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
Materiales Cerámicos
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
Materiales 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.
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
LA MAYORÍA PROVIENEN DE ROCAS IGNEAS Y SEDIMENTARIAS
NATURALES: MINERALES SINTÉTICOS
POLVOS
Operaciones físicas y químicas
POLVOS DIFERENTES CONFORMADOS SÍNTESIS DE REACTIVOS QUÍMICOS
Materiales 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
Materiales Cerámicos
Procesamiento
Conformación de polvos en formas útiles (cerámicas
verdes) mediante prensado, moldeo, etc.
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
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.
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
TRADICIONALES AVANZADOS CERÁMICOS TÉCNICOS REFRACTARIOS ESTRUCTURALES CRISTALINOS AMORFOSCERÁMICOS 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
Son aquellos materiales cerámicos 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.
Materiales Cerámicos
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 vítreaT 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
Materiales Cerámicos
Producidos a partir de un mezcla que consiste generalmente en arena silícea (arcillas) y óxidos metálicos secos pulverizados o granulados.
VIDRIOS
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
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Procesamiento de vidrio. (a) Prensado, (b) Soplado, y (c) estirado de fibras.
CERÁMICOS TRADICIONALES
Son aquellos materiales cerámicos 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
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
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)
Materiales Cerámicos
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)
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
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)
Materiales Cerámicos
Plasticidad
Materiales Cerámicos
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
Materiales Cerámicos
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.
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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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Materiales Cerámicos
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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Materiales Cerámicos
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
Son aquellos materiales cerámicos 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
Son aquellos materiales cerámicos
que se presentan altas
prestaciones funcionales técnicas como las químicas, eléctricas, ópticas, etc.
CERÁMICOS TÉCNICOS
CERÁMICOS REFRACTARIOS
Son aquellos materiales cerámicos que presentan altas prestaciones funcionales térmicas. Mantienen sus propiedades a altas temperaturas.
CERÁMICOS REFRACTARIOS
CERÁMICOS ESTRUCTURALES
Materiales Cerámicos
- 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.
