TABS

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Materiales Ceramicos
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Materiales Ceramicos

• Un amplio grupo de materiales no metálicos,
  compuestos por metales y no metales, unidos por
  enlaces iónicos y/o covalentes.
• Principalmente compuestos de arcilla, fedelspato
  y sílice

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Materiales Cerámicos

• Son de utilización muy amplia y antigua en todos
  los ámbitos.
• Ello se debe a que sus constituyentes principales
  (Si, O, Al) son los elementos más abundantes
• Además se utilizan en su forma oxidada, por lo
  que no sufren alteraciones del medio ambiente

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Distribución de los elementos
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Distribución de los elementos
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Arcillas

• Contienen algunos de los siguientes
• Sílice (SO2) y Aluminio como silicatos
• Compuestos de potasio
• Compuestos de magnesio
• Compuestos de calcio
• La arena contiene sílica y fedelspato o Silicatos
  de aluminio y potasio.

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Materiales Cerámicos
Fedelspato (Al2O3.6SiO2 .xxx)
Cuarzo (SiO2)
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Sílice y Silicatos

• El silicio tiene una valencia igual a la del
  carbono, y, como éste, forma compuestos de forma
  tetraédrica

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Sílice y Silicatos

• Estos tetraedros se combinan de diferentes
  maneras según compartan 2, 3 o 4 vértices

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Sílice y Silicatos
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Sílice y Silicatos

• En el caso de que compartan 2 vértices, tenemos
  una cadena o anillo, y el material es fibroso

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Sílice y Silicatos

• Si se comparten 3 vértices, se forma una
  estructura laminar

Muscovita
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Sílice y Silicatos

• Cuando se comparten los 4 vértices, tenemos una
  estructura tridimensional

Feldespato
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Tipos de Materiales Cerámicos

• Decorativos
• Refractarios
• Vidrios
• Abrasivos
• Cementos

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Comparación entre metales v materiales cerámicos
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Propiedades mecánicas y químicas
17
Propiedades mecánicas y químicas
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Materiales Cerámicos tradicionales

• Hechos de arcillas naturales y mezclas con
  cerámicos cristalinos.
• Incluyen
• Cerámicas
• Productos estructurales
• Refractarios

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Cerámicas

• Vajilla
• Piso y pared
• Sanitarios
• Porcelana eléctrica
• Cerámicas decorativas

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Cerámicas Baños
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Moldeo por drenado
Sinter and Serve
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Refractarios

• Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto
  contenido de sílice o aluminio.
• Son utilizados en la fabricación de hierro y
  acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos,
  conversión de energía, petróleo, e industrias
  químicas.

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Refractarios

• Usados para proveer protección térmica a otros
  materiales a temperaturas muy altas, como en la
  producción de acero (Tm1500C), fundiciones de
  metal, etc.
• Compuestos princimpalmente de alúmina (Al2O3)
  (Tm2050C) y sílice junto a otros óxidos MgO
  (Tm2850C), Fe2O3, TiO2, etc., y tienen una
  porosidad mayor al 10 en volumen.
• También se utilizan BeO, ZrO2, SiC, y grafito con
  baja porosidad

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Ladrillo refractario
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Cerámicos Amorfos (vidrios)

• Principal componente Silice (SiO2)
• Si se enfría despacio se obtiene un compuesto
  cristalino.
• Si se enfría más rápido se obtiene una estructura
  amorfa que consiste de cadenas desordenadas de
  átomos de Silice y Oxígeno.
• A esto se debe su transparencia, ya que los
  bordes cristalinos desvían la luz, causando
  reflexión.
• El vidrio puede ser templado para aumentar su
  tenacidad y resistencia.

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Tipos de vidrio

• Hay tres tipos comunes
• Vidrio de soda y cal - 95 de ellos, vidrios,
  contenedores, etc
• Vidrios con plomo - contiene óxido de plomo para
  mejorar el índice de refracción.
• Borosilicatado - contiene óxido de boro, conocido
  como Pyrex.

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Vidrios

• Plano (ventanas)
• Vidrio de contención (botellas)
• Vidrio soplado (vajilla)
• Fibra de vidrio (aislante)
• Vidrios avanzados/especiales (fibra óptica)

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Contenedores y botellas
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Procesado por presión
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Moldeo por soplado
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Vidrio en edificios
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Proceso de plato
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Vidrio templado

• La resistencia del vidrio puede ser mejorada
  induciendo tensiones residuales de compresión en
  la superficie.
• La superficie permanece comprimida, cerrando
  pequeñas fracturas.

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Proceso de endurecimiento

• Templado
• Se calienta por encima de Tg pero debajo del
  punto de fusión
• Se enfría en agua o aceite
• La superficie se enfría a Tg antes que el
  interior
• Cuando el interior se enfría y contrae comprime
  la superficie.
• Endurecimiento químico
• Cationes con gran radio iónico se difunden en la
  superficie
• Esto tensa las celdas introduciendo fuerzas
  compresivas y tensiones.

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Vidrio de seguridad

• Muchos intentan romperlo con piedras o palos
  pero el vidrio permanece intacto ! Cada tanto se
  muestra el video de alguien queriendo sacar el
  dinero

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Vidrio con plomo
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Cerámicos cristalinos

• Buenos aislantes eléctricos y refractarios.
• El óxido de magnesio se utiliza como aislante en
  elementos calientes y cables.
• Oxido de aluminio
• Oxidos de Berilio
• Carburo de Boro
• Carburo de Tungsteno
• Usado como abrasivos en máquinas cortantes.

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Abrasivos

• Naturales (granate, diamante, etc.)
• Abrasivos Sintéticos (carburo de sílice,
  diamante, alúmina, etc.) se utilizan para
  perforar, cortar, pulir.

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Cementos

• Usados para producir caminos, puentes, edificios,
  represas.

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Cerámicas avanzadas

• Se desarrollaron en los últimos 50 años
• Aplicados como coberturas térmicas para proteger
  estructuras metálicas, cubrir superficies, o como
  compuestos importantes por sí mismos.
• Las aplicaciones en motores son típicas de estos
  materiales, que incluyen el nitrito de sílice
  (Si3N4), carburo de silicio (SiC), Zirconia
  (ZrO2) y Alumina (Al2O3)
• Su resistencia al calor y otras propiedades han
  llevado al desarrollo de métodos para
  endurecerlos reforzándolos con fibras , abriendo
  un campo de aplicaciones para estos materiales

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Cerámicas avanzadas

• Estructura biocerámicas, herramientas de corte,
  componentes de motores, blindajes.
• Eléctricos capacitores, aislantes, circuitos
  integrados , piezoeléctricos, magnetos y
  superconductores
• Recubrimientos componentes de motores,
  herramientas de corte
• Químicas y ambientales Filtros, membranas,
  catálisis.

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Componentes de motores
Rotor (Alúmina)
Engranajes (Alúmina)
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Turbocargador
Rotor Cerámico
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Discos de freno cerámicos
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McLaren Mercedes Benz
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Carburo de silicio

• Componentes de automóvil
• Elegidos por su resistencia al calor y desgaste

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Armaduras cerámicas

• Utilizadas en el ejército.
• Ventaja baja densidad del material que lo hace
  eficiente
• Materiales cerámicos típicos alúmina, carburo de
  boro, carburo de silicio, y diboro de titanio
• El material cerámico es discontinuo y forma un
  sandwic entre un exterior más dúctil y una
  fibra interna
• La capa externa debe ser suficientemente dura
  para frenar el proyectil.

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• La mayor parte de la energía de impacto es
  absorbida por la fractura de la cerámica y
  cualquier energía cinética remantente es
  absorbida por la capa interna, que también sirve
  para contener los fragmentos de cerámica y el
  proyectil evitando un impacto severo.
• La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en hojas
  de 20 mm. se utilizan para proteger áreas
  críticas del avión Hércules.
• Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de
  fácil reemplazo.

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Cerámicos Blindaje compuesto
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Carburo de sílice

• Blindaje corporal y otros compuestos elegidos
  por sus propiedades balísticas.