Estructura y propiedades de los materiales ceramicos

Estructura y propiedades de cerámicos
Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: elladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.
Materiales cerámicos
Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno.
Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces híbridos iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad de sus electrones y les confieren propiedades específicas como ladureza, la rigidez y un elevado punto de fusión.
Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los metales, por lo que resultan menos elásticos y tenaces que éstos.
Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos.

REFERENCIAShttp://www.mitecnologico.com/Main/EstructuraPropiedadesDeCeramicos

MATERIALES CERÁMICOS

1.1 Estructura de los cerámicos

* Enlace atómico: parcial o totalmente iónico
* Iones metálicos: cationes (ceden sus electrones, +), aniones (aceptan electrones, - ).
* Estructuras cristalinas, compuestas de dos o más elementos.
* La estructura está determinada por: el valor de la carga eléctrica de los iones (el cristal debe sereléctricamente neutro) y los tamaños relativos de los cationes y aniones (número de coordinación).

a) Estructura cristalina tipo XY (X: catión, Y: anión) Cerámicos cristalinos
Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportanaltas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.

* Igual número de cationes y aniones.
* Ejemplos: cloruro de sodio (NaCl), cloruro de cesio (CsCl), blenda (ZnS), etc.

Fig. 1.1 Enlace iónico

Fig. 1.2 Estructura del NaCl

b) Estructura cristalina tipo XmYp

* Número de cationes distinto del número de aniones
* m y p sondiferentes de 1.
* Ejemplos: fluorita (CaF2), UO2, ThO2, etc.

Fig. 1.3 Flurita (CaF2)

(Ca2+, F-)

c) Estructura cristalina tipo XmZnYp

* Dos tipos de cationes (X y Z) y un anión (Y)
* Ejemplos: perouskita (BaTiO3), SrZrO3, SrSnO3, espinela (MgAl2O4, FeAl2O4).

Fig. 1.4 Perouskita (BaTiO3)

d) Densidad ρ de los cerámicos cristalinos

ρ= n(∑ A Y + ∑ A X )/ Vc N A

n:N° de iones
ΣAY, ΣAX: suma de pesos atómicos de cationes y aniones, respectivamente
Vc: volumen de la celda unitaria
NA: N° de Avogadro (&,023 x 1023 iones/mol).

1.2 Cerámicas formadas por silicatos Cerámicos no cristalinos
Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, yaque los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.

* Silicatos: materiales compuestos formados principalmente por silicio y oxígeno (mayoría de suelos, rocas, arcillas y arenas)
* En vez de combinación de celdas unitarias, se usa combinación de tetraedros SiO44-.

Fig. 1.5 Tetraedro de SiO44-

a) Sílice
* Silicato más simple: dióxido de silicio ó sílice
a) SíliceFig. 1.6 Sílice (SiO2)

b) Silicatos más complejos

* Uno, dos o tres de los átomos de oxígeno del tetraedro son compartidos por otros tetraedros.
* Ejemplos: SiO44-, Si2O76-, Si3O96-, etc.
* Cationes, como Ca2+, Mg2+ y Al3+, compensan las cargas negativas de los tetraedros SiO44- de manera que alcancen la neutralidad y sirven de enlace iónico entre los tetraedros SiO44-....