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Tema 9. Materiales cerámicos y vidrios
Materiales constituidos por compuestos inorgánicos que son consolidados mediante tratamientos térmicos a alta temperatura (Keramikos = cosa quemada).
Pueden ser fundamentalmente iónicos (MgO: 73%) o covalentes (SiC: 89%), cristalinos o amorfos. En general, son duros y frágiles, aislantes térmicos y eléctricos y resistentes a la corrosión a altastemperaturas. Los cerámicos refractarios son los que pueden soportar altas temperaturas.

Clasificación temporal Tradicionales: derivados de arcilla, vidrio, porcelana, abrasivos,.. Nuevas o de ingeniería: vitrocerámicas, carburos, nitruros, boruros, circona, alúmina,.. suelen ser compuestos puros Clasificación por utilidad Estructurales: buenas propiedades mecánicas Funcionales: propiedades eléctricas,magnéticas, ópticas,.. Clasificación estructural Cristalinas Amorfas o vítreas

Clasificación química
Ácidas: sílice, sílico-aluminosas ( 10%)

Dilatación térmica
l/l0 = l·T. En general es baja al tener enlaces direccionales. Tienen estabilidad dimensional.

Resistencia al choque térmico (spalling)  alta
resistencia a la fractura frágil, alta conductividad térmica, bajo E y bajol. Se mide por el número de ciclos (calentamiento-enfriamiento) a rotura y por un parámetro de resistencia al choque térmico TSR = fk/El

T   y

 T   fractura

Propiedades térmicas y energía de enlace

•Al calentar aumenta la distancia de equilibrio (asimetría dilatación)
•Enlace fuerte y átomos de baja densidad: vibración de alta frecuencia y pequeña distorsión de la red altacapacidad calorífica y Tf •Enlace fuerte (curvas profundas y estrechas) Bajo αl
Graph depicting the potential energy between two bonded atoms

Al aumentar la fortaleza del enlace aumenta la temperatura de fusión y baja el coeficiente de dilatación lineal

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Resumen depropiedades •E alto (rigidez) •No y, KIC bajo (fractura frágil) •Buena resistencia a la compresión (materiales estructurales) •mr bajo (poca flexibilidad) •Dureza alta (algunos son abrasivos) •Baja k (aislantes térmicos) •l bajo (estabilidad dimensional) • (conductividad eléctrica) muy baja (aislantes eléctricos)

Diagramas de fases de algunos refractarios

Diagramas de fases de algunosrefractarios

Diagramas de fases de algunos refractarios

Vidrios Un vidrio es un material cerámico formado por compuestos inorgánicos fundidos y enfriados hasta alcanzar una entidad rígida sin cristalización. Orden de corto y largo alcance

Curva de solidificación.
La vitrificación se favorece al aumentar la entropía y la entalpía de fusión, al aumentar la viscosidad (que disminuye lavelocidad de cristalización) y al aumentar la complejidad de su composición.

Tg aumenta con la velocidad de enfriamiento

Punto de deformación: =3·1014P. A menor T hay fractura antes que deformación plástica Punto de recocido: =1013P. Suficiente velocidad de difusión para eliminar las tensiones residuales en 15 min. Punto de ablandamiento:  = 4·107 P. Máxima T de manipulación sin produciralteraciones dimensionales significativas Punto de trabajo: =104P. Fácil deformación plástica Tg entre deformación y recocido Punto de fusión: Conformado entre ablandamiento y  =100P. Fluidez de un trabajo líquido

Estructura de los vidrios
Óxidos formadores: SiO2, B2O3, P2O5, GeO2 Forman estructuras vítreas por sí solos Los óxidos formadores AmOn deben tener un número de coordinación pequeño paraA Cada átomo de O no se puede unir a más de dos de A Los poliedros de O sólo pueden compartir vértices (no aristas ni caras).

Óxidos modificadores: CaO, MgO, Na2O, K2O, BaO, PbO, ZnO.
Cationes de carga pequeña. Rompen la red, reducen la viscosidad y bajan la temperatura de trabajo de los vidrios de sílice aunque tienen el efecto contrario en los de boro.

Óxidos intermediarios: Al2O3,...