MATERIALES CERAMICOS Flashcards
¿Qué son los materiales cerámicos?
Los materiales cerámicos se pueden definir como compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. La unión química que se produce entre los elementos constituyentes del material cerámico se forma por enlace iónico o covalente, según el carácter metálico o no metálico que tengan sus elementos.
Características genéricas de los materiales cerámicos
Sus características genéricas son:
- densidades relativamente bajas
- elevados puntos de fusión, alta estabilidad química y térmica
- baja conductividad térmica y eléctrica
- alta dureza y resistencia a compresión
- gran fragilidad, baja ductilidad y tenacidad
Clasificación de los materiales cerámicos en base a sus aplicaciones en ingeniería
Se clasifican en dos grupos:
- Cerámicos tradicionales
- Cerámicos de uso específico en ingeniería
Clasificación de los materiales cerámicos en base a su estructura
-> Cerámicas cristalinas (de estructura cristalina)
· silicatos
· compuestos oxídicos
· compuestos no oxídicos
-> Vidrios o cerámicas vítreas (de estructura amorfa)
-> Vitrocerámicas (mezcla de estructuras cristalina y amorfa)
¿Qué son los silicatos?
Son una gran variedad de compuestos muy comunes en la corteza terrestre. Todos ellos tienen como unidad básica el ión silicato, con una estructura tetraédrica en la que el átomo de silicio ocupa el centro de un tetraedro regular y los átomos de oxígeno los vértices, en tanto que los iones metálicos Na, K, Ca, Mg, Al, etc. ocupan los espacios entre las unidades básicas. Dependiendo de la forma de ordenarse los tetraedros en el espacio (formando estructuras lineales, planares o espaciales), pueden formarse las diversas estructuras de los silicatos.
¿Qué son las cerámicas tradicionales?
Las cerámicas tradicionales, también conocidas como cerámicas triaxiales, son resultado de la combinación de tres componentes básicos: arcilla, cuarzo y feldespato.
En función de la composición de cada uno de estos tres componentes se obtienen diferentes productos, tales como los ladrillos, tejas, lozas, porcelanas, azulejos, etc.
¿Qué son las cerámicas avanzadas?
Pueden definirse como nuevos materiales cerámicos, obtenidos debido a los avances tecnológicos, que están fabricados con materias primas artificiales que han sufrido un importante procesado químico para conseguir una alta pureza y cuyo objetivo es conseguir excelentes propiedades específicas (por ejemplo: excelente resistencia mecánica, resistencia al desgaste, resistencia a altas temperaturas y ambientes corrosivos o excelentes propiedades eléctricas, magnéticas u ópticas).
Típicamente se trata de compuestos puros o casi puros, principalmente óxidos, carburos y nitruros, ejemplos importantes son la alúmina, el carburo de silicio, el nitruro de silicio o de aluminio, la circona o los sialones.
¿Qué son los vidrios?
Las cerámicas vítreas o vidrios son aquellos materiales cerámicos producto de una fusión que en el enfriamiento solidifica sin producirse cristalización dando una estructura amorfa. No todos los materiales cerámicos pueden solidificar obteniéndose un estado amorfo, sino sólo unos pocos. El ejemplo tradicional de este tipo de cerámicas vítreas son los vidrios de silicato.
Propiedades de los vidrios
Los vidrios tienen propiedades especiales que no se encuentran en otro tipo de materiales y son la combinación de:
- transparencia
- dureza y resistencia a la abrasión
- aceptable resistencia mecánica
- excelente resistencia a la corrosión y a los ataques químicos
- bajos coeficientes de dilatación térmica, alta resistencia al choque térmico
- aislantes eléctricos y térmicos
- capacidad para proporcionar un cierre al vacío
Clasificación de los óxidos en la formación de vidrios
Los vidrios son principalmente óxidos y se clasifican en:
- óxidos formadores de red: óxidos que en condiciones habituales de fusión y enfriamiento dan lugar a vidrios (estructuras amorfas) estables. El principal formador de red es la sílice, el vidrio de sílice tiene una estructura formada por tetraedros de silicato unidos por los vértices (cada oxígeno es compartido entre dos tetraedros) formando una red sin orden de largo alcance. Otros formadores de red son los óxidos de boro, germanio o fósforo.
- Óxidos intermedios: son óxidos que por sí mismos no pueden formar una red vítrea pero introducidos en otros óxidos formadores de red, sus cationes pueden sustituir al ión Si4+ de la red de tetraedros, estabilizando la red, por ejemplo los óxidos de Al, Ti o Zr.
- óxidos modificadores de red: son óxidos alcalinos y alcalinotérreos que no forman poliedros en la estructura del vidrio sino que tienden a romper la red de sílice, ya que los oxígenos de estos óxidos entran en los puntos de unión de los tetraedros, quedando los cationes (Ca+, K+, etc.) de forma intersticial. Esta rotura de red modifica las propiedades del vidrio disminuyendo su punto de fusión y su viscosidad y por tanto mejora su capacidad de moldeado y se pueden trabajar con mayor facilidad. Los principales son los óxidos de Na, K, Ca y Mg.
¿Qué es el vidrio de sílice?
Es el vidrio de composición más simple, practicamente SiO2 puro, es sin embargo difícil de fundir y fabricar, pero útil hasta temperaturas de los 1000º C, los cambios dimensionales en calentamientos y enfriamientos son muy reducidos, con lo cual tienen muy baja expansión y alta resistencia al choque térmico.
¿Qué es un vidrio sodocálcico?
Es un vidrio de sílice que contiene óxido de sodio y óxido de calcio que disminuyen el punto de fusión y de reblandecimiento facilitándose su fabricación. También contienen en pequeña proporción óxido de magnesio que evita la desvitrificación y alúmina que mejora la durabilidad. Son los vidrios más utilizados, se fabrican generalmente en láminas y comunmente se denominan vidrio de ventana.
Clasificación de los silicatos
Los silicatos se clasifican en función de como se unen y agrupan los tetraedros de silicato, que se mantienen unidos entre sí mediante enlaces iónicos con metales tales como sodio, calcio, hierro, aluminio, potasio, magnesio, etc.
-> ORTOSILICATOS
si los tetraedros de silicato está aislados
-> PIROSILICATOS
si dos tetraedros de silicato se agrupan al unirse por un vértice común en el que comparten un átomo de oxígeno
-> METASILICATOS
si los tetraedros de silicato se unen en forma de cadenas o anillos, al unirse dos vértices de cada tetraedro con los de otros dos.
-> DISILICATOS
si los tetraedros de silicato se unen con otros tres del mimo plano, al compartir tres vértices formando estructuras laminares.
Nota: cuando se comparten los cuatro vértices
del tetraedro, se obtiene la sílice, o SiO2, la cual tiene
tres formas alotrópicas: cuarzo, tridimita y cristobalita, cada una con su sistema de cristalización.
¿Qué es un vidrio borosilicato?
Es un vidrio de sílice que incluye óxido de boro, el Boro sustituye al Silicio en la red, pasando a formar
tetraedros que se unen a los silicatos y reducen considerablemente el punto de
reblandecimiento. Además tienen una menor expansión térmica y aumenta la estabilidad
química con una buena resistencia al choque térmico. Comúnmente se conocen como vidrios Pyrex y son ampliamente utilizados en la industria química.
¿Qué es un vidrio al plomo?
Es un vidrio de sílice con alto contenido en óxido de plomo que reduce de manera drástica el punto de fusión, utilizándose para soldar vidrios de cierre hermético. Por su capacidad de absorción de rayos X se usan como protección de radiaciones de alta energía. Tienen un alto índice de refracción que los hace útiles en lentes acromáticas y también en vidrio para cristal decorativo.
