CERAMICOS General 32 Pp

7/26/2019 CERAMICOS General 32 Pp

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CERÁMICOS

• Los materiales cerámicos son compuestosquímicos o soluciones complejas que contienenelementos metálicos y no metálicos. Por ejemplola alúmina es un cerámico que tiene átomos

metálicos de aluminio y no metálicos de oxígeno.Los materiales cerámicos tienen una amplia gamade propiedades mecánicas y físicas.

• Debido a sus enlaces iónicos covalentes losmateriales cerámicos por lo general son durosfrágiles con un alto punto de fusión tiene bajaconductividad eléctrica y térmica y elevadaresistencia a la compresión.



La estructura de los cerámicoscristalinos

• En estas estructuras los iones de las celdas

unitarias ocupan sitios en la red que proporcionan la coordinación adecuada yaseguran que se obtenga equilibrio

adecuado de cargas .La mayoría de loscerámicos tienen estructuras cristalinascomplicadas.



Estructura Perovskite

• La celda unitaria perovskite se encuentra en varioscerámicos eléctricos importantes como el BaTiO yel SrTiO. En este tipo de celda estan presentes trestipos de iones. Si en la esquina están los iones de barios, los iones de oxígeno llenarán los sitioscentrados en las caras y los iones de titanioocuparán los sitos centrados en el cuerpo. La

distorsión de la celda unitaria produce una señaleléctrica, lo que permite que ciertos titanatossirvan como transductores.





Estructura del corindón:

• Una de de las formas de la alúmina Al Otiene la estructura cristalina del corindón,

similar a una estructura hexagonalcompacta; sin embargo a cada celda unitariaestán asociados 12 iones de aluminio y 18

de oxígeno. La alúmina es un materialcomún que se utiliza como refractarioaislante eléctrico y abrasivo.





Estructura de espinel

• La estructura del espinel típica del MgAl O tieneuna celda unitaria cúbica que se puede visualizarcomo una formación de 8 cubos más pequeños. Encada uno de éstos se localizan iones de oxígeno

en las posiciones normales de una red cúbicacentrada en las caras .Dentro de los cubos pequeños hay 4 sitios entérciales octaédricos y 8sitios entérciales tetraédricos, de los cuales los

cationes ocupan tres. En espinel normal los iones bivalente ocupan sitios tetraédricos y en el espinelinverso en sitios octaédricos .Esta estructura latienen muchos cerámicos eléctricos y magnéticos

importantes.





Grafito

• Al grafito, una de las formas cristalinas delcarbono, algunas veces se le considera

material cerámico, aunque el carbono es unelemento y no una combinación de átomosmetálicos y no metálicos .El grafito tiene

una estructura hexagonal por capas se usacomo material refractario, como lubricantey como fibra.





La estructura de los silicatos

cristalinos• La disposición de los átomos en la celda unitaria

proporciona la coordinación adecuada, equilibra la cargay se asegura de que no se viole la direccionalidad de los

enlaces covalentes.

• En el sílice, el enlace covalente requiere que los átomosde silicio tengan 4 átomos de oxígeno, creando asi unaestructura tetraedrica. Los tetraedros de silicio-oxígeno

son las unidades estructurales fundamentales del sílice delas arcillas y de los silicatos vitrios. Los tetraedros desílice se comportan como grupos ionicos , los iones deoxigeno en la esquina de los tetraedros son atraídos porotros iones a fin de satisfacer el equilibrio de cargas .





Compuestos de Silicatos

• Cuando dos iones Mg están disponibles paracombinarse con un tetraedro forman la MgSiO óforsterita. El Fe al combinarse con el sílice formanuna serie de soluciones sólidas conocidas como

olivinas u ortosilicatos y al unirse con tetraedrosdobles se forman los pirosilicatos.



Estructura de anillo y de cadena• Cuando dos vértices del tetraedro se comparten

con otros grupos tetraedricos, se forman anillos ycadenas con el tipo de formula (SiO ) en la cual n

el numero de grupos SiO de la cadena o del anillo.Gran cantidad de materiales ceramicos tienen estaestructura de metasilicato.



Estructuras laminares (arcillas)

• Los tetraedros se combinan para formarestructuras laminares .En una formación ideal, tresde los átomos de oxigeno de cada tetraedro están

ubicados en un solo plano formando un patrónhexagonal. Los átomos de silicio en le tetraedroforman un segundo plano, también con un patrónhexagonal. El cuarto átomo de oxigeno de cadatetraedro está presente en un tercer plano. Estosúltimos están enlazados iónicamente con otrosgrupos de átomos, formando material como lasarcillas, la mica y el talco.





Sílice

• Cuando las cuatro esquinas de los tetraedros

estan compartidas con otros tetraedros se produce la cristobalita.

• Conforme se incrementa la temperatura el

sílice cambia de cuarzo a tridimita acristobalita y a liquido.



LA ESTRUCTURA DE LOS

VIDRIOS CERAMICOS

• Un vidrio es un material solido que se ha

endurecido y vuelto rigido sin cristalizar. Elvidrio es parecido a un liquido subenfriado.Las estructuras vitreas se producen al unirselos tetraedros de silice u otros gruposiónicos, para producir una estructurareticular no cristalina, pero sólida.



Vidrios de silicato

• Los vidrios de silicato son los mas altamenteutilizados. El sílice fundido, hecho a partir de SiO2

puro, tiene un alto punto de fusión y sus cambios

dimensionales durante el calentamiento yenfriamiento son reducidos. Los óxidos de sílice secomportan como formadores de vidrio, que juntocon los óxidos intermedios no forman un vidrio por sí mismos pero al combinarse con los óxidosmodificadores , éstos rompen la estructura reticulary finalmente hacen que el vidrio se solidifique.





Vidrios de Silicato modificado

• Si la relación oxígeno-silicio aumenta se manerasignificativa los modificadores rompen la red desílice. Cuando se agrega Na2O, los iones de Naentran en los huecos dentro de la red . En cambioel O que se introduce sí se combina y forma partede la red, cuando esto pasa no hay suficientesiones de silicio para combinarse con el O adicional

y conservar la red intacta. Esta relación provocaque los tetraedros restantes formen cadenas oanillos y el sílice ya no se transforma en vidrio.





Cerámicos tradicionales:

Formados principalmente por vidrios desilicatos, cementos, arcillas, etc.

Nuevos cerámicos:

Grupo cuyos avances tecnológicos leconfiere propiedades especiales. Están

compuestos por cerámicos puros ymezclados con óxidos además decompuestos de C, N, B y Si.

Cerámicos



Clasificación

Materiales cerámicos uniatómicos.

Poseen un solo tipo de átomos. A este

grupo pertenecen los elementos devalencia 4 como C, Si, Ge y el B que es

del grupo III y que es empleado como

fibra de refuerzo para materiales

compuestos.

El Si y Ge son utilizados comosemiconductores.



Para el caso del carbono existen diferentes

fases:Diamante: es estable a elevadas temperaturas y

presiones. Es empleado como polvo abrasivo,

en la fabricación de pastillas para instrumentos

de corte, en taladros, discos abrasivos. Sutemperatura de fusión es aproximadamente

4100oC y dureza muy superior a 3000 Vickers.

Vidrio de carbono: es muy resistente a lacorrosión y es, por tanto, utilizado en la

fabricación de equipo para manejo químico.



– Grafito: es la fase más estable del carbono.

Tiene una estructura cristalina hexagonal en

forma laminar, la cual lo hace auto lubricante,conductor eléctrico y térmico. Se usa en la

fabricación de electrodos para hornos de arco

eléctrico, crisoles para fusión de óxidos, fibras

de refuerzo para compuestos, etc.

Materiales cerámicos de uniones no óxidos.

Se caracterizan por estar constituidos por unionesde diferentes tipos de átomos, como C, Si, Ge, B,

H, N. Algunos ejemplos son el carburo de boro

B4C, nitruro de boro BN, nitruro de silicio Si3N.



Cerámicos formados por óxidos cristalinos.

A este grupo pertenecen la gran mayoría de los cerámicos.Los principales son:

Sílice (SiO2): está presente en casi todas las arcillas,

refractarios y vidrios. Bajo condiciones de temperatura y

presión atmosféricas se encuentra en tres formasalotrópicas que son:

-Cristobalita: 1710 - 1470 oC

-Tridimita: 1470 - 870 oC -

Cuarzo: > 870 oC

Cuando se enfría la sílice desde altas temperaturas

rápidamente, no se obtiene ninguna estructura cristalina.

Se obtiene vidrio



Alúmina (Al2O3): es utilizado ampliamente

como materia prima en las mezclas cerámicas o

en estado puro. Se encuentra en la naturaleza

como rubí o como zafiro, los cuales adquieren

su color debido a diminutas cantidades de Cr,Fe y Ti.

Magnesia (MgO): óxido muy utilizado en la

fabricación de ladrillos refractarios. Posee unaestructura cúbica FCC similar a la del NaCl.



Otros grupos importantísimos.

Arcillas: constituidas por cuarzo,

alúmina y agua. Se caracterizan por

tener una estructura uniforme de capas o

láminas, lo cual las hace muy moldeables

cuando se les adiciona agua. Ejemplotípico es la porcelana, cuyos componentes

básicos son:

–

Caolinita: Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O – Feldespato: K Al Si3O8

– Cuarzo: SiO2



• Refractarios: materiales que resisten los

efectos de las temperaturas elevadas; se

pueden usar hasta 1550 oC. Pueden ser

arcillas refractarias (utilizadas como

pegas) o ladrillos refractarios empleados

en hornos para fundición y tratamientostérmicos. Su composición aproximada:

70% sílice, 27% alúmina y 3% óxido

férrico. Por regla general, a mayorcantidad de alúmina, mayor temperatura

de utilización.



Los ladrillos refractarios se pueden

clasificar en 3 grupos:

– Ladrillos refractarios ácidos: tienen comocomponente principal SiO2; no reaccionan

con escorias ácidas. Son baratos, pero se

agrietan fácilmente. Por tanto, hay que

repararlos o cambiarlos con frecuencia.

– Ladrillos refractarios básicos: tienen como

componente principal la MgO, la CaO o

ambas, las cuales resisten el ataque de lasescorias básicas. Se obtienen a partir de la

magnesita MgCO3 mediante calcinación a

una temperatura de 1650 oC.



Refractarios neutros: resisten el ataque decualquier tipo de escoria; pueden ser de

varios tipos:

–

A base de cromita Cr2O3. – De alto contenido de alúmina (100%

neutros).

–

Grafito y arcilla, para recubrimiento dealtos hornos.

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