Tema 14 Materiales cerámicos y vidrios

Propiedades generales de los materiales ceramicos y vidrios Los materiales ceramicos y vidrios son solidos inorganicos y no metalicos. Los primeros objetos de vidrio fueron cuentas de collar y abalorios que se usaban en Egipto y Mesopotamia. En cambio el uso de la ceraica es mucho mas antiguo data de 6400 años antes de cristo en un yacimiento en Anatolia. Caracteristicas generales que tienen en comun: Son duros y fragiles. Son muy resistentes al desgaste. Son resistentes a la oxidacion y la corrosion. Son inertes y biocompatibles Poseen puntos de fusion altos Resultan economicamente asequibles

Tipos de materiales cerámicos y vidrios Los materiales ceramicos y vidrios mas importantes se pueden clasificar en seis grupos: Vidrios: estan constituidos fundamentalmente por silice (SiO2), que ha este se le añaden otros compuestos para modificar sus propiedades. Las variedades del vidrio son el vidrio comun de ventanas (sodio-cal) y los borosilicatos resistentes al calor. Vitroceramicos: son productos fabricados a taves de arcilla o barro. La arcilla se conforma en humedo y despues se secan o cuecen. En el proceso la fase vitrea (de base de silice) se funde cuando se cuece la arcilla y se extiende enlazando fases cristalinas (silicatos). Ceramicos de alto rendimiento: se utilizan en herramientas de corte, tiene un precio elevado, y combinan una alta tenacidad a la fractura, con una distribucion de microgrietas reducida, lo que hace competitivo con el metal. Cemento y hormigon: son materiales usadon para la construccion junto con otros. El cemento esta formado por una mezcla de cal (CaO), silice (SiO2) y alumina (Al2O3) que fragua cuando se mezcla con agua. Rocas y minerales: son materiales ceramicos naturales. Ceramicos compuestos: como el carbono o la fibra de vidrio.

Estructura interna de los materiales ceramicos y de vidrios Materiales cerámicos iónicos: estan constituidos por un metal y un no metal unidos entre si por una atracción electrostática. Dentro de este tipo de materiales cerámicos podemos citar como ejemplos sal de roca (NaCl), el oxido de magnesio (MgO), la alúmina (Al2O3), la zirconia (ZrO2),etc. en estos materiales los iones se ordenan en el espacio de forma densa para minimizar la energía. Materiales cerámicos covalentes: formado por la unión de dos no metales (SiO2, SiC, Si3N4) o por elementos puros (diamante: C; Silicio :Si). Se forman estructuras laminares o redes tridimensionales.

Propiedades de los materiales ceramicos Los materiales ceramicos y vidrios poosen en comun una serie de propiedades: Modulos de elasticidad, los modulos de los materiales ceramicos tienen un modulo de elasticidad, generalmente mayores, de los metales, debido a su mayor rigidez de los enlaces iónicos y coovalente, y no poseer estructuras compactas, tienen bajas densidades. Dureza, los materiales ceramicos son extremadamente desde el corindon al diamante y son muy empleados en herramientas para el pulimentado. Resistencia a la fractura, las tenacidades de la fractura Kic, (tensiones a las que se produce la rotura fragíl) de los materiales ceramicos son aproximadamente cincuenta veces menores que las de los metales. Así se cumple que TS= KIC/  E

Propiedades de los materiales ceramicos Hay tres tipos de ensayos para determinar la resistencia de un material: Ensayo de tracción Ensayo de compresión Ensayo de flexión Resistencia al choque térmico, es un tipo de ensayo en el que se observa la fractura ocasionada por cambios bruscos de temperatura. Fluencia de los materiales cerámicos, que es que el material alcance una temperatura 0.4 veces mayor que la de fusión, normalmente mas de 1500ºC. Estadística de la fractura frágil. Dependencia de la resistencia con el tiempo, que es la aparición de gritas sin motivo aparente.

Grafica del ensayo de materiales ceramicos

Fabricación de materiales cerámicos Procesado de los materiales, La mayoría de los productos cerámicos tradicionales y técnicos son manufacturados, compactando polvos. Las etapas básicas para el procesado de cerámicos por aglomeración de partículas son: 1) preparación del material; 2) moldeado o colada; 3)tratamiento térmico de secado (que normalmente no se requiere) y horneado por calentamiento dela pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas. Técnicas de conformado: Prensado en seco MOLDEO EN BARBOTINA. 1) Preparación de un metal cerámico en polvo y un líquido (generalmente arcilla y agua) en una suspención estable llamada barbotina. 2) Vertido de la barbotina en un molde poroso, generalmente de yeso, que permite la absorción parcial de la porción líquida de la barbotina por el molde. A medida que se elimina el líquido de la barbotina, se forma una capa de material semiduro contra la superficie del molde. 3) Cuando se ha formado un espesor suficiente se interrumpe el proceso y el exceso de barbotina se desaloja de la cavidad. Esto se conoce como escurrido o fundición con drenaje. Alternativamente, la forma de un sólido puede realizarse permitiendo que continúe la colada hasta que la cavidad del molde se llene por completo. Este tipo de moldeo se llama fundición compacta. 4) Tenemos que dejar secar el material dentro del molde hasta que alcance la resistencia necesaria para ser manipulado y retirado del molde. 5) Finalmente hay que realizar el horneado para conseguir las propiedades y microestructura deseadas. 1 prensado en seco de los maetriales 2: rellenado 3 prensado 4expulsion

Esquema general del vidrio

Esquema general de la cerámica