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Materiales
cerámicos
Ciencia de Materiales
Otoño 2009
Lilia Meza Montes
Características generales
Inorgánicos, no metálicos
Formados por elementos metálicos y no
metálicos, enlaces iónicos y/o covalentes
Compuestos simples hasta mezclas de fases
Duros y frágiles, tenacidad y ductilidad bajas
Buenos aislantes eléctricos y térmicos
Temperaturas de fusión altas y gran estabilidadi
química (estabilidad de enlaces) á
Tipos de cerámicos
Tradicionales
- Hechos de tres componentes básicos: arcilla,
sílice (silex) y feldespato
- Ejemplos: vidrios, ladrillos, azulejos, porcelana
eléctrica
de Ingeniería
- Compuestos puros o casi puros
- Ejemplos: óxido de aluminio (Al2O3), carburo
de silicio (SiC) y nitruro de Si (Si3N4).
Configuraciones de coordinación
Factores que determinan
empaquetamiento
1. Tamaño relativo de
iones
2. Equilibrio de cargas
para neutralidad.
Sólidos iónicos tienden a
ser densos para
disminuir energía total.
Cationes: más pequeños
que aniones
Si los aniones no tocan el
catión central, se vuelve
inestable (puede vibrar)
Razones de
radios
Razón del radio del
catión central al de
aniones circundantes
rcatión/ranión
razón de radios
crítica (mínima):
Cuando iones se
tocan
Estructura de CsCl
Iónica
NC=8 (8cl -1Cs)
CsBr, TlCl, TlBr
AgMg, LiMg, AlNI
No es de importancia para
cerámicos
Razones de radio
elevadasNC más altos
Celda unitaria de NaCl
NC=6
Otros cerámicos MgO, CaO,NiO, FeO
Espacios intersticiales
Espacios entre los átomos o iones
octaédrico
tetraédrico
Huecos intersticiales de fcc y hcp
Huecos intersticiales fcc
12 aristas1/4 hueco en cada
arista4 huecos octaédricos en
cada celda unitaria
Blenda de Zinc
4 Zn, 4 S
Dos redes intercaladas
87% covalente tetraédrica con enlace
covalente
NC=4
Cloruro de Ca
Ca2+ sitios de fcc
F- 8 huecos tetraédricos, otros
huecos vacantes
UO2, BaF2, AuAl2, PBMg2
ZrO2: deformado (monoclínico)
Corindón: Al2O3
Iones O2- ocupan los sitios de
celda unitaria hcp
Iones Al3+ ocupan solo dos tercios
de los sitios intersticiales del
octaedro para conservar la
neutralidad eléctrica
Perovsquita CaTiO3
Estructuras de silicatos
Si, O (más abundantes de la naturaleza)
Arcillas, feldespatos y micas
Bajo costo, disponibilidad y propiedades
Vidrios, cemento portland y ladrillos
Aislantes
Ión tetraédrico SiO44-
50%covalente
Razon de radios 0.29
Fuerzas de enlace grandes
Enlaces: esquina-esquina
Estructura de cadena de silicato
Cada O tiene un electrón
disponible variedad de
estructuras
Cadena o anillo : dos esquinas
unidas (MgSiO3, Berilo)
Laminar: tres (talco mineral)
Moldeo de vaciado de suspensión
Drenado en un molde
poroso de yeso de París
Moldeo sólido
Conductividad
térmica de
materiales
cerámicos
Aplicaciones
Temperatura
de fusión
Transición vítrea
Solidificación de materiales cristalinos y amorfos
Cristobalita (silice cristalina ideal),
Tetraedro Si-O
sílice cristalina. Notar la falta de
orden a largo alcance
Vidrio de soda-cal
Vidrio de alúmina-sílice
Recubrimientos
Por aspersión térmica con WC/1-Co4Cr
Microestructura
Aplicaciones en medicina: prótesis
Cadera fractura y prótesis
Componentes de prótesis:
cabeza de alúmina,
cavidad de alúmina y base.
Bibliografía
Fundamentos de la ingeniería y ciencia de
materiales, W.F. Smith y J. Hashemi,
McGraw Hill Interamericana, 4a. Ed., India
2006.