resumen de la conpocicion de los ceramicos y sus utilidades

1. ÁREA DE ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS
RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
VII CICLO PARALELO “B”
MATERIALES PARA INGENIERÍA
TEMA:
CERÁMICAS Y VIDRIOS
DOCENTE:
ING. GONZALO RIOFRÍO
ESTUDIANTE:
LENIN ROMERO
CERÁMICOS Y VIDRIOS
Los cerámicos y los vidrios son algunos de los materiales de ingeniería más antiguos y más resistentes a
las condiciones ambientales. También son algunos de los materiales más avanzados que se están
desarrollando para la industria aeroespacial y electrónica. Se han dividido este amplio conjunto de
materiales de ingeniería en tres categorías fundamentales.

2.  cerámicos cristalinos incluyen los silicatos tradicionales y los muchos compuestos oxídicos y no
oxídicos empleados tanto en las tecnologías tradicionales como en las avanzadas.
 Vidrios: son sólidos no cristalinos con composiciones comparables a las de los cerámicos
cristalinos. La ausencia de cristalinidad, obtenida a partir de técnicas específicas de procesado,
proporciona un conjunto único de propiedades mecánicas y ópticas. Químicamente, los vidrios
se subdividen por conveniencia en silícicos y no silícicos.
 Vitrocerámicos, son otro tipo de materiales cristalinos que se conforman inicialmente como
vidrios, y posteriormente cristalizan de una manera cuidadosamente controlada
Como en los metales, el procesado de cerámicas y vidrios puede afectar significativamente a sus
propiedades como materiales estructurales.Los métodos convencionales para la cerámica son la colada
de fundido y colada debarbotina,el sinterizado y la compresión en caliente.La producción tradicional de
vidrio se continúa a veces con una desvitrificación controlada, para producir vitrocerámica.
Las técnicas más recientes de procesado incluyen sol-gel, técnicas biomiméticas y la síntesis
autopropagada a alta temperatura (SHS). (SHACKELFORD, 2005)
CERÁMICOS: MATERIALES CRISTALINOS.
Es bastante apropiado comenzar el estudio delos cerámicos cristalinos describiendo los silicatos,basados
en el S i 02.Debido a que el silicio y el oxígeno conjuntamente suponen aproximadamente el 75 por ciento
de los elementos presentes en la corteza terrestre (Figura 12.1), estos materiales son muy abundantes y
económicos.
Muchos de los cerámicos tradicionales que se utilizan pertenecen a esta categoría.
Una de las mejores maneras de caracterizar las civilizaciones primitivas es por la alfarería (productos de
arcillacocida),queha constituido un producto comercial desdeaproximadamenteel 4000 a.C.La alfarería
forma parte de la categoría de los cerámicos conocidos como cerámicas blancas, que son cerámicos
cocidos comerciales, con una microestructura típicamente blanca y con un tamaño de grano fino. Un
ejemplo muy conocido es la porcelana china translúcida. Además de la alfarería y relacionada con los
cerámicos blancos, la arcilla es la base de los productos estructurales arcillosos, como el ladrillo, la teja,
el azulejo y el tubo de gres.La variedad decerámicos desilicato refleja lagran diversidad delos minerales
de silicato que están disponibles normalmente en las plantas manufactureras.
En la Tabla 12.1 se resumen las composiciones generales de algunos ejemplos comunes.
En la lista se incluyen refractarios basados en la arcilla refractaria. Los refractarios son materiales
estructurales resistentes a las altas temperaturas, que juegan papeles primordiales en la industria (por
ejemplo, en el proceso de obtención del acero). Cerca del 40 por ciento de la producción de la industria
de los refractariosconsisteen silicatos basearcilla.También seincluyeen la Tabla 12.1 un representante
de la industria del cemento. Este ejemplo es el cemento portland, una mezcla compleja que puede
describirse como un aluminosilicato de calcio.

3. En la Tabla 12.2 se presentan varios ejemplos de cerámicos de óxidos no silicatos, donde se incluyen
algunos materiales tradicionales como la magnesia (MgO), un refractario ampliamente utilizado en la
industria del acero.Sin embargo, en general en la Tabla 12.2 están contenidos muchos de los materiales
cerámicos más avanzados. Los óxidos puros son compuestos con niveles deimpureza inferiores a veces al
1 por ciento en peso, y en algunos casos, niveles de impureza del orden de partes por millón (ppm). El
costede la separación químicay el procesado subsiguientedeestos materiales suponeun fuerte contraste
con la economía de los cerámicos de silicato fabricados a partir delos minerales disponibles localmente,
y generalmente impuros. Estos materiales avanzados encuentran múltiples usos en áreas como la
industria electrónica, donde se requieren especificaciones muy exigentes. Sin embargo, muchos de los
productos de la Tabla 12.2 con un compuesto óxido predominante pueden contener distintos porcentajes
de adiciones de óxido e impurezas.
VIDRIOS: MATERIALES NO CRISTALINOS.
Al igual queen el caso delos silicatoscristalinos,estos vidrios suponen generalmente un coste moderado
debido a la abundancia del silicio y el oxígeno elementales en la corteza terrestre. En la mayoría de las
operaciones rutinarias defabricación de vidrio,es fácil disponer del S i0 2 de depósitos locales dearena
con una pureza adecuada. En realidad, la fabricación de productos de vidrio supone un número de
toneladas mucho mayor que el implicado en la producción de cerámicos cristalinos. En la Tabla 1 2.4 se
indican ejemplos representativos de productos comerciales de vidrio de silicato. La Tabla 12.5 ayuda a
interpretar el significado delas composiciones de la Tabla 12.4 al clasificar los óxidoscomo generadores
de red, modificadores de red (fundentes) e intermedios.
Los generadores de red son óxidos que forman poliedros, con bajos números de coordinación. Estos
óxidos pueden conectarse con la red de tetraedros de SiOlJ” asociados a la sílice vitrea. Los óxidos de
elementos alcalinos y alcalinotérreos,como el Na2 y el CaO,no forman poliedros óxidos en la estructura
del vidrio sino que,en su lugar,tienden a romper la continuidad dela red desílice.Sería nteresante volver
al esquema de la estructura de un vidrio alcalino-silícico dela Figura 4.25.La rotura de la red da origen al
término de modificadores de red. Estos modificadores permiten que el vidrio se pueda articular más
fácilmenteal conformarlo a una temperatura dada,pero aumentan su reactividad químicaen condiciones
de servicio.Algunos óxidos como el A120 3 y el Z r0 2 no son, por sí mismos,formadores de vidrios,pero
el catión (Al3+ o Zr4+) puede sustituir al ion Si4+ de la red de tetraedros, contribuyendo por lo tanto a
estabilizar dicha red. Tales óxidos, que no son formadores ni modificadores de red, se conocen como
óxidos intermedios.
Volviendo a la Tabla 12.4, es posible considerar la naturaleza de los principales vidrios de silicato
comerciales:

4.  La sílicevitrea es Si02 de alta pureza. Vitreo es sinónimo de amorfo o no cristalino.Debido a la
ausencia de modificadores de red, puede soportar temperaturas de servicio superiores a 1000
°C. Se utiliza típicamente en crisoles de alta temperatura y ventanas de homo.
 Los vidrios deborosilicato poseen en la red una combinación depoliedros triangulares deB2O3-
y de tetraedros de SiO4 - . Añadir al vidrio en tomo al 5 por ciento en peso de Na20 leproporciona
buena conformabilidad sin sacrificar la durabilidad asociada a los óxidos formadores de vidrios.
Los borosilicatos se emplean con profusión por su durabilidad en aplicaciones tales como
recipientes para laboratoriosquímicos y utensiliosdecocina.El grueso de la industriadel vidrio
está centrado en los vidriossódico-cálcicos,con una composición deaproximadamenteel 15 por
ciento en peso de Na20 , 10 por ciento en peso de CaO y 70 por ciento en peso de S i02. La
mayoría de los vidrios de ventana y los recipientes de vidrio pueden encontrarse dentro de un
pequeño intervalo de composiciones.
 La composición del vidrio Ede la Tabla 12.4 representa una de las fibrasdevidrio más comunes.
En el Capítulo 14, será un ejemplo importante de fibra reforzante en los materiales compuestos
modernos.
 Los esmaltes cerámicos son recubrimientos de vidrio aplicados a cerámicos tales como la
alfarería y productos de arcilla. Proporcionan una superficie bastante más impermeable en
comparación con el material sin recubrimiento.Es posiblecontrolar el aspecto superficial,como
se verá en la Sección 12.5 al tratar sobre las propiedades ópticas.
 Los esmaltes metálicos son recubrimientos vitreos aplicados a los metales. Con frecuencia el
esmalte es más importante por suponer una barrera protectora contra los ambientes corrosivos
que rodean al metal que por la apariencia superficial que proporciona. Este sistema de
protección contra la corrosión se abordará en el Capítulo 19. En la Tabla 12.4 se presentan b s
recubrimientos vitreos y los esmaltes típicos. (SHACKELFORD, 2005)
VIDRIO CERÁMICAS.
La mayoría de los vidrios inorgánicos pueden transformarse desde un estado no cristalino a un estado
cristalino por el propio tratamiento a temperatura elevada.Este proceso,denominado desvitrificación,es
ordinariamente evitado ya que el vidrio desvitrificado,siendo policristalino,no es transparente. También
pueden originarse tensiones como resultado de los cambios de volumen que acompañan a las
transformaciones, resultando un producto relativamente débil.

5. Sin embargo, en algunos vidrios esta transformación de desvitrificación puede ser controlada hasta el
punto de que puede producirseun material de grano muy pequeño el cual esté librede estas tensiones
residuales;esto sedenomina a menudo una vitrocerámica.Un agente nucleante (frecuentemente dióxido
de titanio) debe ser añadido para inducirel proceso decristalización o desvitrificación.Las características
deseables de las cerámicasvítreas incluyen un coeficientede dilatación térmica pequeño, de manera que
la pieza de cerámica vítrea no experimente choque térmico; además se pueden conseguir resistencias
mecánicas y conductividades térmicas relativamente altas. Posiblemente uno de los atributos más
atractivos de esta clase de materiales es la facilidad con que pueden ser fabricados; las técnicas
tradicionales de conformación de vidrios pueden ser utilizadas convenientemente en la producción en
masa de piezas prácticamente libres de poros.
Las cerámicas vítreas son elaboradascomercialmentecon nombres comerciales como Pyroceram,Cer-Vit
y Hercuvit. Las aplicaciones más comunes de estos materiales son en artículos de cocina para utilizar en
hornos debido a su excelente resistencia al choque térmico y a su alta conductividad térmica. También
sirven como aisladores y como sustratos para placas de circuitos integrados.
FACBIRCACION:
La recristalización de un vidrio es un proceso de estabilización. Tal transformación comienza (o es
nucleada) en algunas impurezas de la frontera entre fases. En el caso de un vidrio ordinario en estado
fundido, la cristalización tenderá a nuclearseen unos pocos puntos aisladosa lo largo dela superficiedel
recipiente que contiene el fundido, seguido del crecimiento de unos cuantos cristalesdegran tamaño. La
estructura resultante es basta y no uniforme. Las vitrocerámicas se diferencian por la presencia de un
cierto porcentaje de un agente nucleante, como el 2 TiO , que proporciona una densidad de núcleos
considerablequefacilitan el proceso decristalización.Hay una cierta controversiaen torno al papel exacto
que desempeñan los agentes nucleantes como el 2 TiO . En algunos casos,parecequeel 2 TiO contribuye
como una segunda fasefinamente dispersa y vítrea de 2 2 TiO - SiO , que es inestabley cristaliza,iniciando
por tanto la cristalización del sistema completo. Para una composición dada,existen unas temperaturas
óptimas para la nucleación y crecimiento de los pequeños cristalitos.
Componentes básicos de las vitrocerámicas:
a) La sílice( 2 SiO ), es quizás el compuesto cerámico más importante, que entra en la composición
de muchos minerales de la corteza terrestre. La sílice,aisladamenteo en combinación con otros
óxidos cerámicos (formando los silicatos, recuérdese que las vitrocerámicas se basan en
aluminosilicatos) representa una gran fracción de los materiales cerámicos a disposición de los
ingenieros.
b) El aluminio es un metal común pero el óxido de aluminio ( 2 3 Al O ) es característico de una
familia completamente distinta demateriales para ingeniería:los materiales cerámicos.El 2 3 Al
O tiene dos ventajas principales sobre el aluminio:
i. Es químicamente estableen una gran variedad de ambientes severos,en los queel
aluminio se oxidaría.
ii. El 2 3 Al O tiene una temperatura de fusión significativamentemayor (2020 ºC) que
el aluminio (660 ºC) (William D., 1995)
PROCESADO DE LOS CERÁMICOS Y LOS VIDRIOS

6. La forja no existe como tal para los cerámicos, y el conformado por deformación de éstos está limitado
por su inherente fragilidad.Aunque las deformaciones en frío y en calienteno son prácticas,sedispone
de una mayor variedad de técnicas de moldeo. La colada en fusión hace referencia a un proceso
equivalente a la colada de los metales. Esta no es una técnica predominante en los cerámicos debido a
sus generalmente altas temperaturas de fusión. Algunas cerámicas refractarias de baja porosidad se
fabrican así,pero a un coste relativamentealto.El moldeo en barbotina, quese muestra en la Figura 12.2,
es una técnica más típica de procesado de cerámicos. La colada se realiza a temperatura ambiente. La
barbotina es una mezcla de polvo y agua que se vierte en un molde poroso. La mayor parte del agua es
absorbida por el molde, dejando una preforma de polvo relativamente rígida que se puede extraer del
molde.
Para conseguir un producto resistente,sedebe calentar la pieza.Al principio,el aguaabsorbida quequeda
es extraída. La calcinación sehacea temperaturas más altas, normalmente por encima de 1000°C. Como
en la pulvimetalurgia,la mayor partedela resistenciadela pieza calcinada sedebea la difusión en estado
sólido. En muchos cerámicos (especialmente la porcelana) intervienen otras reacciones a alta
temperatura. El agua químicamente combinada puede ser extraída, pueden tener lugar diversos cambios
de fasey se pueden formar importantes fases vitreas,tales como los silicatos.El sinterizado es la analogía
directa de la pulvimetalurgia.
Las altas temperaturas de fusión de los cerámicos comunes hacen que el sinterizado sea una técnica de
procesado muy extendida. Como sucede con la pulvimetalurgia,la compresión isostáticaen calienteestá
encontrando cada vez más aplicaciones en cerámicos, especialmente para proporcionar productos
completamente densos con propiedades mecánicas superiores.
Las Figuras 12.3 y 12.4 representan procesos típicos de conformado de vidrio. La naturaleza viscosa del
estado vitreo juega un papel muy importante en esta secuencia depasos deprocesado .La desvitrificación
controlada (es decir,recristalización) lleva a la formación devitrocerámicas,tema que se puso de relieve
con anterioridad . El procesado sol-gel se encuentra entre las nuevas tecnologías que se están
desarrollando más rápidamentepara la fabricación decerámicos y vidrios.En los cerámicos, este método
permite la formación de partículas uniformes y finas de alta pureza a temperaturas relativamente bajas.
Estos polvos se pueden sinterizar a continuación hasta conseguir una alta densidad con sus
correspondientes buenas propiedades mecánicas. En tales técnicas, la característica fundamental es la
formación de una disolución organometálica. La fase dispersa «sol» se convierte en un «gel» rígido, el
cual, a su vez, se reduce hasta su composición final por medio de diversos tratamientos térmicos. Una
ventaja clave del proceso sol-gel es que el producto que se forma inicialmente mediante este
procedimiento de fase líquida puede ser calcinado a temperaturas más bajas,comparadascon las delos
procesos convencionales para cerámicos. La reducción de costes por tener menores temperaturasde
calcinación puede ser significativa. (SHACKELFORD, 2005)

8. Bibliografía
SHACKELFORD,J.F. (2005). Introducción a la ciencia de materialespara ingenieros. Madrid:
pearsoneducacion.
WilliamD.,C.(1995). Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Barcelona:
reverte.