Pre- Grado

4º Ingeniería de Materiales

1. INTRODUCCIÓN
En primera aproximación puede decirse que los materiales cerámicos son sólidos inorgánicos y no metálicos, constituidos por metales y no metales (óxidos, nitruros, carburos, etc.) que incluyen minerales de arcilla, cementos y vidrios, producidos mediante un tratamiento térmico. Se trata de materiales/minerales que son aislantes térmicos y que aelevada temperatura y en ambientes agresivos, son más resistentes que los metales y los polímeros. Desde el punto de vista mecánico, son duros y ligeros pero frágiles. Los enlaces interatómicos pueden ser de carácter iónico, o bien de carácter predominantemente iónico con carácter parcial covalente. Las cerámicas se pueden presentar en forma vítrea, monocristalina, policristalina o combinaciones dealgunas de ellas. Estos materiales tienen dos características importantes, por un lado, su capacidad de resistir al calor y por otro, su resistencia al ataque químico que son debidas sustancialmente a la fortaleza del enlace entre sus átomos que les confiere un alto punto de fusión, dureza y rigidez.. El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa quemada”,indicando de esta manera que las propiedades de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción.

Elementos de 100% de nitruro de silicio Si3N4

Materiales Cerámicos

1

4º Ingeniería de Materiales

En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materialescerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso específico en ingeniería. Normalmente los cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice y feldespato. Ejemplos de cerámicos tradicionales son los ladrillos y las tejas utilizados en la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica. Las cerámicas ingenieriles, por elcontrario, están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como óxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC), y nitruro de silicio (Si3N4).

2. CERÁMICOS TRADICIONALES Y DE INGENIERÍA
Los cerámicos tradicionales están constituidos de tres componentes básicos arcilla, sílice (sílex) y feldespato. La arcilla está compuesta principalmente por silicatos de aluminio hidratadoscon pequeñas cantidades de otros óxidos como TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O y K2O. Materiales Cerámicos 2

4º Ingeniería de Materiales Productos estructurales de la arcilla tales como ladrillos para la construcción, tuberías de desagüe, tejas de drenaje, tejas de cubiertas y losetas para pisos están hechas de arcilla natural que contiene los tres componentes básicos. Los productos de cerámicafina como la porcelana eléctrica, porcelana china, y artículos de sanidad están formados a partir de arcilla, sílice y feldespato. En contraste con las arcillas tradicionales, las cerámicas técnicas o de ingeniería están constituidas principalmente de compuestos puros o casi puros; principalmente óxidos, carburos y nitruros. Algunas de las más importantes cerámicas de ingeniería son: alúmina (Al2O3),nitruro de silicio (Si3N4), carburo de silicio (SiC) y circonia (ZrO2) combinados con otros óxidos refractarios. Alúmina (Al2O3). La alúmina se desarrolló originalmente para tubos refractarios y crisoles de alta pureza de utilización a elevadas temperaturas pero ahora tiene aplicaciones mucho más variadas. Un ejemplo clásico de utilización de alúmina es en materiales aislantes de bujías. El óxidode aluminio se dopa generalmente con óxido de magnesio, prensado en frío y sinterizado, produciendo el siguiente tipo de microestructura:

Obsérvese la uniformidad de la estructura de grano en alúmina comparada con la estructura de la porcelana eléctrica:

La alúmina se emplea frecuentemente para aplicaciones eléctricas de buena calidad, donde se precisan bajas pérdidas dieléctricas y alta...