Materiales Materiales CeramicosCeramicos
Materiales CeramicosMateriales Ceramicos
Un amplio grupo de materiales no Un amplio grupo de materiales no metálicos, compuestos por metálicos, compuestos por metales y no metales, unidos por metales y no metales, unidos por enlaces iónicos y/o covalentes.enlaces iónicos y/o covalentes.
Principalmente compuestos de Principalmente compuestos de arcilla, fedelspato y sílicearcilla, fedelspato y sílice
Materiales CerámicosMateriales Cerámicos
Son de utilización muy amplia y Son de utilización muy amplia y antigua en todos los ámbitos.antigua en todos los ámbitos.
Ello se debe a que sus Ello se debe a que sus constituyentes principales (Si, O, constituyentes principales (Si, O, Al) son los elementos más Al) son los elementos más abundantesabundantes
Además se utilizan en su forma Además se utilizan en su forma oxidada, por lo que no sufren oxidada, por lo que no sufren alteraciones del medio ambientealteraciones del medio ambiente
Distribución de los Distribución de los elementoselementos
Distribución de los Distribución de los elementoselementos
ArcillasArcillas
Contienen algunos de los siguientes:Contienen algunos de los siguientes: Sílice (SOSílice (SO22) y Aluminio como silicatos) y Aluminio como silicatos Compuestos de potasioCompuestos de potasio Compuestos de magnesioCompuestos de magnesio Compuestos de calcioCompuestos de calcio
La arena contiene sílica y fedelspato o La arena contiene sílica y fedelspato o Silicatos de aluminio y potasio.Silicatos de aluminio y potasio.
Materiales CerámicosMateriales Cerámicos
Fedelspato (Al2O3.6SiO2 .xxx) Cuarzo (SiO2)
Sílice y SilicatosSílice y Silicatos
El silicio tiene una valencia igual a El silicio tiene una valencia igual a la del carbono, y, como éste, la del carbono, y, como éste, forma compuestos de forma forma compuestos de forma tetraédricatetraédrica
Sílice y SilicatosSílice y Silicatos Estos tetraedros se combinan de Estos tetraedros se combinan de
diferentes maneras según diferentes maneras según compartan 2, 3 o 4 vérticescompartan 2, 3 o 4 vértices
Sílice y SilicatosSílice y Silicatos
Sílice y SilicatosSílice y Silicatos
En el caso de que compartan 2 En el caso de que compartan 2 vértices, tenemos una cadena o vértices, tenemos una cadena o anillo, y el material es fibrosoanillo, y el material es fibroso
Sílice y SilicatosSílice y Silicatos
Si se comparten 3 vértices, se Si se comparten 3 vértices, se forma una estructura laminar:forma una estructura laminar:
Muscovita
Sílice y SilicatosSílice y Silicatos
Cuando se comparten los 4 Cuando se comparten los 4 vértices, tenemos una estructura vértices, tenemos una estructura tridimensionaltridimensional
Feldespato
Tipos de Materiales Tipos de Materiales CerámicosCerámicos
DecorativosDecorativos RefractariosRefractarios VidriosVidrios AbrasivosAbrasivos CementosCementos
Comparación entre Comparación entre metales v materiales metales v materiales cerámicoscerámicos
Metales CerámicasEstructura cristalina Estructura cristalinaMuchos electrones libres Electrones "fijos"Enlace metálico Enlace iónico y/o covalenteBuena conductividad eléctrica Malos conductoresOpacos Transparentes Atomos uniformes Atomos de diferente tamañoGran resistencia a tensión Pobre resistencia a tensiónDúctiles FrágilesFlujo plástico Sin plasticidadBuena resistencia a impacto Pobre resistencia a impactoPeso relativamente elevado Más livianosDureza moderada Dureza extremaNo porosos Altamente porososAlta densidad Baja densidad
Propiedades mecánicas y Propiedades mecánicas y químicasquímicas
Materialdensidad (kg/m3)
Resistencia compresión
(Mpa)Al2O3 385 345Si3N4 319 690SiC 310 550
ZrO2 9% MgO 550 690
Propiedades mecánicas y Propiedades mecánicas y químicasquímicas
CompuestoDiferencia
electronegatividad % iónico % covalenteDióxido de circonio 2,3 73 27Oxido de magnesio 2,2 69 31Oxido de aluminio 2 63 37Dióxido de silicio 1,7 51 49Nitruro de silicio 1,3 34,5 65,5
Carburo de silicio 0,7 11 89
Compuesto Fórmula Punto de fusión °COxido de magnesio MgO 2798Dioxido de circonio ZrO2 2750
Carburo de boro B4C3 2450Oxido de aluminio Al2O3 2050Dióxido de silicio SiO2 1715
Materiales CerámicosMateriales Cerámicos tradicionalestradicionales
Hechos de arcillas naturales y Hechos de arcillas naturales y mezclas con cerámicos mezclas con cerámicos cristalinos. cristalinos.
Incluyen:Incluyen: ““Cerámicas”Cerámicas” Productos estructuralesProductos estructurales RefractariosRefractarios
CerámicasCerámicas
VajillaVajilla Piso y paredPiso y pared SanitariosSanitarios Porcelana eléctricaPorcelana eléctrica Cerámicas decorativasCerámicas decorativas
Cerámicas: BañosCerámicas: Baños
Moldeo por drenadoMoldeo por drenado
Sinter and Serve
RefractariosRefractarios
Ladrillos para calderas y hornos. Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto contenido de sílice Tienen un alto contenido de sílice o aluminio.o aluminio.
Son utilizados en la fabricación de Son utilizados en la fabricación de hierro y acero, metales no hierro y acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos, ferrosos, vidrio, cementos, conversión de energía, petróleo, e conversión de energía, petróleo, e industrias químicas.industrias químicas.
RefractariosRefractarios
Usados para proveer protección térmica a Usados para proveer protección térmica a otros materiales a temperaturas muy altas, otros materiales a temperaturas muy altas, como en la producción de acero (Tcomo en la producción de acero (Tmm=1500°C), =1500°C), fundiciones de metal, etc.fundiciones de metal, etc.
Compuestos princimpalmente de alúmina Compuestos princimpalmente de alúmina (Al(Al22OO33) (T) (Tmm=2050°C) y sílice junto a otros =2050°C) y sílice junto a otros óxidos: MgO (Tóxidos: MgO (Tmm=2850°C), Fe=2850°C), Fe22OO33, TiO, TiO22, etc., y , etc., y tienen una porosidad mayor al 10% en tienen una porosidad mayor al 10% en volumen. volumen.
También se utilizan BeO, ZrOTambién se utilizan BeO, ZrO22, SiC, y grafito , SiC, y grafito con baja porosidadcon baja porosidad
Ladrillo refractarioLadrillo refractario
Cerámicos AmorfosCerámicos Amorfos (vidrios)(vidrios)
Principal componente: Silice (SPrincipal componente: Silice (SiiOO22) ) Si se enfría despacio se obtiene un compuesto Si se enfría despacio se obtiene un compuesto
cristalino.cristalino. Si se enfría más rápido se obtiene una Si se enfría más rápido se obtiene una
estructura amorfa que consiste de cadenas estructura amorfa que consiste de cadenas desordenadas de átomos de Silice y Oxígeno. desordenadas de átomos de Silice y Oxígeno.
A esto se debe su transparencia, ya que los A esto se debe su transparencia, ya que los bordes cristalinos desvían la luz, causando bordes cristalinos desvían la luz, causando reflexión. reflexión.
El vidrio puede ser templado para aumentar su El vidrio puede ser templado para aumentar su tenacidad y resistencia.tenacidad y resistencia.
Tipos de vidrioTipos de vidrio
Hay tres tipos comunes:Hay tres tipos comunes: Vidrio de soda y calVidrio de soda y cal - 95% de ellos, - 95% de ellos,
vidrios, contenedores, etcvidrios, contenedores, etc Vidrios con plomo - contiene óxido de - contiene óxido de
plomo para mejorar el índice de plomo para mejorar el índice de refracción.refracción.
Borosilicatado - contiene óxido de - contiene óxido de boro, conocido como Pyrex. boro, conocido como Pyrex.
VidriosVidrios
Plano (ventanas)Plano (ventanas) Vidrio de contención (botellas)Vidrio de contención (botellas) Vidrio soplado (vajilla)Vidrio soplado (vajilla) Fibra de vidrio (aislante)Fibra de vidrio (aislante) Vidrios avanzados/especiales Vidrios avanzados/especiales
(fibra óptica) (fibra óptica)
Contenedores y botellasContenedores y botellas
Procesado por presiónProcesado por presión
Moldeo por sopladoMoldeo por soplado
Vidrio en edificiosVidrio en edificios
Proceso de platoProceso de plato
Vidrio templadoVidrio templado
La resistencia del vidrio puede ser La resistencia del vidrio puede ser mejorada induciendo tensiones residuales mejorada induciendo tensiones residuales de compresión en la superficie.de compresión en la superficie.
La superficie permanece comprimida, La superficie permanece comprimida, cerrando pequeñas fracturas.cerrando pequeñas fracturas.
Proceso de Proceso de endurecimientoendurecimiento
Templado:Templado:– Se calienta por encima de TSe calienta por encima de Tgg pero debajo del pero debajo del
punto de fusiónpunto de fusión– Se enfría en agua o aceiteSe enfría en agua o aceite– La superficie se enfría a TLa superficie se enfría a Tgg antes que el antes que el
interiorinterior– Cuando el interior se enfría y contrae Cuando el interior se enfría y contrae
comprime la superficie.comprime la superficie.
Endurecimiento químico:Endurecimiento químico:– Cationes con gran radio iónico se difunden en Cationes con gran radio iónico se difunden en
la superficiela superficie– Esto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas Esto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas
compresivas y tensiones.compresivas y tensiones.
Vidrio de seguridadVidrio de seguridad
¡Muchos intentan ¡Muchos intentan romperlo con romperlo con piedras o palos piedras o palos pero el vidrio pero el vidrio permanece intacto permanece intacto ! Cada tanto se ! Cada tanto se muestra el video muestra el video de alguien de alguien queriendo sacar el queriendo sacar el dinerodinero
Vidrio con plomoVidrio con plomo
Cerámicos cristalinosCerámicos cristalinos
Buenos aislantes eléctricos y refractarios.Buenos aislantes eléctricos y refractarios. El óxido de magnesio se utiliza como El óxido de magnesio se utiliza como
aislante en elementos calientes y cables.aislante en elementos calientes y cables. Oxido de aluminioOxido de aluminio Oxidos de BerilioOxidos de Berilio Carburo de BoroCarburo de Boro Carburo de Tungsteno Carburo de Tungsteno Usado como abrasivos en máquinas Usado como abrasivos en máquinas
cortantes.cortantes.
AbrasivosAbrasivos
Naturales (granate, diamante, Naturales (granate, diamante, etc.)etc.)
Abrasivos Sintéticos (carburo de Abrasivos Sintéticos (carburo de sílice, diamante, alúmina, etc.) se sílice, diamante, alúmina, etc.) se utilizan para perforar, cortar, utilizan para perforar, cortar, pulir.pulir.
CementosCementos Usados para producir caminos, Usados para producir caminos,
puentes, edificios, represas.puentes, edificios, represas.
Cerámicas avanzadasCerámicas avanzadas Se desarrollaron en los últimos 50 años Se desarrollaron en los últimos 50 años
Aplicados como coberturas térmicas para proteger Aplicados como coberturas térmicas para proteger estructuras metálicas, cubrir superficies, o como estructuras metálicas, cubrir superficies, o como compuestos importantes por sí mismos.compuestos importantes por sí mismos.
Las aplicaciones en motores son típicas de estos Las aplicaciones en motores son típicas de estos materiales, que incluyen el nitrito de sílice (Simateriales, que incluyen el nitrito de sílice (Si33NN44), ), carburo de silicio (SiC), Zirconia (ZrOcarburo de silicio (SiC), Zirconia (ZrO22) y Alumina ) y Alumina (Al(Al22OO33) )
Su resistencia al calor y otras propiedades han llevado Su resistencia al calor y otras propiedades han llevado al desarrollo de métodos para endurecerlos al desarrollo de métodos para endurecerlos reforzándolos con fibras , abriendo un campo de reforzándolos con fibras , abriendo un campo de aplicaciones para estos materialesaplicaciones para estos materiales
Cerámicas avanzadasCerámicas avanzadas Estructura:Estructura: biocerámicas, herramientas de biocerámicas, herramientas de
corte, componentes de motores, blindajes.corte, componentes de motores, blindajes. EléctricosEléctricos : : capacitores, aislantes, capacitores, aislantes,
circuitos integrados , piezoeléctricos, circuitos integrados , piezoeléctricos, magnetos y superconductoresmagnetos y superconductores
Recubrimientos:Recubrimientos: componentes de componentes de motores, herramientas de cortemotores, herramientas de corte
Químicas y ambientales:Químicas y ambientales: Filtros, Filtros, membranas, catálisis.membranas, catálisis.
Componentes de motoresComponentes de motores
Rotor (Alúmina)
Engranajes (Alúmina)
TurbocargadorTurbocargador
Rotor Cerámico
Discos de freno Discos de freno cerámicoscerámicos
McLaren Mercedes BenzMcLaren Mercedes Benz
Carburo de silicioCarburo de silicio
Componentes de Componentes de automóvilautomóvil
Elegidos por su Elegidos por su resistencia al resistencia al calor y desgastecalor y desgaste
Armaduras cerámicasArmaduras cerámicas
Utilizadas en el ejército. Utilizadas en el ejército.
Ventaja: baja densidad del material que lo hace Ventaja: baja densidad del material que lo hace eficienteeficiente
Materiales cerámicos típicos: alúmina, carburo de Materiales cerámicos típicos: alúmina, carburo de boro, carburo de silicio, y diboro de titanio boro, carburo de silicio, y diboro de titanio
El material cerámico es discontinuo y forma un El material cerámico es discontinuo y forma un “sandwic” entre un exterior más dúctil y una fibra “sandwic” entre un exterior más dúctil y una fibra interna interna
La capa externa debe ser suficientemente dura La capa externa debe ser suficientemente dura para frenar el proyectil.para frenar el proyectil.
La mayor parte de la energía de impacto es La mayor parte de la energía de impacto es absorbida por la fractura de la cerámica y absorbida por la fractura de la cerámica y cualquier energía cinética remantente es cualquier energía cinética remantente es absorbida por la capa interna, que también sirve absorbida por la capa interna, que también sirve para contener los fragmentos de cerámica y el para contener los fragmentos de cerámica y el proyectil evitando un impacto severo. proyectil evitando un impacto severo.
La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en hojas de 20 mm. se utilizan para proteger áreas hojas de 20 mm. se utilizan para proteger áreas críticas del avión Hércules.críticas del avión Hércules.
Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de fácil reemplazo.fácil reemplazo.
Cerámicos – Blindaje Cerámicos – Blindaje compuestocompuesto
Projectile
Outer hard skin
Ceramic-Discontinuous
Innerductileskin
PersonnelandEquipment
Ceramic Armor System
Carburo de síliceCarburo de sílice
Blindaje corporal Blindaje corporal y otros y otros compuestos compuestos elegidos por sus elegidos por sus propiedades propiedades balísticas.balísticas.