,de sodio o potasio

Tipos de cerámicas

Cerámicas tradicionales

Cerámicas técnicas

CeramicsMetals

Propiedades comparadas de las cerámicas contra metales

Usos comunes de los materiales cerámicos

Cerámicas tradicionales

Blancas

Refractarias

Vidrios

Abrasivos

Cementos

Cerámicas naturales

Provienen de depósitosnaturales de arcillas,feldespato, cuarzo, etc.

Poco purificadas

Se forman multiples fases en la cocción

Para cada composición se dan muchas aplicaciones

Cerámicas técnicas

Las materias primas son muy puras

Presentan fase única

Aplicaciones específicas

• Aeroespacial : Materiales ligeros de alta resistencia mecánica y de alta temperatura para:

• Motores, aviones, revestimientos de lanzadera espacial.

• Automatismo : Sensores, componentes de alta temperatura

• Biomédica : Huesos, dientes, materiales de implante

• Óptica/Fotónica : Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes, ..etc

• Electrónica : Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes,..etc

• Energía : Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear

Proceso general de las cerámicas

1. Mezclado y molturación 2. Conformación3. Moldeo4. Secado5. Cocción

Cerámicas blancas

Aplicaciones usualesLoza, vajillas, elementos de cocinaRecubrimientos de piso y paredesPorcelana eléctricaCerámica decorativa

Colada

Horno

Cerámica refractaria• Para proveer protección

térmica a otros materiales ante temperaturas muy elevadas (+ 1500º C)

• Generalmente compuestas de alumina, silica y óxidos. Tienen gran porosidad (+10%)

• Existen otros refractarios especiales como los de grafito, óxido de berilio (BeO) y otros que son de menor porosidad

Cerámicas amorfasEl vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.

El vidrio se obtiene a unos 1500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3).

Si su enfriando es rápido forma estructuras amorfas que consisten en estructuras desordenadas de silicio y oxígeno, lo que lleva obtenermateriales transparentes en diferentes grados.

El vidrio puede ser templadopara mejorar su resistencia a la fractura

Tipos usuales de vidrios:

1.Vidrios Sódicos (Silicato de sodio y calcio). Botellas, ventanas, etc.

2. Vidrio plúmbico. Contiene plomo para mejorar su índice de refracción

3. Vidrio de boro-silicato. Muy resistente en especial al calor (pyrex)

Principales productos de vidrio

Vidrio planoVidrio de botellaVidrio sopladoFibras de vidrioVidrio de especialidades (fibras ópticas)

Proceso de vidrio prensado

Fabricación de canicas

Vidrio soplado

Proceso de vidrio soplado

Vidrio plano flotado

Horno para vidrio flotado

Vidrio templado

La dureza del vidrio puede mejorarse mediante un tratamiento de endurecimiento en su superficie. Este es el vidrio templado.

ProcesoEl vidrio plano se calienta arriba de su Tg pero debajo de su Ts.

Se enfría bruscamente

La superficie se enfría antes del interior, así el exterior es tirado hacia adentro (compresión)

Cerámicas cristalinas Buenos aislantes eléctricos.

Se usan también como abrasivos y para herramientas de corte:

Óxidos de magnesio, aluminio, boro y tungsteno

Cortador circular de Tungsteno

Abrasivos

Tipos de cerámicas como abrasivos:

Naturales, como el diamante

Sintéticos, como el silicio-carbón, diamante, alúmina, etc.

Cementos

Se denomina cemento a un

conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas que endurece al entrar en contacto con agua.

Fin