Descarga - Dr. Alan Castillo

Cerámicos
• Los materiales cerámicos son materiales
inorgánicos, no metálicos constituidos por
elementos metálicos y no metálicos enlazados
principalmente por enlaces iónicos y/o covalentes.
• La composición química de los materiales
cerámicos varía considerablemente, desde
compuestos sencillos a mezclas de muchas fases
complejas enlazadas.
• Generalmente se clasifican en cerámicos
tradicionales y avanzados.
Cerámicos Tradicionales
• Cerámicos tradicionales finos: Aquellos que
contienen partículas menores a 0.2 mm
• Cerámicos tradicionales burdos: Aquellos que
contienen partículas hasta de 0.8 mm.
• Estos cerámicos pueden también clasificarse como
porosos (con absorción de agua mayor al 5%) o
densos (cuando la absorción de agua no excede el
5%).
Cerámicos Tradicionales Finos
• Utensilios de barro (pottery): Es un término muy
común, que es utilizado para describir aquellos
cerámicos que contienen arcilla; exceptuando a
aquellos con aplicaciones técnicas, estructurales o
como materiales refractarios.
• Cerámica blanca (whiteware): Es un término
originalmente aplicado a vajillas y a obras de arte,
pero que se ha expandido para incluir piezas color
marfil o ligeramente grises una vez horneadas.
Cerámica blanca
• Se puede clasificar por su grado de porosidad como:
poroso (el cual absorbe grandes cantidades de agua)
o vítreo (el cual es completamente impermeable).
Entre estos extremos, hay varios grados de porosidad
(semivítreos) y translúcidos.
• También se pueden clasificar como: barro
(earthenware), gres (stoneware), china, porcelana y
cerámica técnica.
Artículos de Barro
• Los artículos de barro no vítreo de media porosidad
se pueden subclasificar como:
• Arcilla natural
• Arcilla fina: compuesta de arcilla procesada.
• Talcos
• Semivítrea: Aquella que contiene arcilla procesada
y horneada para obtener una porosidad media.
Stoneware (gres)
• Es un material cerámico vítreo o semivítreo de
textura fina que contiene arcilla no refractaria, o de
una combinación de arcillas, fundentes y sílice.
Puede subdividirse en:
• Natural
• Fina
• Técnica: Hecha de materiales beneficiados y
quemada para obtener bajas porosidades.
• Jasper: Contiene grandes cantidades de bario
• Basálticas: Contiene grandes cantidades de FeO
China
• Es un material vítreo que absorbe agua entre 0-5%
utilizado para aplicaciones no técnicas. Puede ser
recubierta o no. Su composición puede ser de
solamente arcilla o contener alúmina, cenizas y
cordierita. Puede subdividirse en:
• China de Hotel y Vitrea
• China Fina
• Cookware (cocina)
• Porcelana
• Cerámica técnica
China de hotel y vítrea
• Son cerámicos diseñados para uso en operaciones
comerciales. La China de hotel es utilizada para
contenedores de comida, mientras que la China vítrea
se utiliza en aplicaciones sanitarias. Este tipo de
material es horneado en una sola ocasión.
China fina
• Este término se utiliza para describir utensilios
delgados, translúcidos y vitrificados (absorción del
0.3 al 2%). Estos materiales generalmente son
horneados en dos ocasiones. La primera a alta
temperatura para madurar el cuerpo y la segunda
para darle alto brillo al recubrimiento.
Cookware
• Este término se aplica a china, porcelana e inclusive
a barro, que tiene un recubrimiento fino y se utiliza
para comida.
• Ese tipo de cerámica es muy resistente al choque
térmico y se produce en una sola horneada.
Porcelana
• Se define como porcelana a aquel cerámico
recubierto o sin recubrir que se utiliza principalmente
para aplicaciones técnicas. Se considera un sinónimo
de la China. Su composición es generalmente de
arcilla y alúmina calcinada, pero esta ultima puede
ser sustituida por sílice para incrementar sus
propiedades mecánicas. Otros componentes que
puede tener son álcalis.
Cerámica técnica
• Dentro de estos cerámicos se incluyen material vítreo
no poroso para usos dentales, de aislamiento
eléctrico, químico, mecánico, estructural y
refractario. Su composición es muy similar a la
China, solo con sustitución de alguno de sus
componentes por sílice. Dependiendo en su
aplicación, pueden ser horneadas una sola ocasión.
La absorción de agua debe ser menor a 0.5%
Mineralogía
• Arcilla
• Caolín y Montmorillonita
• Caolín: Al2O3-2SiO2-2H2O
• Montmorillonita: Al2O3 -4 SiO2 -NH2O
Mineralogía
• Fundentes: Reducen temperatura de fusión.
• Óxidos Alcalinos: K2O, Na2O y en menor grado
Li2O.
• Óxidos alcalinotérreos: CaO y MgO
• Feldespatos: SiO2 y Al2O3
Productos estructurales de arcilla
• Son usados principalmente para la construcción. Su
uso se ha venido dando desde hace más de 4000
años. Se pueden clasificar en:
• Ladrillos
• Azulejos
• Tubería
Glazes o vidriados
• “Glaze” se define como una capa de vidrio
continua adherida a la superficie del cerámico.
Esta capa es dura, no absorbente y fácil de limpiar.
• Generalmente se aplica como una suspensión en
agua de ingredientes formadores vítreos. Una vez
que esta capa esta seca es quemada, fundiéndose
los ingredientes y formando una delgada capa de
vidrio.
Cemento Portland
• El cemento es una mezcla mineral sintética que al añadirle
agua forma una “masa” endurecida como resultado de una
serie de reacciones químicas donde los componentes
cristalinos se hidratan.
• Posee alta dureza y resistencia a la compresión.
• Se caracteriza por la presencia de 4 compuestos
principales: 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3 y
4CaO.Al2O3.Fe2O3.
Refractarios
La palabra refractario proviene del latín “refractarius” que
significa “terco” y generalmente se entiende como resistente a
temperaturas elevadas.
De acuerdo a la ASTM un material refractario es un material
no metálico que tiene propiedades físicas y químicas que lo
hacen adecuado para estructuras o componentes que están
expuestos a temperaturas mayores a los 530oC.
¿Para qué se utilizan los refractarios?
•Aislantes térmicos
•Confinamiento del calor
•Contención de material que
es procesado a temperaturas
elevadas.
Clasificación de los Refractarios
Refractarios ácidos
Contienen grandes cantidades de SiO2 y Al2O3 la cual puede reaccionar con
escorias básicas o refractarios básicos.
Refractarios básicos
Compuestos escencialmente por CaO, MgO o ambos compuestos y pueden
reaccionar con escorias ácidas y refractarios ácidos.
Refractarios neutros
Aquellos que resisten a escorias ácidas o básicas. Entre ellos se incluye el
carbono, mullita, refractarios de cromita, etc.
Refractarios especiales
CaO + MgO
SiO2+Al2O3
SiC, ZrO2, Si3N4, generalmente muy $$$
<1 escoria es ácida
>1 escoria es básica
Cerámicos Avanzados
• El término cerámico avanzado se refiere a materiales
cerámicos que exhiben propiedades mecánicas
superiores, de resistencia a la corrosión/oxidación o
eléctricas, ópticas y/o magnéticas.
• Dentro de esta categoría se incluyen:
• Muchos cerámicos monolíticos
• Vidrios reforzados con fibras
• Vidrios-Cerámicos
• Compuestos de matriz cerámica
Cerámicos electrónicos
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Los principales cerámicos en esta categoría son:
Para sustratos: Al2O3, Al2O3-TiO2 y AlN
Para capacitores: BaTiO3
Para transductores: PZT y PMNT
Para sensores de oxígeno: Cerámicos base ZrO2
Para varistores: Cerámicos base ZnO
Para sensores de temperatura: NiO y Fe2O3
Cerámicos dieléctricos/piezoeléctricos
• Son cerámicos dieléctricos o aisladores aquellos que
se usan generalmente en la forma de capacitores y
aislantes electrónicos.
• Piezoeléctricos son materiales que se deforman al
aplicárseles un campo eléctrico o que desarrollan
algún potencial eléctrico al ser deformados.
Cerámicos piroeléctricos
•Son cerámicos que desarrollan un voltaje como
respuesta a un cambio en la temperatura o se enfrían o
se calientan en respuesta a un voltaje aplicado.
•Se utilizan en pirometría óptica, espectroscopia
infrarroja y detección de flama.
Cerámicos Semiconductores
• Incluyen materiales como SiC que retienen sus
propiedades de semiconducción a temperaturas
elevadas.
• Se utilizan en aplicaciones electrónicas a
temperaturas elevadas, las cuales pueden utilizarse en
detección de contaminación o en sistemas de
corrección.
Equipos Ópticos
•Son materiales que pueden modificar una señal óptica
cuando un campo eléctrico o señal les es impuesto.
•Cerámicos ópticos son: LiNbO3, LiTaO3, Ca2Nb2O7.
•Moduladores ópticos y los sistemas láser utilizan este
tipo de materiales.
Empaquetamiento Electrónico
• Son materiales utilizados para el empaquetamiento y
recubrimiento de circuitos o equipos electrónicos
completos.
• AlN, Al2O3, BeO y BN son ejemplos de estos
materiales.
Cerámicos ópticos
•Los cerámicos ópticos se utilizan en lentes, luces
fluorescentes, espejos y componentes láser entre otros.
•Las propiedades ópticas incluyen
absorción, color, emisividad, etc.
transmisión,
•Las propiedades ópticas dependen en gran mayoría de
las características superficiales.
Cerámicos magnéticos
• Los cerámicos magnéticos son la base de aparatos
que utilizan magnetos blandos o duros.
• Sus aplicaciones incluyen desde componentes de
microondas hasta cintas de grabación.
Cerámicos Estructurales
• Componentes automotrices: Incluyen rotores, válvulas,
rotores, boquillas y pistones.
• Sistemas de generación de energía: máquinas
estacionarias, incineradores, sistemas de filtración y
separación, etc.
• Materiales tribológicos: sellos, boquillas, recubrimientos
y partes rotatorias.
• Equipo de procesamiento: reactores, bombas, tanques,
intercambiadores de calor, etc.
• Aplicaciones biomédicas: partes ortopédicas, implantes
dentales, rótulas, implantes de cadera.