Ceramicos

Introducción a los materiales cerámicos.
(Concepto) Los materiales cerámicos son compuestos químicos constituidos por metales y no metales (óxidos, nitruros, carburos, etc.) que incluyen minerales de arcilla, cementos y vidrios. Se trata de materiales/minerales que son aislantes térmicos y que a elevada temperatura y en ambientes agresivos, son más resistentes que los metales y los polímeros.Desde el punto de vista mecánico, son duras y ligeras pero frágiles.
Los enlaces interatómicos pueden ser de carácter iónico, o bien de carácter predominantemente iónico con carácter parcial covalente. Las cerámicas se pueden presentar en forma vítrea, monocristalina, policristalina o combinaciones de algunas de ellas.
Estos materiales tienen dos características importantes, por un lado, sucapacidad de resistir al calor y por otro, su resistencia al ataque químico que son debidas sustancialmente a la fortaleza del enlace entre sus átomos que les confiere un alto punto de fusión, dureza y rigidez.
El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa quemada”, indicando de esta manera que las propiedades deseables de estos materiales generalmente sealcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción.
Si bien las cerámicas tradicionales (ladrillos, porcelana, etc.) representan la mayor parte de la producción de materiales cerámicos, ocurre que se han desarrollado nuevos materiales cerámicos, denominados “cerámicas avanzadas”, que han encontrado un lugar prominente en nuestra tecnología avanzada. En particular, laspropiedades eléctricas, magnéticas y ópticas, así como la combinación de estas propiedades únicas de las cerámicas han sido explotadas en muchas aplicaciones; pueden ser utilizadas en motores de combustión interna y en turbinas, como placas para blindajes, en el empaquetamiento electrónico, como herramientas de corte, así como en la conversión, almacenamiento y generación de energía.
Un conceptoimportante en el estudio de las cerámicas es el choque térmico. El empleo de las cerámicas a alta temperatura, unido a su inherente fragilidad, da lugar al problema ingenieril conocido como choque térmico y que consiste en la aparición de una fractura (parcial o total) debido a un cambio brusco en la temperatura (calentamiento o enfriamiento). La necesidad de evitar este problema, ha llevado aldiseño y fabricación de materiales con baja expansión térmica que como cambian mucho menos su volumen no dan (tan fácilmente) este problema. De hecho, combinando materiales de expansión térmica negativa y materiales poliméricos (expansión térmica positiva y generalmente grande) se han fabricado materiales compuestos con expansión térmica cercano a cero. No se dilatan ni se contraen al cambiar latemperatura. Estos materiales estructurales tienen muchas aplicaciones, p. ej. en satélites donde en varias horas (una vuelta al planeta cambia la temperatura de ≈ 200 oC cuando está cara al sol a ≈ - 200 oC cuando está en la parte oscura. El coeficiente de expansión térmica (dilatación), αl, se define como: Δl/lo = αlΔT. Se suele dar en unidades [(ºC)-1 x 10-6]. Los metales varían entre 4.5 del W y22 del Al, el hierro tiene 11. Los polímeros tienen mucha mayor expansión térmica: 100-220 PE, 100 PP, 50-85 PS, 100 para el PA6.6. Algunas cerámicas, tienen valores de αl más bajas, incluso 0.5 para SiO2 vítrea. Estos valores son aproximados y pueden cambiar un poco con la temperatura. Un caso sobresaliente es el acero conocido como Invar® compuesto de Fe, 36 % de Ni y 0.2 % de C que tiene αl =0.2.
Hay aplicaciones en las que se requiere una conductividad térmica máxima (p. ej. cambiadores de calor) y otros en la que se requiere que sea mínima (ladrillos refractarios aislantes). La velocidad de transmisión de calor a través de un material viene dada por la expresión κA(T1-T2)/t, donde κ es la conductividad térmica, A es la superficie del material, (T1-T2) es la diferencia de...