Materiales Cerámicos
Páginas: 25 (6038 palabras)
Publicado: 8 de enero de 2015
Introducción
Los materiales cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo, la alúmina (AI2O3) es un cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálicos (oxígeno). Los materiales cerámicos tienen una amplía gama de propiedades mecánicas y físicas. Las aplicaciones varían desde productos de alfarería, fabricaciónde ladrillos y azulejos, utensilios de cocina, tubos de albañal, hasta vidrio, materiales refractarios, imanes, dispositivos eléctricos, fibras y abrasivos. Las losetas que protegen al transbordador espacial están hechas de sílice, un material cerámico. En la mayoría de estas aplicaciones el producto tiene una propiedad esencial o una combinación particular de propiedades que no puede serobtenida con ningún otro material; siendo esto la base de su selección.
Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tienen baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica, y elevada resistencia a la compresión. Sin embargo, a veces constituyen un enigma, pues aunque de hecho sonfrágiles, algunos compuestos con matriz cerámica (como el Si3N4-SiC) tienen valores de tenacidad a la fractura superiores a los de algunos metales (como las aleaciones de aluminio endurecidas por envejecimiento) e incluso algunos son superplásticos. Aunque la mayoría de los productos cerámicos son buenos aislantes eléctricos y térmicos, el SiC y el AIN tienen conductividades térmicas parecidas a las delos metales. Los productos cerámicos como el FeO y el ZnO, son semiconductores y, además, han sido descubiertos materiales cerámicos superconductores como el YBa2Cu307-x.
A continuación analizaremos los mecanismos mediante los cuales estos materiales se deforman al aplicárseles una carga. Igualmente, es de importancia crítica observar que los materiales cerámicos son frágiles, que los defectosinevitablemente presentes en la estructura pueden hacer que el material falle por su fragilidad, que el tamaño y el número de las imperfecciones difieren en cada pieza cerámica individual y que las propiedades mecánicas sólo pueden describirse de manera estadística. Por estas razones, el comportamiento mecánico de los materiales cerámicos es menos predecible que el de los metales, por estacaracterística, su uso en aplicaciones críticas de alta resistencia Posteriormente, se analizarán las propiedades eléctricas, magnéticas, térmicas y ópticas de los cerámicos y se compararán con las de otros materiales.
La estructura de los cerámicos cristalinos
Un gran número de materiales cerámicos, incluyendo el CaO, el MgO, el MnS, el NiO, el MnO, el FeO, y el HfN poseen la estructura del clorurode sodio. La estructura de la blenda de zinc es típica del ZnS, del BeO, y del SiC; en tanto que varios materiales cerámicos , incluyendo el CaF2 , el ThO2 , el CeO2 , el UO2, el ZrO2 , y el HfO2 , tienen la estructura de la fluorita. La mayoría de los cerámicos, sin embargo, tienen estructuras cristalinas más complicadas, incluyendo las descritas en la figura 1-1.
Estructura Perovskite. Lacelda unitaria perovskite [figura 1-1(a)] se encuentra en varios cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. En este tipo de celda están presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo están los iones de bario, los iones oxígeno llenarán los sitios centrados en las caras y los iones de titanio ocuparán los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celdaunitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.
FIGURA 1-1 Estructuras cristalinas de cerámicos complejos: (a) Perovskita, (b) porción de una celda de corindón (dos terceras partes de los sitios Al3 están ocupados), (e) una porción de la celda de espinel, y (d) grafito.
Estructura del corindón. Una de las formas de la alúmina, Al2O3...
Los materiales cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo, la alúmina (AI2O3) es un cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálicos (oxígeno). Los materiales cerámicos tienen una amplía gama de propiedades mecánicas y físicas. Las aplicaciones varían desde productos de alfarería, fabricaciónde ladrillos y azulejos, utensilios de cocina, tubos de albañal, hasta vidrio, materiales refractarios, imanes, dispositivos eléctricos, fibras y abrasivos. Las losetas que protegen al transbordador espacial están hechas de sílice, un material cerámico. En la mayoría de estas aplicaciones el producto tiene una propiedad esencial o una combinación particular de propiedades que no puede serobtenida con ningún otro material; siendo esto la base de su selección.
Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tienen baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica, y elevada resistencia a la compresión. Sin embargo, a veces constituyen un enigma, pues aunque de hecho sonfrágiles, algunos compuestos con matriz cerámica (como el Si3N4-SiC) tienen valores de tenacidad a la fractura superiores a los de algunos metales (como las aleaciones de aluminio endurecidas por envejecimiento) e incluso algunos son superplásticos. Aunque la mayoría de los productos cerámicos son buenos aislantes eléctricos y térmicos, el SiC y el AIN tienen conductividades térmicas parecidas a las delos metales. Los productos cerámicos como el FeO y el ZnO, son semiconductores y, además, han sido descubiertos materiales cerámicos superconductores como el YBa2Cu307-x.
A continuación analizaremos los mecanismos mediante los cuales estos materiales se deforman al aplicárseles una carga. Igualmente, es de importancia crítica observar que los materiales cerámicos son frágiles, que los defectosinevitablemente presentes en la estructura pueden hacer que el material falle por su fragilidad, que el tamaño y el número de las imperfecciones difieren en cada pieza cerámica individual y que las propiedades mecánicas sólo pueden describirse de manera estadística. Por estas razones, el comportamiento mecánico de los materiales cerámicos es menos predecible que el de los metales, por estacaracterística, su uso en aplicaciones críticas de alta resistencia Posteriormente, se analizarán las propiedades eléctricas, magnéticas, térmicas y ópticas de los cerámicos y se compararán con las de otros materiales.
La estructura de los cerámicos cristalinos
Un gran número de materiales cerámicos, incluyendo el CaO, el MgO, el MnS, el NiO, el MnO, el FeO, y el HfN poseen la estructura del clorurode sodio. La estructura de la blenda de zinc es típica del ZnS, del BeO, y del SiC; en tanto que varios materiales cerámicos , incluyendo el CaF2 , el ThO2 , el CeO2 , el UO2, el ZrO2 , y el HfO2 , tienen la estructura de la fluorita. La mayoría de los cerámicos, sin embargo, tienen estructuras cristalinas más complicadas, incluyendo las descritas en la figura 1-1.
Estructura Perovskite. Lacelda unitaria perovskite [figura 1-1(a)] se encuentra en varios cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. En este tipo de celda están presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo están los iones de bario, los iones oxígeno llenarán los sitios centrados en las caras y los iones de titanio ocuparán los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celdaunitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.
FIGURA 1-1 Estructuras cristalinas de cerámicos complejos: (a) Perovskita, (b) porción de una celda de corindón (dos terceras partes de los sitios Al3 están ocupados), (e) una porción de la celda de espinel, y (d) grafito.
Estructura del corindón. Una de las formas de la alúmina, Al2O3...
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