Presentacion corta hecha por estudiantes de los ceramicos

1. CERAMICOS
Materiales para la ingeniería.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACACIONAL
Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

2. INTRODUCCIÓN
Los materiales cerámicos tienen una gran variedad de aplicaciones. Como
son:
Alfarería.
Fabricación de materiales para la construcción (ladrillos, azulejos, loza,
etc.).
Aplicaciones a elevadas temperaturas.
Materiales refractarios.
Aplicaciones eléctricas y electrónicas como materiales aislantes.
Substratos semiconductores.
Imanes, materiales ferro eléctricos o piezoeléctricos.

3. Son materiales que conjugando
sus propiedades permiten su
aplicación industrial por su
elevada tenacidad.
¿Qué es un material cerámico?
Un material cerámico es un
compuesto inorgánico que consiste
en un metal (o semimetal) y uno o
más no metales. La palabra cerámica
proviene del griego keramos, que
significa arcilla de vasijas o trastos
hechos de barro cocido.

4. CERÁMICOS COMO MATERIALES PARA LA
INGENIERÍA.
• La importancia de los cerámicos como materiales de la
ingeniería se deriva de su abundancia en la naturaleza y sus
propiedades mecánicas y físicas, que son muy diferentes de
las de los metales.

5. Las propiedades generales que hacen a
los materiales cerámicos útiles para los
productos de ingeniería son:
La alta dureza.
Características buenas de aislamiento
térmico y eléctrico.
Estabilidad química y temperaturas de
fusión elevadas.
Algunos cerámicos son traslúcidos como el
vidrio para ventanas.
También son frágiles y virtualmente no
poseen ductilidad, lo que causa problemas
tanto en su procesamiento como en su
desempeño.

6. IMPORTANCIA TECNOLÓGICA Y COMERCIAL
DE LOS CERÁMICOS.
La importancia tecnológica y comercial de los materiales
cerámicos queda demostrada por la variedad de productos y
aplicaciones que se basan en esa clase de materiales. La lista
incluye los siguientes:
• Productos de arcilla para la construcción, tales como
ladrillos, tubos de arcilla y mosaicos para la construcción.
• Cerámicos refractarios, capaces de utilizarse en
aplicaciones de alta temperatura tales como muros de
hornos, crisoles y moldes.
• Cemento para concreto, se emplea para la construcción y
carreteras (el concreto es un material compuesto, pero sus
componentes son materiales cerámicos).
• Productos de línea blanca, incluyen vajillas, cerámica de
gres, porcelana china, fina y otros artículos de mesa, con
base en mezclas de arcilla y otros minerales.

7. • Vidrio, se utiliza en botellas, anteojos, lentes, cubiertas
para ventanas y focos.
• Fibras de vidrio, para lana aislante térmica, plásticos
reforzados (fibra de vidrio) y líneas de comunicación de
fibras ópticas.
• Abrasivos, tales como óxido de aluminio y carburo de
silicio.
• Herramientas para cortar materiales, que incluyen
carburo de tungsteno, óxido de aluminio y nitruro de boro
cúbico.
• Aislantes cerámicos, que se emplean en aplicaciones
tales como componentes de transmisión eléctrica,
encendedores y sustratos de chips para la
microelectrónica.
• Cerámicos magnéticos, por ejemplo, en memorias de
computadora. Combustibles nucleares, con base en óxido
de uranio (UO2).
• Biocerámicas, incluyen materiales que se usan para hacer
dientes y huesos artificiales.

8. PROPIEDADES DE LOS CERÁMICOS.
Propiedades
Mecánicas.
Duros.
Frágiles.
“Ligeros”
Alta resistencia a
comprensión.
Deformables a
elevadas
temperaturas.
Propiedades
Eléctricas.
 Tienen baja
constante
eléctrica.
 Malos
conductores.
Propiedades Térmicas.
 Bajas
conductividades
térmicas
 Expansiones térmicas
relativamente altas.
 Son susceptibles en
especial a fallas de
ese tipo.

9. LAS PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS DE
LOS CERÁMICOS.
Los materiales cerámicos son rígidos y frágiles, muestran un comportamiento esfuerzo-
deformación caracterizado como perfectamente elástico. Como se ve en la tabla 7.2, los
módulos de dureza y elasticidad de muchos materiales cerámicos nuevos son mayores que
los de los metales.

10. CLASIFICACIÓN DE LOS CERÁMICOS.
Para fines de organización, los materiales cerámicos se clasifican en tres tipos básicos:
1. Cerámicos tradicionales, silicatos que se emplean en productos de arcilla tales como
vasijas y ladrillos, abrasivos comunes y cemento;
2. Nuevos cerámicos,creados recientemente con base en materiales que no son
silicatos, tales como óxidos y carburos, y que por lo general poseen propiedades
mecánicas o físicas que los hacen superiores o únicos si se les compara con los
cerámicos tradicionales;
3. Vidrios, con base sobre todo en sílice y que se distinguen de otros cerámicos por su
estructura no cristalina.
Además de los tres tipos básicos, se tienen vidrio-cerámicos, vidrios que han sido
transformados en una estructura cristalina grande por medio del tratamiento térmico.

11. 1. CERÁMICOS TRADICIONALES
Estos materiales se basan en silicatos minerales, sílice y óxidos minerales. Los
productos principales son el barro cocido (vasijas, vajillas, ladrillos y mosaicos),
cemento y abrasivos naturales tales como la alúmina. Estos productos, y los procesos
que se utilizan para fabricarlos, se remontan a miles de años,

12. MATERIAS PRIMAS
Los silicatos minerales, tales como las arcillas de distintas composiciones, y el sílice,
como el cuarzo, se encuentran entre las sustancias más abundantes en la naturaleza, y
constituyen las materias primas principales de los materiales cerámicos tradicionales.
Estos compuestos sólidos cristalinos se formaron y mezclaron en la corteza terrestre a
lo largo de millones de años, por medio de procesos geológicos complejos,
Las arcillas son las materias primas que se emplean más en los
cerámicos. Consisten en partículas finas de silicatos de aluminio
hidratados que se transforman en una sustancia plástica deformable y
moldeable si se les mezcla con agua.

13. MATERIAS PRIMAS
Las arcillas son las materias primas que se emplean más en los cerámicos.
Consisten en partículas finas de silicatos de aluminio hidratados que se
transforman en una sustancia plástica deformable y moldeable si se les mezcla
con agua.

14. DOS PRINCIPALES GRUPOS
TRADICIONALES AVANZADOS

15. CERÁMICOS
TRADICIONALES
ARCILLA
REFRACTARIOS
LINEA BLANCA
ABRASIVOS
HERRAMIENTAS
AISLANTES

16. CERÁMICOS TRADICIONALES
ARCILLA
Naturales, versátiles y duraderos.
se convierte en un material fuerte y
denso cuando se calienta a una
temperatura elevada

17. USOS
• Ladrillos
• Tubos de arcilla
• Mosaicos para la construcción
• Utilizadas en la manufactura de
cementos, como fuente de alúmina y
sílice

18. CERÁMICOS TRADICIONALES
REFRACTARIOS
Resistencia a bajas y altas temperaturas,
además de su densidad elevada,
aislamiento térmico y resistencia a la
reacción química
• Refractarios fire clay (hornos, asadores)
• Refractarios con alto % alumina (chimeneas y ejes
de altos hornos)
• Ladrillos de silica (industria vidriera)
• Refractarios de zirconia

19. USOS
• Como muros de hornos
• Crisoles
• Moldes.

20. LINEA
BLANCA
CERÁMICOS TRADICIONALES
Capacidad de aislar la
temperatura y fragilidad
superficie translúcida

21. USOS
• Vajillas
• Cerámica de gres
• Porcelana china fina
• Artículos de mesa

22. CERÁMICOS TRADICIONALES
ABRASIVOS
Materiales duros y fuertes
utilizados para desgastar otros
materiales menos resistentes
• óxido de aluminio
• carburo de silicio

23. PIEDRAS
ABRASIVAS
LOS MATERIALES CERÁMICOS
TRADICIONALES PARA PIEDRAS DE ESMERIL Y
PAPEL LIJA SON LA ALUMINA Y CARBURO DE
SILICIO
LAS PARTICULAS ABRASIVAS SE DISTRIBUYEN
EN LA PIEDRA USANDO UN MATERIAL
AGLUTINANTE COMO EL SHELLAC

25. CERÁMICOS TRADICIONALES
HERRAMIENTAS
• Dureza.
• Baja fricción.
• Resistencia al desgaste.
• Resistente a los
ciclos/impactos térmicos.
• Resistencia eléctrica.
• carburo de tungsteno
• óxido de aluminio
• nitruro de boro cúbico

26. USOS
Recubrimientos en herramientas para un
incremento de la resistencia a la
corrosión, al desgaste y a la abrasión,
con un cambio dimensional mínimo.
Componentes en contacto con el hilo
que requieren una elevada resistencia al
desgaste
Bombas expuestas a productos
petroquímicos
Componentes de extrusión de las
tuberías de PVC

27. CERÁMICOS TRADICIONALES
AISLANTES
Elevada constante dieléctrica almacenamiento de
energía en condensadores.
Aplicaciones en aparatos electrónicos.
En transductores los cerámicos sirven para detectar
una diferencia de potencial producida por una
distensión mecánica.

28. CERAMICOS AVANZADOS
ÓXIDOS NO ÓXIDOS
ALÚMINA
CIRCONIA
CARBUROS
NITRUROS
BORUROS

29. CERAMICOS AVANZADOS
ALÚMINA CIRCONIA
Baja conductividad, alta
resistencia eléctrica, uniforme
expansión térmica, alta
resistencia a la ruptura.

30. USOS
• Campo de investigación
• Obtención de
biomateriales útiles en la
fabricación y la fijación
de implantes óseos y
dentales.
• prótesis de oído, dedos y
cadera

31. CERAMICOS AVANZADOS
CARBUROS
Dureza y resistencia al desgaste en
herramientas
de corte y resistencia a la oxidación
Cada carburo debe combinarse con
un aglutinante metálico
Los carburos cerámicos
incluyen Carburos de silicio
• Tungsteno (WC)
• Titanio (TiC)
• Tantalio (TaC)
• Cromo (Cr3C2)

32. USOS
• Componentes resistentes al desgaste de
diversa maquinaria.
• Rodamientos
• Componentes de turbinas de gas que
operan a alta temperatura
• Resistencias de hornos
• semiconductores
• Industria de protección y armamento

33. NITRUROS
CERAMICOS AVANZADOS
Ideal como recubrimiento de
superficies de herramientas de corte,
resistencia al desgaste y bajo coeficiente de
fricción
• Silicio (Si3N4)
• Boro (BN)
• Titanio (TiN)

34. USOS
• Cilindros y rodillos en bombas
de diésel de alta presión
• Válvulas de bola
• Industria del papel
(componentes que trabajan en
condiciones muy abrasivas,
ácidas)
• Industria metalúrgica : rodillos
de doblado, de compresión y de
trefilado en la industrial del Cu

35. BORUROS
CERAMICOS AVANZADOS
• Di borato de Titanio
• Boruro de itrio
• Boruro de lantano
Conductividad eléctrica elevada
Alta resistencia mecánica a la
flexión
Fácil oxidación

36. VIDRIO
Definición
es un compuesto inorgánico,
no metálico (o mezcla de
compuestos) que se enfría
hasta adquirir una condición
rígida sin cristalizar; es un
cerámico que como material
sólido está en estado vítreo.

37. VIDRIO DE SÍLICE
• Por lo general los productos están formados de 50% a 75% de sílice
• El mejor formador de vidrio es el SiO2 (silicato).
• Posee un coeficiente de expansión térmica muy bajo (Manipulable)
-Ablandamiento aproximadamente a los 730°C.
-Dureza de 470 HK.
-Resistencia a la compresión. Oscila entre 800-100 MPa (megapascal)
-Elasticidad del vidrio. Posee una resistencia a la elasticidad de 70.000
MPa.
-Resistencia a la flexión 45 MPa.

38. Se observa que: La adición de sosa caustica puede reducir la
temperatura de fusión de sílice

39. Productos del
vidrio
Vidrio para
ventanas
Cal
Sosa caustica
Envases
Optimizan
proporciones
de la cal y sosa
La cal facilita
fluidez
La reducción
de la sosa
disminuye
inestabilidad
Vidrio para
focos
Contenido alto
de sosa y bajo
de cal además
magnesio y
alúmina
Vidrio de
laboratorio
Vycor
Pyrex
Vidrios ópticos
Vidrio al boro
Vidrio al plomo
Fibras de
vidrio
Lana de vidrio
Fibra óptica

41. SECUENCIA DEL PROCESADO DEL VIDRIO
Preparación y
fundición de la
materia prima
Conformación
tratamiento
térmico.
*El vidrio puede
ser reciclado y
puede ahorrar
100 litros de
combustible por
cada tonelada de
vidrio

42. PREPARACIÓN Y FUNDICIÓN
• El sílice proviene del cuarzo
de la arena natural
• Lavado: quita las impurezas
• Clasificarse: agrupar los
granos según su tamaño
• Hornos para fundir vidrio
• hornos de vasija
• tanques superficiales
• hornos de tanque continuo
• hornos eléctricos
La temperaturas de fundición del
vidrio son de 1500 °C a 1600°C.
Tarda de 28 a 48 horas

43. PROCESOS DE CONFORMACIÓN
• Procesos discretos
• Procesos continuos
• Procesos para la producción de fibras
Giro de piezas en forma de
embudo
Prensado de una pieza plana
de vidrio.

44. Secuencia de
conformación
por medio de
soplar y soplar
Secuencia de
formado de
prensado y
soplado

45. Rolado de
vidrio plano
Proceso de
flotación para
producir hojas
de vidrio.

46. tirado
de tubos de vidrio con
el proceso Danner
Obtención de
fibras
de vidrio
continuas.

47. TRATAMIENTO TÉRMICO
• Recocido
• involucra calentar el vidrio a
temperatura elevada y mantenerlo así
durante cierto periodo
• Vidrio templado
• vidrio que se recalienta hasta casi su
temperatura de reblandecimiento y
luego se enfría rápidamente en aire para
introducir esfuerzos de compresión
cerca de su superficie.
Acabado: esmerilado, pulido y corte

48. PROCESAMIENTO DE CERÁMICAS

49. PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS:
Su consistencia determinará la facilidad para formar
el material y la calidad del producto final.
Las materias primas se encuentran en la naturaleza
como terrones rocosos y esos se reducirán a polvo.
Las técnicas para reducir el tamaño de las partículas
aportan varias formas de energía mecánica como
son impacto, compresión y frotamiento
Requieren que el material inicial tenga forma
pasta plástica de una compuesta de finos polvos cerámicos
mezclados con agua.

50. Pulverización: Se distinguen dos tipos generales de operaciones de pulverización: Triturado y
molienda.
Triturado:
Ruptura de grandes trozos provenientes de la mina en tamaños más pequeños.
Se requieren de varias etapas ejemplo triturado primario y secundario.
El triturado se realiza por compresión contra superficies rígidas o por impacto de éstas con
movimiento restringido

51. Molinos de martillos:
Trituradores de quijadas: Trituradores giratorios: Trituradores de rodillos:

52. Molienda: Reducir piezas pequeñas después del triturado a polvos finos.
Molino de balines Molino de rodillos Molino de impacto

53. La pasta requerida consiste en polvos que se
mezclan con agua, la arcilla es el ingrediente
principal de la pasta.
Los ingredientes de la pasta cerámica se pueden
dividir en:
• Arcilla: Que proporciona la consistencia y
plasticidad.
• Materias primas no plásticas: Como alúmina y
sílice (no se enogen durante el secado y el
cocido).
• Otros ingredientes: Tales como fundentes, que
promueven la sinterización del material cerámico.
Y agentes humectantes.

54. Proceso de formado:
Al disminuir el contenido de agua es necesario
aumentar la presión sobre la pasta para producir un
flujo similar. Los procesos se dividen en base al
contenido de agua que tiene la pasta.
Con cerca del 50% de agua, la mezcla es una
pasta aguada que fluye como líquido.

55. Fundición o vaciado deslizante (25 a 40% de agua):
Se vacía una suspensión de polvos cerámicos en
agua, llamada pasta líquida, dentro de un molde
poroso de yeso. Donde el agua de la mezcla es
absorbida por el yeso de forma gradual y se forma
una capa de arcilla firme en la superficie del molde.
El vaciado drenado:
El molde se invierte para drenar el exceso de pasta
líquida, después de que se formó la capa semisólida,
dejando una parte hueca en el molde, se abre
después y se remueve la parte; se hacen jarras de
té, vasos, objetos de arte).

56. Secado: Debido a que cuando se contrae la pieza (debido a
que el agua se evapora) puede generar grietas.
En el secado, el agua empieza a disminuir y el
volumen disminuye.
La velocidad de secado es rápida y
constante debido a que el agua de la
superficie se evapora y el agua
interior emigra.
La humedad se reduce hasta que los
granos cerámicos han quedado en
contacto y ocurre poca o ninguna
contracción.

57. Cocimiento (sintetizado):
La pieza fresca carece de dureza y de resistencia.
Es un proceso de tratamiento térmico que sintetiza al
material cerámico y se realiza en un horno
cerámico. Se desarrollan uniones entre los granos
cerámicos y se reduce la porosidad. Ocurre una
nueva contracción en el material.

58. La secuencia de manifactura para las nuevas
cerámicas se puede resumir:
1. Preparación de materiales iniciales.
2. Formado
3. Sinterizado
4. Acabado
Algunos detalles cambian con respecto a los
cerámicos tradicionales.
Procesamiento de cerámicas nuevas:

59. Formado:
1. Prensado caliente: (Similar al prensado en seco).
Sólo que se lleva a temperaturas elevadas.
2. Prensado isostático: Presión hidrostática para
compactar los polvos cerámicos en todas las
direcciones, evitando la falta de uniformidad.
3. Procesos de bisturí: Para hacer láminas delgadas
de material cerámico.
4. Moldeo por inyección de polvos. Las partículas
cerámicas se mezclan con un polímero
termoestable que actúa como portador y que
proporciona las características apropiadas de
flujo de temperatura de moldeo. La mezcla se
calienta y se inyecta en la cavidad de un molde.
Sólo se abre el molde y se retira la pieza.

60. Acabado:
Algunas veces requiere de acabado.
1. Incrementar la precisión de la dimensión
2. Mejorar el acabado de la superficie
3. Hacer cambios menores en la forma de la pieza
Involucran generalmente esmerilado y otros
procesos abrasivos. Se necesita herramienta de
diamante para cortar los materiales endurecidos.
Sinterizado:
1. Unir los granos individuales en una masa sólida
2. Incrementar la densidad
3. Reducir o eliminar la porosidad.

61. CONCLUSIONES
Los materiales cerámicos tienen propiedades especiales que los hacen atractivos
para los diseñadores. Los materiales cerámicos son más resistente en compresión
que a la tensión (por lo tanto deben de usarse más para este tipo de carga). Las
cerámicas son frágiles no son dúctiles. Para su proceso los materiales cerámicos
deben de evitarse hacer con canales o muescas, debido a que pueden ayudar a
que el material falle. Se debe evitar las roscas en las piezas cerámicas, debido a
que pueden ocasionar concentración de esfuerzos y esto hacer que falle. Los
materiales cerámicos son muy importantes para la ingeniería, debido a su fragilidad
y que pueden ser aún más resistentes que algunos metales o materiales dúctiles, es
importante también delimitar el uso de éstos para su fabricación