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ESTRUCTURAS DE LOS CERÁMICOS Y SUS PROPIEDADES

En la terminología común son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos. Sin embargo, muchos materiales contienen solamente elementos metálicos y otros solamente elementos no metálicos. De hecho existen algunos materiales que contienen elementos intermedios que se combinan con elementos metálicos y nometálicos para formar compuestos. El silicio por ejemplo se comporta como un átomo metálico en el cuarzo (SiO2), como un átomo metálico covalente en el SiC y como un átomo no metálico covalente en el MoSi2. Los dos primeros, son considerados como materiales cerámicos y el último como un compuesto intermetálico. También se definen como materiales sólidos que no son metales ni polímeros, aunquepueden tenerlos en su estructura.

Cuando se habla de los cerámicos no se hace referencia solamente a la alfarería, ladrillos, tejas o vajillas (loza), también abarca una serie de productos como vidrios, materiales dieléctricos de alta frecuencia, algunos materiales magnéticos, productos arcillosos pesados, esmaltes, vitrificados, cemento, ladrillo refractario, sensores, cerámica blanca, enteotros.

CERÁMICOS VS OTROS MATERIALES

METALES | CERÁMICOS | POLÍMEROS |
* Estructura cristalina simple * Mejores conductores térmicos y eléctricos. * Resistencia a la tracción y a la compresión comparables | * Estructura cristalina compleja. Cristalizan más difícilmente que los metales. * Usualmente buenos aislantes eléctricos y térmicos. * Tienen mayorespropiedades dieléctricas que los metales. * Tienen mayor estabilidad en el desempeño químico y térmico que los metales. * La polimerización puede encontrarse en muchos cerámicos, mas no en todos entre ellos el vidrio. * Mayor resistencia a la compresión que a la tracción. * Mayor rigidez y menor plasticidad que los materiales orgánicos. * Son típicamente duros y frágiles, con bajatenacidad y ductilidad. * Temperaturas de fusión relativamente altas. | * Las estructuras orgánicas son simples (cadenas de carbono). Cristalizan más difícilmente que los metales. * Estabilidad térmica menor que los cerámicos. |

Las propiedades de los cerámicos derivan de su estructura y del enlace que tienen. Los enlaces que existen entre los átomos son mixtos: iónicos ycovalentes. La cargas iónicas mantienen unidos los átomos del material y los enlaces covalentes restringen el movimiento de los átomos.

En cuanto a la estructura, los átomos se disponen en agrupaciones llamadas celdas unitarias que se repiten a través del material formando cristales, aunque algunas veces no se observa una ordenación perfecta, sino que aparece una estructura vítrea o una estructuramixta: cristal-vítrea (amorfa). De ésta manera la estructura cristalina esta representada por la celda unitaria, tal cual como se vio con los metales. Igualmente, presentan defectos a nivel micro como los defectos puntuales y lineales vistos para los metales.

La estructura atómica le proporciona estabilidad química, altos puntos de fusión, dureza y rigidez. Estas estructuras difícilmentedeformables convierten a los cerámicos en materiales frágiles.

PROPIEDADES

1. PROPIEDADES MECÁNICAS

a. Propiedades elásticas: El módulo de elasticidad, el punto de fusión y la dureza son propiedades que dan un indicio de la ligazón entre los átomos. Los cerámicos presentan un elevado módulo de elasticidad mayor que los demás materiales de ingeniería (107 psi a 6*107 psi). De esta maneracualquier cambio en la distancia interatómica afectará el módulo.

Tres casos pueden ocurrir: una tensión de compresión aumentará el módulo; una tensión de tracción, reducirá el módulo; y el módulo disminuye a medida que la temperatura aumenta, pues una expansión térmica aumenta la distancia interatómica. La tabla siguiente muestra la relación entre el módulo de elasticidad y la temperatura de...