matericas aplicacados ceramicos

1. Materiales Ceramicos

2. Materiales Ceramicos
Un amplio grupo de materiales no
metálicos, compuestos por metales y
no metales, unidos por enlaces iónicos
y/o covalentes.
Principalmente compuestos de arcilla,
fedelspato y sílice

3. Materiales Cerámicos
 Son de utilización muy amplia y
antigua en todos los ámbitos.
 Ello se debe a que sus constituyentes
principales (Si, O, Al) son los
elementos más abundantes
 Además se utilizan en su forma
oxidada, por lo que no sufren
alteraciones del medio ambiente

4. Distribución de los elementos

5. Distribución de los elementos

6. Arcillas
Contienen algunos de los siguientes:
 Sílice (SO2) y Aluminio como silicatos
 Compuestos de potasio
 Compuestos de magnesio
 Compuestos de calcio
La arena contiene sílica y fedelspato o
Silicatos de aluminio y potasio.

7. Materiales Cerámicos
Fedelspato
(Al2O3.6SiO2
.xxx) Cuarzo (SiO2)

8. Sílice y Silicatos
 El silicio tiene una valencia igual a la
del carbono, y, como éste, forma
compuestos de forma tetraédrica

9. Sílice y Silicatos
 Estos tetraedros se combinan de
diferentes maneras según compartan
2, 3 o 4 vértices

10. Sílice y Silicatos

11. Sílice y Silicatos
 En el caso de que compartan 2
vértices, tenemos una cadena o anillo,
y el material es fibroso

12. Sílice y Silicatos
 Si se comparten 3 vértices, se forma
una estructura laminar:
Muscovita

13. Sílice y Silicatos
 Cuando se comparten los 4 vértices,
tenemos una estructura tridimensional
Feldespato

14. Tipos de Materiales Cerámicos
 Decorativos
 Refractarios
 Vidrios
 Abrasivos
 Cementos

15. Comparación entre metales v
materiales cerámicos
Metales Cerámicas
Estructura cristalina Estructura cristalina
Muchos electrones libres Electrones "fijos"
Enlace metálico Enlace iónico y/o covalente
Buena conductividad eléctrica Malos conductores
Opacos Transparentes
Atomos uniformes Atomos de diferente tamaño
Gran resistencia a tensión Pobre resistencia a tensión
Dúctiles Frágiles
Flujo plástico Sin plasticidad
Buena resistencia a impacto Pobre resistencia a impacto
Peso relativamente elevado Más livianos
Dureza moderada Dureza extrema
No porosos Altamente porosos
Alta densidad Baja densidad

16. Propiedades mecánicas y químicas
Material
densidad
(kg/m3)
Resistencia
compresión
(Mpa)
Al2O3 385 345
Si3N4 319 690
SiC 310 550
ZrO2 9% MgO 550 690

17. Propiedades mecánicas y químicas
Compuesto
Diferencia
electronegatividad % iónico % covalente
Dióxido de circonio 2,3 73 27
Oxido de magnesio 2,2 69 31
Oxido de aluminio 2 63 37
Dióxido de silicio 1,7 51 49
Nitruro de silicio 1,3 34,5 65,5
Carburo de silicio 0,7 11 89
Compuesto Fórmula Punto de fusión °C
Oxido de magnesio MgO 2798
Dioxido de circonio ZrO2 2750
Carburo de boro B4C3 2450
Oxido de aluminio Al2O3 2050
Dióxido de silicio SiO2 1715

18. Materiales Cerámicos tradicionales
Hechos de arcillas naturales y mezclas
con cerámicos cristalinos.
Incluyen:
 “Cerámicas”
 Productos estructurales
 Refractarios

19. Cerámicas
 Vajilla
 Piso y pared
 Sanitarios
 Porcelana eléctrica
 Cerámicas decorativas

20. Cerámicas: Baños

21. Moldeo por drenado
Sinter
and
Serve

22. Refractarios
Ladrillos para calderas y hornos.
Tienen un alto contenido de sílice o
aluminio.
Son utilizados en la fabricación de
hierro y acero, metales no ferrosos,
vidrio, cementos, conversión de
energía, petróleo, e industrias
químicas.

23. Refractarios
 Usados para proveer protección térmica a
otros materiales a temperaturas muy altas,
como en la producción de acero (Tm=1500°C),
fundiciones de metal, etc.
 Compuestos princimpalmente de alúmina
(Al2O3) (Tm=2050°C) y sílice junto a otros
óxidos: MgO (Tm=2850°C), Fe2O3, TiO2, etc., y
tienen una porosidad mayor al 10% en
volumen.
 También se utilizan BeO, ZrO2, SiC, y grafito
con baja porosidad

24. Ladrillo refractario

25. Cerámicos Amorfos (vidrios)
 Principal componente: Silice (SiO2)
 Si se enfría despacio se obtiene un compuesto
cristalino.
 Si se enfría más rápido se obtiene una estructura
amorfa que consiste de cadenas desordenadas de
átomos de Silice y Oxígeno.
 A esto se debe su transparencia, ya que los bordes
cristalinos desvían la luz, causando reflexión.
 El vidrio puede ser templado para aumentar su
tenacidad y resistencia.

26. Tipos de vidrio
Hay tres tipos comunes:
 Vidrio de soda y cal - 95% de ellos,
vidrios, contenedores, etc
 Vidrios con plomo - contiene óxido de
plomo para mejorar el índice de
refracción.
 Borosilicatado - contiene óxido de boro,
conocido como Pyrex.

27. Vidrios
 Plano (ventanas)
 Vidrio de contención (botellas)
 Vidrio soplado (vajilla)
 Fibra de vidrio (aislante)
 Vidrios avanzados/especiales (fibra
óptica)

28. Contenedores y botellas

29. Procesado por presión

30. Moldeo por soplado

31. Vidrio en edificios

32. Proceso de plato

33. Vidrio templado
La resistencia del vidrio puede ser mejorada
induciendo tensiones residuales de compresión
en la superficie.
La superficie permanece comprimida, cerrando
pequeñas fracturas.

34. Proceso de endurecimiento
 Templado:
– Se calienta por encima de Tg pero debajo del punto
de fusión
– Se enfría en agua o aceite
– La superficie se enfría a Tg antes que el interior
– Cuando el interior se enfría y contrae comprime la
superficie.
 Endurecimiento químico:
– Cationes con gran radio iónico se difunden en la
superficie
– Esto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas
compresivas y tensiones.

35. Vidrio de seguridad
 ¡Muchos intentan
romperlo con
piedras o palos
pero el vidrio
permanece intacto !
Cada tanto se
muestra el video de
alguien queriendo
sacar el dinero

36. Vidrio con plomo

37. Cerámicos cristalinos
Buenos aislantes eléctricos y refractarios.
 El óxido de magnesio se utiliza como
aislante en elementos calientes y cables.
 Oxido de aluminio
 Oxidos de Berilio
 Carburo de Boro
 Carburo de Tungsteno
 Usado como abrasivos en máquinas
cortantes.

38. Abrasivos
 Naturales (granate, diamante, etc.)
 Abrasivos Sintéticos (carburo de sílice,
diamante, alúmina, etc.) se utilizan
para perforar, cortar, pulir.

39. Cementos
 Usados para producir caminos, puentes,
edificios, represas.

40. Cerámicas avanzadas
 Se desarrollaron en los últimos 50 años
 Aplicados como coberturas térmicas para proteger
estructuras metálicas, cubrir superficies, o como
compuestos importantes por sí mismos.
 Las aplicaciones en motores son típicas de estos
materiales, que incluyen el nitrito de sílice (Si3N4),
carburo de silicio (SiC), Zirconia (ZrO2) y Alumina
(Al2O3)
 Su resistencia al calor y otras propiedades han llevado
al desarrollo de métodos para endurecerlos
reforzándolos con fibras , abriendo un campo de
aplicaciones para estos materiales

41. Cerámicas avanzadas
 Estructura: biocerámicas, herramientas de
corte, componentes de motores, blindajes.
 Eléctricos : capacitores, aislantes, circuitos
integrados , piezoeléctricos, magnetos y
superconductores
 Recubrimientos: componentes de motores,
herramientas de corte
 Químicas y ambientales: Filtros, membranas,
catálisis.

42. Componentes de motores
Rotor (Alúmina)
Engranajes (Alúmina)

43. Turbocargador
Rotor Cerámico

44. Discos de freno cerámicos

45. McLaren Mercedes Benz

46. Carburo de silicio
Componentes de
automóvil
Elegidos por su
resistencia al calor
y desgaste

47. Armaduras cerámicas
 Utilizadas en el ejército.
 Ventaja: baja densidad del material que lo hace
eficiente
 Materiales cerámicos típicos: alúmina, carburo de
boro, carburo de silicio, y diboro de titanio
 El material cerámico es discontinuo y forma un
“sandwic” entre un exterior más dúctil y una fibra
interna
 La capa externa debe ser suficientemente dura
para frenar el proyectil.

48.  La mayor parte de la energía de impacto es
absorbida por la fractura de la cerámica y
cualquier energía cinética remantente es
absorbida por la capa interna, que también sirve
para contener los fragmentos de cerámica y el
proyectil evitando un impacto severo.
 La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en
hojas de 20 mm. se utilizan para proteger áreas
críticas del avión Hércules.
 Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de
fácil reemplazo.

49. Cerámicos – Blindaje compuesto
Projectile
Outer hard
skin
Ceramic-
Discontinuous
Inner
ductile
skin
Personnel
and
Equipment
Ceramic Armor System

50. Carburo de sílice
Blindaje corporal y
otros compuestos
elegidos por sus
propiedades
balísticas.