Materiales cerámicos v.2014
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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