Ceramicos
Páginas: 27 (6509 palabras)
Publicado: 31 de octubre de 2012
CERAMICOS
I. INTRODUCCIÓN
Los materiales cerámicos son inorgánicos, materiales no metálicos que constan de elementos metálicos y no metálicos enlazados entre sí principalmente por enlaces iónicos y/o enlaces covalentes. La composición química de los materiales cerámicos varía considerablemente, desde los compuestos simples hasta mezclas de muchas fases complejas enlazadas.
Laspropiedades de los materiales cerámicos varían también enormemente, debido a diferencias en el enlace. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles, con tenacidad y ductilidad bajas. Los cerámicos son generalmente buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones de conducción. En general, los materiales cerámicos tienen temperaturas de fusión relativamentealtas y gran estabilidad química en muchos ambientes hostiles, gracias a la estabilidad de sus enlaces fuertes. Por estas propiedades, los materiales cerámicos son indispensables en muchos diseños de ingeniería. Dos ejemplos de la importancia estratégica de los materiales cerámicos en la alta tecnología reciente se ilustran en la figura 11 . 1.
En general, los materiales cerámicos que se usan enaplicaciones de ingeniería se pueden dividir en dos grupos: los materiales cerámicos tradicionales y los materiales cerámicos de ingeniería.
Distintivamente, la cerámica tradicional está hecha de tres componentes básicos: arcilla, sílice (sílex) y feldespato. Ejemplos de cerámicas tradicionales son los vidrios, ladrillos y azulejos que se usan en industrias de la construcción, y la porcelanaeléctrica que se utiliza en la industria eléctrica. Las cerámicas de ingeniería, en cambio, consisten típicamente en compuestos puros o casi puros como óxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC) y nitruro de silicio (Si3N4).
Ejemplos del uso de las cerámicas de ingeniería en alta tecnología son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura del motor de turbina de gas automotrizAGT-100 experimental y el óxido de aluminio como base de apoyo para chips de circuito integrado en un módulo de conducción térmica.
En este capítulo se examinarán primero algunas estructuras cristalinas de cerámicas sencillas y luego se estudiarán estructuras cerámicas de silicatos más complicadas. A continuación se explorarán varios métodos de procesamiento de materiales cerámicos y enseguida seestudiarán algunas propiedades mecánicas y térmicas de los materiales cerámicos. Se analizarán ciertos aspectos de la estructura y propiedades de vidrios, recubrimientos cerámicos y de superficie de ingeniería y el uso de materiales cerámicos en aplicaciones biomédicas. Finalmente se explorará la nanotecnología y los cerámicos.
II. ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE CERÁMICAS SIMPLES
2.1 Enlaceiónico y covalente en compuestos cerámicos simples
Se consideran primero algunas estructuras cristalinas de cerámicas simples. Varios compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas se listan en la tabla 11 . 1 con sus puntos de fusión.
En los compuestos cerámicos que aparecen en la lista, el enlace atómico es una mezcla de enlaces iónicos y covalentes. Los valoresaproximados de los porcentajes del carácter iónico y covalente de los enlaces entre los átomos de estos compuestos se pueden obtener considerando las diferencias de la electronegatividad entre los diferentes tipos de átomos en los compuestos y usando la ecuación de Pauling para el porcentaje de carácter iónico (ecuación 2 . 10). En la tabla 11 . 2 se muestra que el porcentaje del carácter iónico ocovalente varía considerablemente en compuestos cerámicos simples. La cantidad de enlace iónico o covalente entre los átomos de estos compuestos es importante porque determina, en cierta medida, qué tipo de estructura cristalina se formará en el compuesto cerámico a granel.
2.2 Distribuciones iónicas sencillas que se encuentran en sólidos enlazados iónicamente
En sólidos (cerámicos) iónicos el...
I. INTRODUCCIÓN
Los materiales cerámicos son inorgánicos, materiales no metálicos que constan de elementos metálicos y no metálicos enlazados entre sí principalmente por enlaces iónicos y/o enlaces covalentes. La composición química de los materiales cerámicos varía considerablemente, desde los compuestos simples hasta mezclas de muchas fases complejas enlazadas.
Laspropiedades de los materiales cerámicos varían también enormemente, debido a diferencias en el enlace. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles, con tenacidad y ductilidad bajas. Los cerámicos son generalmente buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones de conducción. En general, los materiales cerámicos tienen temperaturas de fusión relativamentealtas y gran estabilidad química en muchos ambientes hostiles, gracias a la estabilidad de sus enlaces fuertes. Por estas propiedades, los materiales cerámicos son indispensables en muchos diseños de ingeniería. Dos ejemplos de la importancia estratégica de los materiales cerámicos en la alta tecnología reciente se ilustran en la figura 11 . 1.
En general, los materiales cerámicos que se usan enaplicaciones de ingeniería se pueden dividir en dos grupos: los materiales cerámicos tradicionales y los materiales cerámicos de ingeniería.
Distintivamente, la cerámica tradicional está hecha de tres componentes básicos: arcilla, sílice (sílex) y feldespato. Ejemplos de cerámicas tradicionales son los vidrios, ladrillos y azulejos que se usan en industrias de la construcción, y la porcelanaeléctrica que se utiliza en la industria eléctrica. Las cerámicas de ingeniería, en cambio, consisten típicamente en compuestos puros o casi puros como óxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC) y nitruro de silicio (Si3N4).
Ejemplos del uso de las cerámicas de ingeniería en alta tecnología son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura del motor de turbina de gas automotrizAGT-100 experimental y el óxido de aluminio como base de apoyo para chips de circuito integrado en un módulo de conducción térmica.
En este capítulo se examinarán primero algunas estructuras cristalinas de cerámicas sencillas y luego se estudiarán estructuras cerámicas de silicatos más complicadas. A continuación se explorarán varios métodos de procesamiento de materiales cerámicos y enseguida seestudiarán algunas propiedades mecánicas y térmicas de los materiales cerámicos. Se analizarán ciertos aspectos de la estructura y propiedades de vidrios, recubrimientos cerámicos y de superficie de ingeniería y el uso de materiales cerámicos en aplicaciones biomédicas. Finalmente se explorará la nanotecnología y los cerámicos.
II. ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE CERÁMICAS SIMPLES
2.1 Enlaceiónico y covalente en compuestos cerámicos simples
Se consideran primero algunas estructuras cristalinas de cerámicas simples. Varios compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas se listan en la tabla 11 . 1 con sus puntos de fusión.
En los compuestos cerámicos que aparecen en la lista, el enlace atómico es una mezcla de enlaces iónicos y covalentes. Los valoresaproximados de los porcentajes del carácter iónico y covalente de los enlaces entre los átomos de estos compuestos se pueden obtener considerando las diferencias de la electronegatividad entre los diferentes tipos de átomos en los compuestos y usando la ecuación de Pauling para el porcentaje de carácter iónico (ecuación 2 . 10). En la tabla 11 . 2 se muestra que el porcentaje del carácter iónico ocovalente varía considerablemente en compuestos cerámicos simples. La cantidad de enlace iónico o covalente entre los átomos de estos compuestos es importante porque determina, en cierta medida, qué tipo de estructura cristalina se formará en el compuesto cerámico a granel.
2.2 Distribuciones iónicas sencillas que se encuentran en sólidos enlazados iónicamente
En sólidos (cerámicos) iónicos el...
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