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PROCESOS INDUSTRIALES DE PLÁSTICOS TÉRMICOS, COMPUESTOS Y TERMOFRAGUANTES, Y MATERIALES CERÁMICOS (1)

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UNIDAD 4

UNIDAD 4

4.1. Generalidades

4.1. Generalidades

La fabricación de productos plásticos en gran escala, data de una fecha La fabricación de productos plásticos en gran escala, data de una fecha comparativamente reciente. El descubrimiento de la ebonita o hule duro por Charles comparativamente reciente. El descubrimiento de la ebonita o hule duro por Charles Goodyear en 1839 y el

Goodyear en 1839 y el descubrimiendescubrimiento del celuloide por J. to del celuloide por J. W. Hyatt W. Hyatt en 1869 marcaronen 1869 marcaron el comienzo de esta industria. No fue, sin embargo, sino hasta 1909 cuando uno de los el comienzo de esta industria. No fue, sin embargo, sino hasta 1909 cuando uno de los materiales más importantes, la resina de fenolformaldehído, fue desarrollada por el Dr. materiales más importantes, la resina de fenolformaldehído, fue desarrollada por el Dr. L.H. Baekeland y sus colegas. Desde entonces la investigación ha agregado L.H. Baekeland y sus colegas. Desde entonces la investigación ha agregado numerosos materiales sintéticos que varían ampliamente en

numerosos materiales sintéticos que varían ampliamente en propiedapropiedades físicas.des físicas.

En general el término plástico se aplica a todos los materiales capaces de ser  En general el término plástico se aplica a todos los materiales capaces de ser  moldeados o modelados. El uso moderno de ésta palabra ha cambiado su significado moldeados o modelados. El uso moderno de ésta palabra ha cambiado su significado hasta incluir un extenso grupo de materiales orgánicos sintéticos que se hacen hasta incluir un extenso grupo de materiales orgánicos sintéticos que se hacen plásticos por la aplicación del calor y son capaces de formarse bajo presión. plásticos por la aplicación del calor y son capaces de formarse bajo presión. Sustituyen a materiales tales como el vidrio, madera y metales en la construcción y se Sustituyen a materiales tales como el vidrio, madera y metales en la construcción y se hacen muchos artículos útiles,

hacen muchos artículos útiles, incluyendincluyendo revestimientos y fo revestimientos y f ilamentos para tejidos.ilamentos para tejidos. Ventajas y limitaciones de

Ventajas y limitaciones de los Materiales plásticoslos Materiales plásticos

Los productos hechos de materiales plásticos pueden producirse rápidamente con Los productos hechos de materiales plásticos pueden producirse rápidamente con tolerancias dimensionales exactas y excelentes acabados en las superficies. Con tolerancias dimensionales exactas y excelentes acabados en las superficies. Con frecuencia has sustituido a loa metales en los casos en que han de ser cualidades frecuencia has sustituido a loa metales en los casos en que han de ser cualidades esenciales, la ligereza de peso, la resistencia a la corrosión y la resistencia dieléctrica esenciales, la ligereza de peso, la resistencia a la corrosión y la resistencia dieléctrica son factores para ser considerados. Estos materiales pueden hacerse ya sea son factores para ser considerados. Estos materiales pueden hacerse ya sea transparentes o en colores, tienden a absorber vibración y sonido y a menudo son más transparentes o en colores, tienden a absorber vibración y sonido y a menudo son más fáciles de fabricar que los metales. Existen diferentes clases de plásticos en fáciles de fabricar que los metales. Existen diferentes clases de plásticos en producción comercial, que ofrecen hoy en día una amplia variedad de propiedades producción comercial, que ofrecen hoy en día una amplia variedad de propiedades físicas.

físicas.

El uso de los plásticos queda limitado por su comparativamente baja fuerza, por su El uso de los plásticos queda limitado por su comparativamente baja fuerza, por su poca resistencia al calor y en algunos casos por el alto costo de los materiales y poca poca resistencia al calor y en algunos casos por el alto costo de los materiales y poca estabilidad dimensional. Comparados con los metales, éstos son más suaves, menos estabilidad dimensional. Comparados con los metales, éstos son más suaves, menos dúctiles y más susceptibles a deformaciones a deformaciones bajo carga y dúctiles y más susceptibles a deformaciones a deformaciones bajo carga y quebradizos a baja temperatura. Algunos plásticos son flamables y pueden quebradizos a baja temperatura. Algunos plásticos son flamables y pueden deteriorarse a la luz del sol.

deteriorarse a la luz del sol.

4.2. Tipos de plásticos

4.2. Tipos de plásticos

Las materias plásticas se dividen en dos clases fundamentales: termofraguantes y Las materias plásticas se dividen en dos clases fundamentales: termofraguantes y termoplásticas. La diferenciación se basa sobre la estructura molecular de sus termoplásticas. La diferenciación se basa sobre la estructura molecular de sus compuestos y sobre su comportamiento en presencia de calor en la fase de compuestos y sobre su comportamiento en presencia de calor en la fase de elaboración

elaboración. Durante el . Durante el estampado de un termoplástico no se verifica ninguna reacciónestampado de un termoplástico no se verifica ninguna reacción química y el estampado no es irreversible por que las termoplásticas pueden ser  química y el estampado no es irreversible por que las termoplásticas pueden ser  llevadas al estado plástico y sucesivamente de nuevo al estado sólido sin que pierdan llevadas al estado plástico y sucesivamente de nuevo al estado sólido sin que pierdan sensiblemente sus características. Las resinas termofraguantes se obtienen por  sensiblemente sus características. Las resinas termofraguantes se obtienen por  policondensación. El policondensado es un material termofraguante porque en la fase policondensación. El policondensado es un material termofraguante porque en la fase de elaboración, cuando se caliente y se somete a la acción de la presión, se determina de elaboración, cuando se caliente y se somete a la acción de la presión, se determina una reacción química que provoca una reestructuración de carácter irreversible de la una reacción química que provoca una reestructuración de carácter irreversible de la molécula: una vez formado, un termofraguante no es más recuperable. Son molécula: una vez formado, un termofraguante no es más recuperable. Son termofraguantes por ejemplo, las resinas fenólicas, las melanímicas, las uréicas y el termofraguantes por ejemplo, las resinas fenólicas, las melanímicas, las uréicas y el poliester.

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4.3. Materias primas

4.3. Materias primas

En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrica basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están

un límite, se están investiganinvestigando otras fuentes de materias primas, como la gado otras fuentes de materias primas, como la ga sificaciónsificación del carbón.

del carbón.

El petróleo en su refinado se divide por destilación en varias fracciones, de las cuales El petróleo en su refinado se divide por destilación en varias fracciones, de las cuales la que se emplea para la fabricación de los plásticos es la de las naftas. La nafta la que se emplea para la fabricación de los plásticos es la de las naftas. La nafta mediante un proceso térmico denominado “craking”, se trans

mediante un proceso térmico denominado “craking”, se transforma en una mezcla deforma en una mezcla de etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos ligeros; a partir de esta mezcla se etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos ligeros; a partir de esta mezcla se obtiene la materia prima para los

obtiene la materia prima para los plásticos.plásticos.

Pero el proceso no acaba ahí, ya que por ejemplo el etileno supone materia prima para Pero el proceso no acaba ahí, ya que por ejemplo el etileno supone materia prima para unos determinados plásticos; y a partir de él por reacción con diferentes compuestos unos determinados plásticos; y a partir de él por reacción con diferentes compuestos se obtienen productos como el estireno o el cloruro de vinilo, que a su vez son materia se obtienen productos como el estireno o el cloruro de vinilo, que a su vez son materia prima para otros plásticos.

prima para otros plásticos.

Los plásticos son polímeros y se producen mediante un proceso llamado Los plásticos son polímeros y se producen mediante un proceso llamado polimerización: enlaces químicos entre monómeros para crear polímeros. El tamaño y polimerización: enlaces químicos entre monómeros para crear polímeros. El tamaño y la estructura de las moléculas, así como la naturaleza de los enlaces confieren a los la estructura de las moléculas, así como la naturaleza de los enlaces confieren a los plásticos sus propiedades.

plásticos sus propiedades.

Las materias primas para los compuestos plásticos, son diversos productos agrícolas y Las materias primas para los compuestos plásticos, son diversos productos agrícolas y muchos otros materiales minerales y orgánicos, incluyendo carbón, gas, petróleo, muchos otros materiales minerales y orgánicos, incluyendo carbón, gas, petróleo, piedra caliza, sílice y azufre.

piedra caliza, sílice y azufre.

En el proceso de fabricación se agregan otros ingredientes tales como polvos En el proceso de fabricación se agregan otros ingredientes tales como polvos colorantes, solventes, lubricantes, plastificantes y materiales de relleno. El aserrín, la colorantes, solventes, lubricantes, plastificantes y materiales de relleno. El aserrín, la harina, algodón, fibras de trapo, asbesto, metales pulverizados, grafito, vidrio, arcilla y harina, algodón, fibras de trapo, asbesto, metales pulverizados, grafito, vidrio, arcilla y tierra diatomácea son los materiales más importantes usados como relleno. Tale tierra diatomácea son los materiales más importantes usados como relleno. Tale productos como asientos para sillas a la intemperie, telas plásticas, recipientes para productos como asientos para sillas a la intemperie, telas plásticas, recipientes para basura, fundas para máquinas, artículos para equipaje, cascos de seguridad, cañas basura, fundas para máquinas, artículos para equipaje, cascos de seguridad, cañas para pescar y partes para instrumentos, son ejemplos de los productos que utilizan para pescar y partes para instrumentos, son ejemplos de los productos que utilizan este relleno.

este relleno.

Su empleo reduce los costos de fabricación, disminuye el encogimiento, mejora la Su empleo reduce los costos de fabricación, disminuye el encogimiento, mejora la resistencia al calor, suministran resistencia al impacto o le imparten al producto otras resistencia al calor, suministran resistencia al impacto o le imparten al producto otras propiedades deseables.

propiedades deseables.

4.4. Compuestos termofraguantes (fenólicas, resinosas y furámicas)

4.4. Compuestos termofraguantes (fenólicas, resinosas y furámicas)

Los materiales plásticos se

Los materiales plásticos se pueden clasificar en termofraguantes y termoplásticos.pueden clasificar en termofraguantes y termoplásticos. Termofraguantes.

Termofraguantes.

Son formados mediante calor y con o sin presión, resultando un producto que es Son formados mediante calor y con o sin presión, resultando un producto que es permanentemente duro. El calor ablanda primero al material, pero al añadirle más permanentemente duro. El calor ablanda primero al material, pero al añadirle más

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calor o sustancias químicas especiales, se endurecen por un cambio químico conocido calor o sustancias químicas especiales, se endurecen por un cambio químico conocido como polimerización y no puede ser reblandecido.

como polimerización y no puede ser reblandecido.

La polimerización es un proceso químico que da como resultado la formación de un La polimerización es un proceso químico que da como resultado la formación de un nuevo compuesto cuyo peso molecular es un múltiplo del de la sustancia original.

nuevo compuesto cuyo peso molecular es un múltiplo del de la sustancia original. Los procesos

Los procesos utilizadutilizados para os para plásticos termofraguanplásticos termofraguantes, incluyen compresión o tes, incluyen compresión o moldeomoldeo de transferencia, colado, laminado o impregnado.

de transferencia, colado, laminado o impregnado. Fenólicas

Fenólicas

Es uno de los principales plásticos termofraguantes que se usan en la actualidad en la Es uno de los principales plásticos termofraguantes que se usan en la actualidad en la industria. Dicha resina sintética se elabora mediante la reacción del fenol con el industria. Dicha resina sintética se elabora mediante la reacción del fenol con el formaldehído, forma un material duro, de alta resistencia, durable, capaz de ser  formaldehído, forma un material duro, de alta resistencia, durable, capaz de ser  moldeado bajo una amplia variedad de condiciones. Este material tiene alta resistencia moldeado bajo una amplia variedad de condiciones. Este material tiene alta resistencia al calor y al agua y puede producirse en una gran variedad en colores. Se usa en la al calor y al agua y puede producirse en una gran variedad en colores. Se usa en la fabricación de materiales de revestimiento, productos laminados, ruedas de esmeril y fabricación de materiales de revestimiento, productos laminados, ruedas de esmeril y agentes aglutinantes para metal y vidrio, pudiendo moldearse en muchas formas agentes aglutinantes para metal y vidrio, pudiendo moldearse en muchas formas útiles, tales como cajas moldeadas, clavijas eléctricas, tapones de botella, perillas, útiles, tales como cajas moldeadas, clavijas eléctricas, tapones de botella, perillas, carátulas, mangos para cuchillos, gabinetes para radio y otras numerosas partes carátulas, mangos para cuchillos, gabinetes para radio y otras numerosas partes eléctricas. Los compuestos fenólicos son moldeados por compresión o moldeo de eléctricas. Los compuestos fenólicos son moldeados por compresión o moldeo de transferencia.

transferencia. Resinas amínicas Resinas amínicas

Las resinas más importantes son formaldehído de urea y formaldehído de melanina. Las resinas más importantes son formaldehído de urea y formaldehído de melanina. Este componente plástico, también termofraguante, se puede obtener en forma de Este componente plástico, también termofraguante, se puede obtener en forma de polvo para moldear o en solución para usarse como liga y adhesivo. A la vez se polvo para moldear o en solución para usarse como liga y adhesivo. A la vez se combina con una variedad de relleno, mejora las propiedades mecánicas y eléctricas. combina con una variedad de relleno, mejora las propiedades mecánicas y eléctricas. Las buenas características de flujo de la resina de melanina hacen un modelo de Las buenas características de flujo de la resina de melanina hacen un modelo de transferencia, conveniente para tales artículos como vajillas, piezas de encendido, transferencia, conveniente para tales artículos como vajillas, piezas de encendido, perillas y estuches

perillas y estuches para rasuradoras.para rasuradoras.

4.5 Celulosas, poliestirenos, polietilenos y propilenos.

4.5 Celulosas, poliestirenos, polietilenos y propilenos.

Los termoplásticos, son procesados principalmente por inyección o moldeo soplado, Los termoplásticos, son procesados principalmente por inyección o moldeo soplado, extrusión, termoformado y satinado.

extrusión, termoformado y satinado. Celulosas

Celulosas

Las celulosas son termoplásticos preparados de varios tratamientos con fibras de Las celulosas son termoplásticos preparados de varios tratamientos con fibras de algodón y madera. Son muy tenaces y se producen en una amplia variedad de algodón y madera. Son muy tenaces y se producen en una amplia variedad de colores.

colores.

 Acetato de celulo  Acetato de celulosa.sa.

Es un compuesto más estable que tiene una resistencia mecánica considerable y fácil Es un compuesto más estable que tiene una resistencia mecánica considerable y fácil de ser fabricado en láminas o ser moldeado por inyección, compresión y extrusión. de ser fabricado en láminas o ser moldeado por inyección, compresión y extrusión. Con este compuesto de fabrican envases de exhibición, juguetes, perillas, cuerpos de Con este compuesto de fabrican envases de exhibición, juguetes, perillas, cuerpos de lámparas eléctricas, revestimientos de cerdas para brochas

lámparas eléctricas, revestimientos de cerdas para brochas de pinturas, etc.de pinturas, etc.  Acetato-butirato de

 Acetato-butirato de celulosa.celulosa.

Es un compuesto para moldeos, es

Es un compuesto para moldeos, es similar al acetato de celulosa y similar al acetato de celulosa y ambos se producenambos se producen en todos loso colores por los mismos procesos, en general se reconoce por su baja en todos loso colores por los mismos procesos, en general se reconoce por su baja absorción de humedad, por su fuerza, estabilidad dimensional bajo diversas absorción de humedad, por su fuerza, estabilidad dimensional bajo diversas condiciones atmosféricas y por su capacidad para ser extruido continuamente. Es condiciones atmosféricas y por su capacidad para ser extruido continuamente. Es utilizado para fabricar los siguientes productos: cascos para futbol, armazones para utilizado para fabricar los siguientes productos: cascos para futbol, armazones para anteojos, charolas, cinturones, etc.

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Poliestirenos Poliestirenos

Es un material adaptado especialmente para moldeo por inyección y extrusión. Es un material adaptado especialmente para moldeo por inyección y extrusión.  Algunas

 Algunas de de sus sus caracterícaracterísticas sticas más más notables notables son. son. Su Su bajo bajo peso peso específico (específico (1.07), 1.07), eses fácil de obtener en colores claros a opaco, resistentes al agua y a la mayor parte de fácil de obtener en colores claros a opaco, resistentes al agua y a la mayor parte de loa gentes químicos, estabilidad dimensional y buenas características de aislamiento. loa gentes químicos, estabilidad dimensional y buenas características de aislamiento. Polietilenos

Polietilenos

Los productos de polietileno son flexibles tanto temperatura ambiente normal como a Los productos de polietileno son flexibles tanto temperatura ambiente normal como a bajas temperaturas, son a prueba de agua, no los afecta la mayoría de los agentes bajas temperaturas, son a prueba de agua, no los afecta la mayoría de los agentes químicos; son capaces de sellar por calor y pueden producirse en muchos colores. El químicos; son capaces de sellar por calor y pueden producirse en muchos colores. El polietileno es uno de los plásticos más ligeros, pudiendo flotar en el agua, tiene una polietileno es uno de los plásticos más ligeros, pudiendo flotar en el agua, tiene una densidad de .91 a .96. es uno de los plásticos más económicos y sus características densidad de .91 a .96. es uno de los plásticos más económicos y sus características de resistencia a la humedad favorecen para envolver y para hacer bolsas. Otros de resistencia a la humedad favorecen para envolver y para hacer bolsas. Otros productos son: charolas para cubos de hielo, charolas para revelado, telas, material de productos son: charolas para cubos de hielo, charolas para revelado, telas, material de envoltura, biberones, mangueras para jardín, cables coaxiales y partes aislantes para envoltura, biberones, mangueras para jardín, cables coaxiales y partes aislantes para aplicaciones de alta frecuencia. Estos productos se pueden fabricar en moldeo por  aplicaciones de alta frecuencia. Estos productos se pueden fabricar en moldeo por  inyección, moldeo soplado o extruirse en láminas, películas, etc.

inyección, moldeo soplado o extruirse en láminas, películas, etc. Polipropileno

Polipropileno

Puede ser procesado por todas las técnicas termoplásticas. Tiene excelentes Puede ser procesado por todas las técnicas termoplásticas. Tiene excelentes propiedades eléctricas, alta resistencia al impacto y a la tensión, con buena resistencia propiedades eléctricas, alta resistencia al impacto y a la tensión, con buena resistencia a los productos químicos y al calor. Los monofilamentos de polipropileno se usan para a los productos químicos y al calor. Los monofilamentos de polipropileno se usan para hacer sogas, redes y telas, también se fabrican artículos para hospital y laboratorio, hacer sogas, redes y telas, también se fabrican artículos para hospital y laboratorio,  juguetes, muebl

 juguetes, muebles, etc.es, etc. Resinas furánicas Resinas furánicas

Las resinas furánicas de obtienen procesando productos agrícolas de desecho, tales Las resinas furánicas de obtienen procesando productos agrícolas de desecho, tales como olotes, cascaras de arroz y de semillas de algodón, con ciertos ácidos. La resina como olotes, cascaras de arroz y de semillas de algodón, con ciertos ácidos. La resina termofraguante que se obtiene es de color obscuro resistente al agua y tiene termofraguante que se obtiene es de color obscuro resistente al agua y tiene excelentes cualidade

excelentes cualidades eléctricas. s eléctricas. Estas resinas también son Estas resinas también son usadas como aglutinantesusadas como aglutinantes para arena de corazones de fundición, como aditivos endurecedores para enyesar, para arena de corazones de fundición, como aditivos endurecedores para enyesar, también como agentes adhesivos en compuestos de piso y en productos de grafito. también como agentes adhesivos en compuestos de piso y en productos de grafito.

4.6. Materiales cerámicos

4.6. Materiales cerámicos

La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa quemar. En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, quemar. En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos. Desde la década de los 50′s en adelante, los ma

metálicos. Desde la década de los 50′s en adelante, los ma teriales más importantesteriales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos] y similares, fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos] y similares,  junto

 junto con con el el cemento cemento y y el el vidrio. vidrio. El El arte arte tradicional tradicional de de la la cerámica cerámica se se describe describe enen alfarería. También puede buscarse la historia del rakú, singular técnica milenaria alfarería. También puede buscarse la historia del rakú, singular técnica milenaria oriental.

oriental.

Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales.

tradicionales.

Ejemplos de materiales cerámicos Ejemplos de materiales cerámicos

• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo.

• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo.

• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

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• Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y 

• Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y 

comocomo material refractario.

material refractario.

• Diboruro de magnesio (Mg B

• Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un

2), es un supercondu

superconductor no convencional.

ctor no convencional.

• Óxido de

• Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.

zinc (ZnO), un semiconductor.

• Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en

• Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en

núcleos de

núcleos de memorias magnéticas.memorias magnéticas.

••

Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.

• Ladrillo

Ladrillos, utilizados en

s, utilizados en construcción

construcción

• Óxido de

• Óxido de uranio (UO2), empleado como combustibl

uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares

e en reactores nucleares

• Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7 

• Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7 

-x), superconductor de alta -x), superconductor de alta temperatura.temperatura. Propiedades mecánica

Propiedades mecánicas de s de la cerámicala cerámica

Los materiales cerámicos son generalmente iónicos o vidriosos. Casi siempre se Los materiales cerámicos son generalmente iónicos o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

mencionados.

Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la rigidez Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con los para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aún así, es omitido en muchas deformación plástica, y también es muy lenta. Aún así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.

aplicaciones de materiales cerámicos.

Tienen elevada resistencia a la compresión y son capaces de operar en temperaturas Tienen elevada resistencia a la compresión y son capaces de operar en temperaturas altas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y altas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes

como puntas cortantes de herramientas.de herramientas. Procesado de materiales cerámicos Procesado de materiales cerámicos

Las cerámicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. El vidrio Las cerámicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. El vidrio es formado por cualquiera de los siguientes métodos: soplado, prensado, laminado, es formado por cualquiera de los siguientes métodos: soplado, prensado, laminado, estirado, colado o flotado.

estirado, colado o flotado.

Los materiales cerámicos cristalinos no son susceptibles de un variado rango de Los materiales cerámicos cristalinos no son susceptibles de un variado rango de procesado. Los métodos empleados para su manejo tienden a fallar en una de dos procesado. Los métodos empleados para su manejo tienden a fallar en una de dos categorías -hacer cerámica en la forma deseada, pro reacción in situ, o por formación categorías -hacer cerámica en la forma deseada, pro reacción in situ, o por formación de polvos en la forma deseada, y luego sinterizados para formar un cuerpo sólido. de polvos en la forma deseada, y luego sinterizados para formar un cuerpo sólido.  Algunos método

 Algunos métodos usados son un hs usados son un híbrido de los díbrido de los dos métodos mencios métodos mencionados.onados.

4.6.1. Estructura y propiedades de

4.6.1. Estructura y propiedades de cerámicos

cerámicos

Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los

encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.abrasivos. Materiales cerámicos

Materiales cerámicos

Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno.

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Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces híbridos Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces híbridos iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad de sus electrones y les confieren iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad de sus electrones y les confieren propiedades específicas como la dureza, la rigidez y un elevado punto de fusión.

propiedades específicas como la dureza, la rigidez y un elevado punto de fusión.

Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los metales, por lo que r

metales, por lo que r esultan menos elásticos y tenaces que éstos.esultan menos elásticos y tenaces que éstos.

Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos.

no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos. Cerámicos cristalinos

Cerámicos cristalinos

Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.

superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios. Cerámicos no cristalinos

Cerámicos no cristalinos

Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.

átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos. Vitro cerámicos

Vitro cerámicos

Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, enfriamiento también rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la aparición de microcristales pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la aparición de microcristales que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica.

que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica. Propiedades y aplicaciones

Propiedades y aplicaciones Los materiales cerámicos se

Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades:caracterizan por las siguientes propiedades:

• Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste • Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura.

y a la cizalladura. • Son

• Son capaces de soportar altas temperaturascapaces de soportar altas temperaturas • Tie

• Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosiónnen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión • Poseen una amplia gama

• Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas.de cualidades eléctricas.

Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad que presenten. Son mucho más duros que los cerámica y el grado de compacidad que presenten. Son mucho más duros que los metales. A diferencia de éstos,

metales. A diferencia de éstos, se trata de materiales relativamente frágiles, ya que se trata de materiales relativamente frágiles, ya que loslos enlaces

enlaces iónico-covaiónico-covalentes.lentes.

Su fragilidad es muy baja y las fracturas se propagan de manera irreversible. Su fragilidad es muy baja y las fracturas se propagan de manera irreversible.

Para mejorar sus propiedades, se han desarrollado materiales híbridos o Para mejorar sus propiedades, se han desarrollado materiales híbridos o compositores. Estos compuestos constan de una matriz de fibra de vidrio, de un compositores. Estos compuestos constan de una matriz de fibra de vidrio, de un polímero plástico o, incluso, de fibras cerámicas inmersas en el material cerámico, con polímero plástico o, incluso, de fibras cerámicas inmersas en el material cerámico, con lo que se consigue que el material posea elasticidad y tenacidad, y, por tanto, lo que se consigue que el material posea elasticidad y tenacidad, y, por tanto, resistencia a la rotura.

resistencia a la rotura.

Los materiales cerámicos también se utilizan en la fabricación de otros materiales Los materiales cerámicos también se utilizan en la fabricación de otros materiales híbridos denominados cermet, abreviatura de la expresión inglesa ceramic metals, híbridos denominados cermet, abreviatura de la expresión inglesa ceramic metals, compuestos principalmente de óxido de aluminio, dióxido de silicio y metales como el compuestos principalmente de óxido de aluminio, dióxido de silicio y metales como el cobalto, el cromo y el hierro.

cobalto, el cromo y el hierro.

Para obtenerlos, se emplean dos técnicas: el

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El sintetizado consiste en compactar los polvos metálicos cuando presentan dificultad El sintetizado consiste en compactar los polvos metálicos cuando presentan dificultad para ser aleados. El fritado consiste en someter el polvo metálico junto al material para ser aleados. El fritado consiste en someter el polvo metálico junto al material cerámico a una compresión dentro de un horno eléctrico para obtener una aleación. cerámico a una compresión dentro de un horno eléctrico para obtener una aleación. Resistencia a la

Resistencia a la temperaturatemperatura

Esta propiedad se fundamenta en tres características de los materiales cerámicos: Esta propiedad se fundamenta en tres características de los materiales cerámicos: elevado punto de fusión, bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad térmica. elevado punto de fusión, bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad térmica. Su elevado punto de fusión supera el de todos los metales, si exceptuamos el Su elevado punto de fusión supera el de todos los metales, si exceptuamos el volframio.

volframio.

Su bajo coeficiente de dilatación los hace particularmente resistentes a los choques Su bajo coeficiente de dilatación los hace particularmente resistentes a los choques térmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios de volumen térmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios de volumen que determinan la aparición de gritas y

que determinan la aparición de gritas y su posterior rotura.su posterior rotura.

Su baja conductividad térmica permite su empleo como aislantes. Su baja conductividad térmica permite su empleo como aislantes. Resistencia a los agentes químicos

Resistencia a los agentes químicos

La estructura atómica de los materiales cerámicos es la responsable de su gran La estructura atómica de los materiales cerámicos es la responsable de su gran estabilidad química, que se manifiesta en su

estabilidad química, que se manifiesta en su resistencia a la degradación ambiental y aresistencia a la degradación ambiental y a los agentes químicos.

los agentes químicos.

Las aplicaciones de los diferentes tipos de materiales dependen de su estructura y de Las aplicaciones de los diferentes tipos de materiales dependen de su estructura y de los agentes químicos a que vayan ser

los agentes químicos a que vayan ser sometidos.sometidos.

La alúmina de elevada pureza se emplea en prótesis o implantes óseos o dentales por  La alúmina de elevada pureza se emplea en prótesis o implantes óseos o dentales por  su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su gran estabilidad a lo largo del tiempo. su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su gran estabilidad a lo largo del tiempo.

4.6.2.Cerámicas Tradicionales: Pastas Triaxiales

4.6.2.Cerámicas Tradicionales: Pastas Triaxiales

Cerámicas muy complejas y ampliamente utilizadas Cerámicas muy complejas y ampliamente utilizadas •Productos de alfarería •Productos de alfarería •Ladrillos y tejas •Ladrillos y tejas •Azulejos •Azulejos •Porcelana •Porcelana •Aislantes •Aislantes •Refractarios •Refractarios Componentes habituales: Componentes habituales: -Arcilla (cuerpo principal de

-Arcilla (cuerpo principal de cerámica: caolinita, montmorillonita,...)cerámica: caolinita, montmorillonita,...) -Sílice

-Sílice (desengrasan(desengrasantes)tes) -Feldespatos (fundentes) -Feldespatos (fundentes)

Pasta triaxial + calor mezcla de

Pasta triaxial + calor mezcla de fases cristalinas y amorfasfases cristalinas y amorfas •Arcilla

•Arcilla  Aluminosil

 Aluminosilicatos hidratadoicatos hidratados + pequeñas cans + pequeñas cantidades de otidades de otros óxidos:tros óxidos: TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O,...

TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O,... Se distinguen dos tipos:

Se distinguen dos tipos:  Arcillas primari

 Arcillas primarias (“Arcillas chas (“Arcillas chinas”)inas”) Fundamentalm

Fundamentalmente ente CaoliniCaolinita ta (Fabric. (Fabric. PorcelanaPorcelanas)s)  Arcillas secund

 Arcillas secundarias (o sediarias (o sedimentarias)mentarias) Fundamentalm

Fundamentalmente ente MontmorillMontmorillonitaonita Forman coloides fácilmente

Forman coloides fácilmente Clasificación:

Clasificación:

-Arcillas grasas o de bola (ricas en caolin) -Arcillas grasas o de bola (ricas en caolin) -Arcillas silícicas (hasta 60%

-Arcillas silícicas (hasta 60% SiO2)SiO2)

-Arcillas rojas (hasta 10% Fe; alfareria tejas -Arcillas rojas (hasta 10% Fe; alfareria tejas -Arcillas de gres (ricas en alcalinos)

-Arcillas de gres (ricas en alcalinos) -Arcillas micaceas (» 10 %

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 Arcilla  Arcilla

La más empleado es la caolinita o arcillas de bola La más empleado es la caolinita o arcillas de bola Silicato laminar 1:1

Silicato laminar 1:1

Capa [Si2O5]2- y capa [Al2(OH)4]2+; Capa [Si2O5]2- y capa [Al2(OH)4]2+; Si2Al2O5(OH)4 ó

Si2Al2O5(OH)4 ó Al2O3-2SiO2-2H2Al2O3-2SiO2-2H2OO

Generalmente llevan montmorillonitas y esmectitas (silicatos laminares 2:1 de Generalmente llevan montmorillonitas y esmectitas (silicatos laminares 2:1 de composición variable)

composición variable)

Diagrama de fases de Pastas

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4.6.3. Propiedades generales y aplicación de

4.6.3. Propiedades generales y aplicación de los cerámicos.

los cerámicos.

En comparación con los metales, los cerámicos tienen las siguientes características En comparación con los metales, los cerámicos tienen las siguientes características relativas: fragilidad, alta resistencia mecánica y dureza a temperaturas elevadas, relativas: fragilidad, alta resistencia mecánica y dureza a temperaturas elevadas, módulo de elasticidad elevado y tenacidad, densidad, dilatación térmica y módulo de elasticidad elevado y tenacidad, densidad, dilatación térmica y conductivid

conductividad térmica y ad térmica y eléctrica bajas. eléctrica bajas. sin embargo, sin embargo, en vista en vista de la de la amplia diversidadamplia diversidad de composiciones de material cerámico y de tamaños de grano, las propiedades de composiciones de material cerámico y de tamaños de grano, las propiedades mecánicas y

mecánicas y físicas de físicas de os os cerámicos varían cerámicos varían significatsignificativamente. ivamente. Por Por ejemplo ejemplo lala conductivida

conductividad eléctrica de los cerámicos se puedd eléctrica de los cerámicos se puede modificar de mala a buena. e modificar de mala a buena. en vistaen vista de sus sensibilidad a los defectos y fallas, así como a las grietas superficiales e de sus sensibilidad a los defectos y fallas, así como a las grietas superficiales e internas, a la presencia de diferentes tipos y niveles de impurezas y debido a métodos internas, a la presencia de diferentes tipos y niveles de impurezas y debido a métodos diferentes de manufactura, las cerámicas pueden tener una amplia gama de diferentes de manufactura, las cerámicas pueden tener una amplia gama de propiedades.

propiedades.

Aplicaciones de los cerámicos Aplicaciones de los cerámicos

Los cerámicos tienen numerosas aplicaciones en productos de consumo e Los cerámicos tienen numerosas aplicaciones en productos de consumo e industriales. se utilizan varios tipos de cerámicos en las industrias eléctrica y industriales. se utilizan varios tipos de cerámicos en las industrias eléctrica y electrónica, debido a que tienen una resistividad eléctrica elevada, una resistencia electrónica, debido a que tienen una resistividad eléctrica elevada, una resistencia dieléctrica alta y propiedades magnéticas adecuadas para aplicaciones tales como dieléctrica alta y propiedades magnéticas adecuadas para aplicaciones tales como imanes para

imanes para bocinas. bocinas. un ejemplo un ejemplo es la es la porcelana, que porcelana, que es una es una cerámica blancacerámica blanca compuesta de caolín, cuarzo y feldespato; su mayor uso se encuentra en aparatos compuesta de caolín, cuarzo y feldespato; su mayor uso se encuentra en aparatos domésticos y sanitarios.

domésticos y sanitarios.

la capacidad de los cerámicos a conservar su resistencia y rigidez a temperaturas la capacidad de los cerámicos a conservar su resistencia y rigidez a temperaturas elevadas

elevadas los los hace hace atractivos para atractivos para aplicaciones a aplicaciones a temperaturtemperaturas as elevadas. elevadas. SuSu resistencia al desgaste elevada, los hace adecuados para aplicaciones como camisas resistencia al desgaste elevada, los hace adecuados para aplicaciones como camisas de cilindro, bujes, sell

de cilindro, bujes, sellos y cojinetes. os y cojinetes. Las mayores temperaLas mayores temperaturas de operación posituras de operación posiblesbles gracias al uso de componentes cerámicos significan una combustión más eficiente del gracias al uso de componentes cerámicos significan una combustión más eficiente del combustible y una reducción en las emisiones de los automóviles.

Referencias

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