Ceramicos

Materiales cerámicos

Introducción a la
Ciencia de Materiales

M. Bizarro
F. M. Sánchez

Materiales cerámicos
• Son compuestos inorgánicos formados por
elementos metálicos y no metálicos cuyos
enlaces interatómicos pueden ser de carácter
totalmente iónico ó predominantemente iónico
con algún carácter covalente.
– Iones metálicos
Cationes: carga +
– Iones no metálicos
Aniones:carga Los cerámicos están compuestos por al menos dos elementos,
por lo tanto su estructura es más compleja que la de los metales.

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M. Bizarro
F. M. Sánchez

Enlace Cerámico
• Enlace:
-- Principalmente iónico, un poco covalente.
-- % de carácter iónico aumenta con la diferencia en
electronegatividad.

• Carácter de enlace iónico: grande vspequeño
CaF2: grande
SiC: pequeño

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M. Bizarro
F. M. Sánchez

Estructuras cristalinas de
cerámicos

NaCl
(Cloruro
de sodio)

BaTiO3
Perovskita
ZnS
(blenda de zinc)

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M. Bizarro
F. M. Sánchez

Diagramas de fase de cerámicos
•Son similares a los de metales
•Los sistemas binariosfrecuentemente comparten un elemento en común: el
oxígeno

Diagrama MgO-Al2O3

°

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M. Bizarro
F. M. Sánchez

Propiedades mecánicas
• Son inferiores a las de los metales

pe
e rom
S

n

• Su principal desventaja es la tendencia a la fractura catastrófica de forma
frágil con muy poca absorción de energía.
• A T= ambiente las cerámicas cristalinas yno cristalinas se rompen antes
de la deformación plástica en respuesta a carga de tracción.
• La fractura frágil es la formación y propagación de fisuras a través de la
sección de un material en dirección perpendicular a la carga aplicada.
• El crecimiento de grietas ocurre a través de los granos y a lo largo de
determinados planos cristalográficos (planos de clivaje) los cuales son de
altadensidad atómica.

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M. Bizarro
F. M. Sánchez

Propiedades mecánicas
• La capacidad de una cerámica de resistir la fractura cuando una grieta
está presente se especifica en términos de la tenacidad de fractura. La
tenacidad de fractura (KIc) en deformaciones planas se define como:

K Ic = Yσ πa
Donde:
-Y es un parámetro adimensional y esfunción de la geometría de la
probeta y de la grieta,
−σ es la tensión aplicada y a es la longitud de una grieta superficial o bien
la mitad de la longitud de una grieta interna.
La propagación de la grieta no ocurrirá en tanto que el miembro de la
derecha de la ecuación sea menor que la tenacidad de fractura en
deformaciones planas del material.
Kic en cerámicos ~ 10 MPa/m2 < metalesIntroducción a la
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M. Bizarro
F. M. Sánchez

Medición del módulo elástico
• Prueba de flexión en 3-Puntos (flexión pura)
--Las pruebas de tracción son difíciles para materiales frágiles.
Sección transversal

d
b

rect.

L/2

F

Adapted from Fig. 12.32,
Callister 7e.

L/2

R
δ = punto medio
de deflección

circ.

• Determinación del módulo elástico, E:F

E=

x
pend. =

L3

F

δ 4bd 3

δ

Sección
transversal

δ

Comportamiento lineal-elástico
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Ciencia de Materiales

F

rectangular

=

F

L3

δ 12 π R4
Sección
transversal
circular
M. Bizarro
F. M. Sánchez

Medición del esfuerzo
• Prueba de flexión en 3-puntos para medir esfuerzo a T ambiente
Sección transversal

d

L/2

F

L/2Adapted from Fig. 12.32,
Callister 7e.

R

δ = punto medio
de deflección

b

rectangular circular

Punto de tensión máxima

• Valores típicos:

• Resistencia a la flexión:

σ rf =
Ff

F

x

1.5Ff L

=

Ff L

bd 2

π R3

rectangular

circular

σrf (MPa) E(GPa)
Nitruro de Si 250-1000 304
Carburo de Si 100-820 345
Óxido de Al
275-700 393
vidrio (soda)...