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E.P.S. LA MILANERA UBU 
MATERIALES 
CERÁMICOS 
AVANZADOS 
G.I.E.‐Nuevos materiales de aplicación en 
construcción. 
Rodrigo Rivas Diez 
25/04/2012 
Trabajo realizado para la asignatura de nuevos materiales aplicados a la construcción.
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. 
Rodrigo Rivas Diez 
1 
MATERIALES CERÁMICOS 
AVANZADOS 
INDICE: 
1º Introducción ..................................................................................... pág2. 
2º Materias primas ................................................................................ pág2. 
3º Elaboración y estructura molecular .................................................. pág3. 
4º Tipos de materiales cerámicos avanzados y usos ............................ pág10. 
5º Aplicaciones de materiales cerámicos avanzados en construcción . pág16. 
6º Bibliografia. ................................................................................ pag17.
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. 
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2 
1º Introducción. 
El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa 
quemada”, indicando de esta manera que las propiedades deseables de estos materiales 
generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se 
denomina cocción. 
Los materiales cerámicos tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas. 
Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general son 
duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tiene baja conductividad eléctrica y térmica, 
buena estabilidad química y térmica y elevada resistencia a la compresión. 
Una tecnología moderna de rápido crecimiento es la de los materiales cerámicos 
avanzados, también llamados materiales cerámicos estructurales. Estos fueron utilizados 
por primera vez en 1971 para aplicaciones a alta temperatura en tuberías de gas que 
funcionaban a 2506°C. En la fabricación de estas piezas se utilizaron nitruro de silicio y 
carburo de silicio. 
Los materiales cerámicos avanzados aportan a los materiales cerámicos tradicionales 
propiedades eléctricas, dieléctricas, magnéticas, ópticas, mecánicas, térmicas; estas 
propiedades se unen a las propiedades que ya de por si tienen los materiales cerámicos. 
2º Materias primas. 
Las materiales primas empleadas para la producción de materiales cerámicos son por lo 
general muy abundantes en la naturaleza. En el caso de los materiales cerámicos 
avanzados la materia prima empleada en su producción es similar a la materia prima de 
las cerámicas tradicionales, a las cuales les daremos un tratamiento específico expuesto en 
el apartado siguiente. 
Estas materias primas son: 
Arcillas 
Feldespatos 
Arenas 
Feldespáticas 
Caolines
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3 
3º Elaboración y estructura molecular. 
3.1.- Elaboración 
El objetivo de la producción normalmente es obtener un producto sólido con una 
determinada forma como pueden ser películas, fibras o monolitos con una 
microestructura específica. Se puede observar en la tabla 3.1 que los métodos de
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
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4 
fabricación se pueden dividir en tres grupos fundamentales. 
Tabla 3.1 fuente Rahaman, M.N., Ceramic processing and sintering. 
Esta división está determinada fundamentalmente por el estado en que se pueden 
encontrar los materiales de partida en fase gaseosa, una fase líquida, o una fase sólida. 
Reacciones en fase gaseosa: 
 Deposición de vapor química. 
 Oxidación metálica directa. 
 Reacción de enlace. 
Deposición de vapor química: 
La deposición de vapor química, cuyas siglas en inglés son CVD (Chemical vapor 
deposition) es un proceso donde las moléculas de los reactantes en fase gaseosa son 
transportadas a una superficie para que reaccionen químicamente y formen una película 
sólida. Es una técnica bien conocida que puede usarse para depositar todos tipos de 
materiales, incluyendo metales, cerámicas y semiconductores con una variedad de 
aplicaciones. Pueden cubrirse grandes áreas y el proceso es sencillo de aplicar en la 
producción. Se logran películas espesas o incluso cuerpos monolíticos básicamente 
prolongando el proceso de la deposición para que el espesor deseado sea logrado [13]. El 
equipamiento usado en el CVD depende de la reacción a usar, la temperatura reacción, y 
el diseño del substrato. La característica principal de cualquier quipo es proporcionar una 
exposición uniforme del substrato a los gases reactantes. El proceso CVD tiene varias 
variables que deben controlarse para producir un depósito con las propiedades deseadas. 
Estas variables incluyen control de flujo de los gases reactantes, la naturaleza y proporción 
de flujo de cualquier portador gaseoso, la presión en el recipiente donde ocurre la 
reacción, y la temperatura del substrato. 
Oxidación metálica directa: 
La oxidación metálica directa es una vía de fabricación que involucra las reacciones entre 
un gas y un liquido y que generalmente para las producción de cuerpos cerámicos es 
poco practica porque los productos de la reacción comúnmente forman una capa 
refractaria sólida lo que provoca la separación de los reactantes y detiene la síntesis. Sin
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embargo un método nuevo que emplea directamente la oxidación del metal por un gas 
ha sido desarrollado por la corporación norteamericana Lanxide para la producción de 
materiales porosos y densos. Este método ha sido usado para la producción de 
compuestos con matrices de óxidos, pero también nitruros, boruros, carburos y titanatos. 
Una ventaja del método es el crecimiento de la matriz dentro de las preformas sin que 
pueda cambiar las dimensiones iniciales y que los problemas asociados con el 
encogimiento durante la densificación en otras vías de fabricación se evitan. Además, 
pueden producirse con rapidez grandes componentes con un buen control de las 
dimensiones. 
Reacción de enlace: 
La reacción de enlace o (reacción de formación) es comúnmente usada para describir las 
vías de fabricación donde una preforma sólida porosa reacciona con un gas (o un 
liquido) para producir el compuesto químico deseado y unido entre los granos. 
Normalmente, el proceso se acompaña por un pequeño encogimiento de la preforma lo 
que facilita que puedan lograrse pequeñas tolerancias dimensionales para el cuerpo 
construido. La reacción de enlace se usa como una de las vías de fabricación en gran 
escala para el Si3N4 y SiC [14, 15]. Un ejemplo de aplicación lo constituye la obtención 
del SiC [16]. Una mezcla de partículas de SiC (5-10 (m), carbón y un aglomerante 
polimétrico es conformada en un cuerpo verde por presión, extrusión o inyección a 
presión. En algunos casos las partículas de carburo de silicio y una resina de conformado 
base carbón son usados como mezclas iniciales. El aglutinante o la resina es quemada por 
fuera y el carbón se llena de microporos por la pirolisis, después estos poros son 
infiltrados con silicio liquido a temperaturas por encima del punto de fusión del Si (1410 
oC) 
5 
Reacciones en fase liquida: 
 Proceso sol-gel. 
 Pirolisis polimérica. 
Proceso sol-gel: 
En el proceso sol-gel, una solución de compuestos metálicos o una suspensión de 
partículas muy finas en un liquido (referido como "sol") es convertido dentro de una masa 
de muy alta viscosidad (referido como "gel"). Dos procesos sol-gel pueden encontrarse 
dependiendo en si de la solución p "sol" usada. comenzando con un "sol", la gelificación 
del material consiste en partículas coloidales identificables que se han unido por las 
fuerzas superficiales en formar de una red. 
Cuando es usada una solución de compuestos orgánicos-metálicos la gelificación del 
material en muchos casos consiste en una red de cadenas poliméricas formada por la 
hidrólisis y la condensación de las reacciones. 
Pirolisis polimérica:
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La pirolisis polimérica se basa en la descomposición pirolítica de compuestos poliméricos 
metal-orgánicos para la producción de cerámicas. Los polímeros usados en este proceso 
son comúnmente llamados "polímeros precerámicos" y en ellos constituyen los 
precursores de las cerámicas. Al contrario de los polímeros orgánicos convencionales 
(por ejemplo, polietileno), qué contiene una cadena de átomos de carbono, la cadena 
central en los polímeros precerámicos contiene otros elementos además del carbono (el 
ej., Si, B, y N). La pirolisis de los polímeros produce una cerámica que contiene algunos 
elementos presentes en la cadena. La pirolisis polimérica es conocida como una amplia 
vía para la producción de materiales de carbono como por ejemplo fibras a partir de 
polyacrylonitrile a partir de la pirolisis de los polímeros de carbono[19, 20]. Las 
posibilidades de obtención de cerámicas a partir de polímeros metal-orgánicos fue 
reconocida hace varios años y un alto interés se genero a mediado de la década del 70 
cuando se obtuvo fibras con un alto contenido de SiC reportado por Yajima. La vía de 
pirólisis ha sido el más eficazmente aplicado a la producción fibras cerámicas de 
monóxidos, en particular, fibras de dos cerámicas basadas en silicio, SiC y Si3N4, y a un 
grado más limitado al BN y B4C. 
6 
Reacciones a partir de polvos: 
 Fundición continúa. 
 Sinterización de polvos compactados. 
Estas vías involucran la producción del cuerpo deseado a partir de la fusión de sólidos 
finamente dividido (es decir, polvos) por la acción de calor. Esto da lugar a dos métodos 
ampliamente usados para la fabricación de cerámicas: (1) fundición seguida por la 
conformación de la forma, simplemente referida como fundición continua, y (2) 
sinterizado de polvos compactados. 
Fundición continúa: 
El método de fundición continua involucra fundir un lote de materias primas (en forma 
de polvos), seguido por la conformación del cuerpo por alguno de los diferentes métodos 
que incluyen la fundición, roleado, prensado, soplando e hilado. Para las cerámicas la 
cristalización es relativamente fácil, la solidificación de lo fundido es acompañada por una 
rápida nucleación y crecimiento de cristales en granos. El crecimiento incontrolado de los 
granos es generalmente un problema severo que afecta en la producción de cerámicas 
con indeseables propiedades como por ejemplo disminuye la resistencia. Otros 
problemas en muchas cerámicas que tienen un alto punto de fusión como por ejemplo el 
ZrO2 (˜ 2600 oC) se descompone antes que fundirse. Esto provoca que este método se 
limite a la fabricación de vidrios. 
La sinterización de polvos compactados puede ser usado para la producción de vidrios y 
de cerámicas policristalinas, en la practica es muy poco usado para los vidrios por la 
posibilidad de usar métodos mas económicos, sin embargo este método es el de mayor 
uso para la fabricación de materiales cerámicos. 
Los pasos del proceso se muestran en la figura 3.1 en forma simple, estos incluyen la 
consolidación de una masa de partículas finas (polvos) en forma porosa, polvos
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7 
compactados en forma de un cuerpo específico (cuerpo verde), el cual cuando es 
quemado o sinterizado para producir un producto denso. 
Fig 3.1.- Esquema de la sinterización de polvos compactados.
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8 
3.2 Estructura molecular de los materiales cerámicos. 
Existen dos características que componen los materiales cerámicos cristalinos que 
determinan la estructura cristalina: el valor de la carga eléctrica de los iones componentes 
y los tamaños relativos de los cationes y aniones. 
El cristal debe ser eléctricamente neutro, o sea todas las cargas positivas de las cationes 
deben ser equilibradas por un número igual de cargas negativas de los aniones.
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
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Los tamaños de los radios iónicos de los cationes y aniones, rc y rA respectivamente. 
Puesto que los elementos metálicos proporcionan electrones al ser ionizados, los cationes 
son generalmente menores que los aniones, por tanto el cociente rc / rA es menor que la 
unidad. 
Las estructuras estables de los materiales cerámicos se forman cuando los aniones que 
rodean un catión están todos en contacto con el catión tal como se ilustra en la figura: 
Configuraciones estables e inestables de la coordinación entre aniones y cationes 
Estructura del Cloruro Sódico 
Un gran número de materiales cerámicos, incluyendo el CaO, el MgO, MnS, NiO, 
MnO, FeO, y el HfN poseen la estructura del cloruro de sodio, esta estructura es del tipo 
AX posee un número de coordinación tanto para los cationes y los aniones de 6, por 
consiguiente, el cociente del radio del catión y del anión esta comprendido entre 0,414 y 
0,732. 
Estructura cristalina del Cloruro de Cesio 
El número de coordinación es 8 para ambos tipos de iones. El intercambio de las 
posiciones de los iones positivos y negativos reduce la misma escritura. Esta no es una 
estructura cúbica centrada en el cuerpo puesto que distintos tipos de iones ocupan los 
puntos de la red 
Estructura Cristalina del Sulfuro de Zinc 
La estructura de la blenda de la blenda de zinc es típica del ZnS, del BeO, del SiC y del 
ZnTe. Tiene estructura cristalina del tipo AX, en la cual el número de coordinación es 4; 
o sea, todos los iones están con coordinación tetraédrica. Se denomina estructura de la 
blenda o de la escalerita, lo cual corresponde al nombre dado al mineral de sulfuro de 
zinc. 
Estructura cristalina de la Fluorita 
El CaF2, el ThO2, el CeO2, el UO2, el ZrO2, el PuO2, y el HfO2, tienen la estructura 
de la florita, estos compuestos se destacan por la fórmula química AmXp, donde m y/o p 
9
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son diferentes de 1. El cociente de radios iónicos rC/rA para el CaF2 es alrededor 0.8, lo 
cual, según la tabla 1, corresponde a un número de coordinación de 8. 
Estructura Perovskite 
Se encuentra en varios cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. 
En este tipo de celda están presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo 
están los iones de bario, los iones de oxígeno llenarán los sitios centrados en las caras y 
los iones de titanio ocuparán los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celda 
unitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como 
transductores. 
Estructura de espinel 
La estructura del espinel típica del MgAl2O4, tiene una celda unitaria que se puede 
visualizar como una formación de ocho cubos más pequeños. En cada uno de estos 
cubos menores se localizan iones de oxígeno en las posiciones normales de una red 
cúbica centrada en las caras. Dentro de los cubos pequeños hay cuatro sitios intersticiales 
octaédricos y ocho sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan tres. 
En espinel normal los iones bivalentes (como el ma2+) ocupan sitios tetraédricos y los 
triviales (como el Al3+), los octaédricos. En los espineles inversos, el ion bivalente y la 
mitad de los iones triviales se localizan en los sitios octaédricos. Esta estructura la tiene 
muchos cerámicos eléctricos y magnéticos importantes, incluyendo el Fe3O4. 
Grafito 
Al grafito, una de las formas cristalinas del carbono, alguna veces se le considera material 
cerámico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de átomos metálicos 
y no metálicos. El grafito tiene una estructura hexagonal por capas y se utiliza como 
material refractario, como lubricante y como fibra. 
10 
4º Tipos de materiales cerámicos avanzados y usos 
 4.1.- Materiales cerámicos avanzados. 
 4.2.- Clasificación por propiedades. 
 4.2.1.- Materiales refractarios. 
 4.2.2.- Otros materiales cerámicos y sus propiedades. 
 4.2.3.- Vidrios. 
4.1.- Materiales cerámicos avanzados:
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
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Los cerámicos avanzados incluyen los carburos, los boruros, los nitruros y los óxidos. 
Generalmente estos materiales se seleccionan tanto por sus propiedades mecánicas como 
físicas a altas temperaturas. 
Un extenso grupo de cerámicos avanzados se usa en aplicaciones no estructurales, 
aprovechando sus únicas propiedades magnéticas, electrónicas y ópticas, su buena 
resistencia a la corrosión a alta temperatura, su capacidad de servir como sensores en la 
detección de gases peligrosos y por ser adecuados para dispositivos de prótesis y otros 
“componentes de repuesto para el ser humano”. 
11 
 La Alúmina(Al2O3): 
Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere 
buena resistencia. 
 El Nitruro De Aluminio(AIN): 
Proporciona un buen aislante eléctrico, pero tiene alta conductividad térmica. Dado que 
su coeficiente de expansión térmica es similar al del silicio, el AIN es un sustituto 
adecuado del Al2O3 como material de sustrato para circuitos integrados.
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12 
 El Carburo De Boro(B4C): 
Es muy duro y aún así extraordinariamente ligero. Además de su utilización como 
blindaje nuclear, encuentra uso en aplicaciones que requieren excelente resistencia a la 
abrasión, como parte en placas blindadas. 
 El Carburo De Silicio(SiC): 
tiene una resistencia a la oxidación extraordinaria a temperatura incluso por encima del 
punto de fusión del acero. A menudo el SiC se utiliza como recubrimiento para metales, 
para compuestos de carbono y otros cerámicos a temperaturas extremas. 
 El Nitruro De Silicio(Si3N4): 
Son candidatos para componentes de motores automotrices y de turbina de gas, 
permitiendo temperaturas de operación más elevadas y mejores eficiencias de 
combustible, con menor peso que los metales y aleaciones tradicionales.
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13 
 El Sialón: 
Se forma cuando el aluminio y el oxígeno reemplazan parcialmente al silicio y al 
nitrógeno en el nitruro de silicio. Es relativamente ligero, con un coeficiente de expansión 
térmica bajo, buena tenacidad a la fractura, y una resistencia superior a la de muchos de 
los demás cerámicos avanzados comunes. El sialón puede encintrar aplicaciones en 
componentes para motor y otras aplicaciones, que a su vez involucran altas temperaturas 
y condiciones severas de desgaste. 
 El Boruro De Titanio(TiB2): 
Es un buen conductor de la electricidad y del calor. Además tiene excelente tenacidad. El 
TiB2, junto con el carburo de silicio y la alúmina, son aplicaciones en la producción de 
blindajes. 
 La Urania(UO2): 
Utilizado como combustible de reactores nucleares.
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14 
4.2.- Clasificación por propiedades. 
4.2.1.- MATERIALES REFRACTARIOS 
Son componentes importantes del equipo utilizado en la producción, refinación y manejo 
de metales y vidrios. Los refractarios deben soportar altas temperaturas sin corroerse o 
debilitarse por el entorno. Los refractarios típicos están compuestos por diversas 
partículas gruesas de óxido aglutinadas con un material refractario más fino. Este segundo 
material se funde al hornearse y proporciona la unión. En algunos casos, los ladrillos 
refractarios contienen aprox. de 20 a 25% de porosidad aparente, a fin de conseguir un 
mejor aislamiento térmico. 
Los refractarios se dividen en tres grupos (con base en su comportamiento químico): 
 Ácidos. 
 Básicos. 
 Neutros. 
Refractarios ácidos: 
Incluyen las arcilla de sílice, de alúmina y refractarios de arcilla. El sílice puro a veces se 
utiliza para contener metal derretido. Los refractarios de arcilla por lo general son 
relativamente débiles, pero poco costosos. Contenidos de alúmina por arriba de aprox. 
50% constituyen los refractarios de alta alúmina. 
Refractarios Básicos: 
Varios refractarios se basan en el MgO(magnesia o periclasa) El MgO puro tiene un 
punto de fusión alto, buena refractariedad buena resistencia al ataque por los entornos 
que a menudo se encuentran en los procesos de fabricación de acero. Típicamente, los 
refractarios básicos son más costosos que los refractarios ácidos. 
Refractarios Neutros: 
Normalmente incluyen la cromatina y la magnesita, pueden ser utilizados para separar 
refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que uno ataque al otro. 
Refractarios Especiales: 
El carbono, el grafito, es utilizado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente 
cuando no hay oxígeno fácilmente disponible. Estos materiales refractarios incluyen la 
circonia (ZrO2), el circón (ZrO2.SiO2) y una diversidad de nitruros, carburos y boruros. 
4.2.2.- OTROS MATERIALES CERÁMICOS Y SUS APLICACIONES.
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
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Rodrigo Rivas Diez 
Cementos: 
En un proceso conocido como cementación, las materias primas cerámicas se unen 
utilizando un aglutinante que no requiere horneado o sinterizado. Una reacción química 
convierte una resina líquida en un sólido que une las partículas. En el caso del silicato de 
sodio, la introducción de gas CO2 actúa como catalizador para deshidratar la solución de 
silicato de sodio y convertirla en un material vítreo. 
La reacción de cementación más común e importante ocurre en el cemento Pórtland, 
utilizado para producir el hormigón. 
Recubrimientos: 
Con frecuencia los productos cerámicos se utilizan como recubrimientos protectores de 
otros materiales. Los recubrimientos comerciales comunes incluyen los vidriados y los 
esmaltados. Los vidriados se aplican sobre la superficie de un material cerámico para 
sellar un cuerpo de arcilla permeable, para dar protección y decorar, o para fines 
especiales. Los esmaltados se aplican sobre superficies metálicas. Los esmaltados y 
vidriados son productos de arcilla que se vitrifican fácilmente durante el horneado. 
Mediante la adición de otros minerales se pueden producir en los vidriados y esmaltados 
colores especiales. 
Uno de los problemas que tienen los vidriados y los esmaltados son las grietas o 
cuarteduras superficiales que ocurren cuando el vidriado tiene un coeficiente de 
expansión térmica distinto al del material subyacente. 
Para materiales cerámicos avanzados y para materiales de operación a alta temperatura se 
utilizan recubrimientos de SiC para mejorar su resistencia a la oxidación. A las 
superaleaciones base níquel se les puede aplicar recubrimientos de circonia, como 
barreras térmicas que protejen al metal contra la fusión o contra reacciones adversas. 
Fibras 
A partir de materiales cerámicos se producen fibras para diversos usos como esfuerzo de 
materiales compuestos, para ser tejidas en telas o para uso en sistemas de fibras ópticas. 
Las fibras de vidrio de borosilicato, las más comunes, proporcionan resistencia y rigidez a 
la fibra de vidrio. También se pueden producir fibras con una diversidad de materiales 
cerámicos, incluyendo alúmina, carburo de silicio y carburo de boro. 
Superconductividad: 
Fenómeno que presentan algunos conductores que no ofrecen resistencia al flujo de 
corriente eléctrica. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, 
es decir, son repelidos por los campos magnéticos. La superconductividad sólo se 
manifiesta por debajo de una determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético 
15
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. 
Rodrigo Rivas Diez 
crítico Hc, que dependen del material utilizado. Antes de 1986, el valor más elevado de 
Tc que se conocía era de 23,2 K (-249,95 °C), en determinados compuestos de niobio-germanio. 
Para alcanzar temperaturas tan bajas se empleaba helio líquido, un refrigerante 
caro y poco eficaz. La necesidad de temperaturas tan reducidas limita mucho la eficiencia 
global de una máquina con elementos superconductores, por lo que no se consideraba 
práctico el funcionamiento a gran escala de estas máquinas. Sin embargo, en 1986, los 
descubrimientos llevados a cabo en varias universidades y centros de investigación 
comenzaron a cambiar radicalmente la situación. Se descubrió que algunos compuestos 
cerámicos de óxidos metálicos que contenían lantánidos eran superconductores a 
temperaturas suficientemente elevadas como para poder usar nitrógeno líquido como 
refrigerante. Como el nitrógeno líquido, cuya temperatura es de 77 K (-196 °C), enfría 
con una eficacia 20 veces mayor que el helio líquido y un precio 10 veces menor, muchas 
aplicaciones potenciales empezaron a parecer económicamente viables. En 1987 se 
reveló que la fórmula de uno de estos compuestos superconductores, con una Tc de 94 
K (-179 °C), era (Y0,6Ba0,4)2CuO4. Desde entonces se ha demostrado que los 
lantánidos no son un componente esencial, ya que en 1988 se descubrió un óxido de 
cobre y talio-bario-calcio con una Tc de 125 K (-148 °C). 
4.2.3.- VIDRIOS 
El vidrio es un liquido sobreenfriado y se encuentra en un estado metaestable, osea 
puede pasar a un estado de menor energía, solo si pasa por un estado de mayor energía. 
El vidrio fundido se enfría lentamente, para evitar su cristalización, es un material 
cerámico obtenido a partir de materiales inorgánicos a altas temperaturas, se distingue de 
otras cerámicas en que sus constituyentes son calentados hasta fusión y después enfriados 
hasta un estado rígido sin cristalización. 
En un vidrio las moléculas cambian su orientación de una manera aleatoria en todo el 
sólido, es decir su estructura es amorfa. 
Solo se conocen tres componentes minerales binarios, que pueden pasar del estado 
fundido a la temperatura ambiente sin cristalizar; Sílice, (SiO2), Anhídrido Bórico 
(B2O3) y Anhídrido Fosfórico (B 2 O 5). 
5º Aplicaciones de materiales cerámicos avanzados en construcción. 
Los materiales cerámicos avanzados son materiales ingenieriles, es decir se emplean en 
máquinas o procesos con funciones muy específicas, los campos en los que mas presentes 
se encuentran es en la ingeniería aeroespacial, en la medicina, en la automoción y en la 
electrónica. 
En construcción estos materiales no han conseguido desbancar a los materiales cerámicos 
tradicionales, debido principalmente a su menor coste económico. 
16
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS 
G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. 
Rodrigo Rivas Diez 
La utilización de estos materiales se restringe a su empleo en elementos de domótica, y a 
pavimentos y acabados muy resistentes y con las tolerancias de variación dimensional 
muy restringidas y a elementos de empleo como refractarios. 
17 
6º BIBLIOGRAFIA 
 Rincón López, J. Ma. Romero Pérez, M. – “Materiales cerámicos en sistemas 
constructivos de la edificación” - Instituto CC Construcción E. Torroja,CSIC 
 WILLIAM D., Callister. “Introducción a la ciencia e ingeniería de materiales”. 
Editorial Reverté, S.A. España 1995. 
 WILLIAM F., Smith. “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”. 
Editorial Mcgraw-Hill. España. 1999. 
 Jorge Jacomino.- “Una introducción en los Materiales Cerámicos”

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  • 1. E.P.S. LA MILANERA UBU MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.‐Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 25/04/2012 Trabajo realizado para la asignatura de nuevos materiales aplicados a la construcción.
  • 2. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 1 MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS INDICE: 1º Introducción ..................................................................................... pág2. 2º Materias primas ................................................................................ pág2. 3º Elaboración y estructura molecular .................................................. pág3. 4º Tipos de materiales cerámicos avanzados y usos ............................ pág10. 5º Aplicaciones de materiales cerámicos avanzados en construcción . pág16. 6º Bibliografia. ................................................................................ pag17.
  • 3. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 2 1º Introducción. El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa quemada”, indicando de esta manera que las propiedades deseables de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción. Los materiales cerámicos tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas. Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tiene baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica y elevada resistencia a la compresión. Una tecnología moderna de rápido crecimiento es la de los materiales cerámicos avanzados, también llamados materiales cerámicos estructurales. Estos fueron utilizados por primera vez en 1971 para aplicaciones a alta temperatura en tuberías de gas que funcionaban a 2506°C. En la fabricación de estas piezas se utilizaron nitruro de silicio y carburo de silicio. Los materiales cerámicos avanzados aportan a los materiales cerámicos tradicionales propiedades eléctricas, dieléctricas, magnéticas, ópticas, mecánicas, térmicas; estas propiedades se unen a las propiedades que ya de por si tienen los materiales cerámicos. 2º Materias primas. Las materiales primas empleadas para la producción de materiales cerámicos son por lo general muy abundantes en la naturaleza. En el caso de los materiales cerámicos avanzados la materia prima empleada en su producción es similar a la materia prima de las cerámicas tradicionales, a las cuales les daremos un tratamiento específico expuesto en el apartado siguiente. Estas materias primas son: Arcillas Feldespatos Arenas Feldespáticas Caolines
  • 4. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 3 3º Elaboración y estructura molecular. 3.1.- Elaboración El objetivo de la producción normalmente es obtener un producto sólido con una determinada forma como pueden ser películas, fibras o monolitos con una microestructura específica. Se puede observar en la tabla 3.1 que los métodos de
  • 5. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 4 fabricación se pueden dividir en tres grupos fundamentales. Tabla 3.1 fuente Rahaman, M.N., Ceramic processing and sintering. Esta división está determinada fundamentalmente por el estado en que se pueden encontrar los materiales de partida en fase gaseosa, una fase líquida, o una fase sólida. Reacciones en fase gaseosa:  Deposición de vapor química.  Oxidación metálica directa.  Reacción de enlace. Deposición de vapor química: La deposición de vapor química, cuyas siglas en inglés son CVD (Chemical vapor deposition) es un proceso donde las moléculas de los reactantes en fase gaseosa son transportadas a una superficie para que reaccionen químicamente y formen una película sólida. Es una técnica bien conocida que puede usarse para depositar todos tipos de materiales, incluyendo metales, cerámicas y semiconductores con una variedad de aplicaciones. Pueden cubrirse grandes áreas y el proceso es sencillo de aplicar en la producción. Se logran películas espesas o incluso cuerpos monolíticos básicamente prolongando el proceso de la deposición para que el espesor deseado sea logrado [13]. El equipamiento usado en el CVD depende de la reacción a usar, la temperatura reacción, y el diseño del substrato. La característica principal de cualquier quipo es proporcionar una exposición uniforme del substrato a los gases reactantes. El proceso CVD tiene varias variables que deben controlarse para producir un depósito con las propiedades deseadas. Estas variables incluyen control de flujo de los gases reactantes, la naturaleza y proporción de flujo de cualquier portador gaseoso, la presión en el recipiente donde ocurre la reacción, y la temperatura del substrato. Oxidación metálica directa: La oxidación metálica directa es una vía de fabricación que involucra las reacciones entre un gas y un liquido y que generalmente para las producción de cuerpos cerámicos es poco practica porque los productos de la reacción comúnmente forman una capa refractaria sólida lo que provoca la separación de los reactantes y detiene la síntesis. Sin
  • 6. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez embargo un método nuevo que emplea directamente la oxidación del metal por un gas ha sido desarrollado por la corporación norteamericana Lanxide para la producción de materiales porosos y densos. Este método ha sido usado para la producción de compuestos con matrices de óxidos, pero también nitruros, boruros, carburos y titanatos. Una ventaja del método es el crecimiento de la matriz dentro de las preformas sin que pueda cambiar las dimensiones iniciales y que los problemas asociados con el encogimiento durante la densificación en otras vías de fabricación se evitan. Además, pueden producirse con rapidez grandes componentes con un buen control de las dimensiones. Reacción de enlace: La reacción de enlace o (reacción de formación) es comúnmente usada para describir las vías de fabricación donde una preforma sólida porosa reacciona con un gas (o un liquido) para producir el compuesto químico deseado y unido entre los granos. Normalmente, el proceso se acompaña por un pequeño encogimiento de la preforma lo que facilita que puedan lograrse pequeñas tolerancias dimensionales para el cuerpo construido. La reacción de enlace se usa como una de las vías de fabricación en gran escala para el Si3N4 y SiC [14, 15]. Un ejemplo de aplicación lo constituye la obtención del SiC [16]. Una mezcla de partículas de SiC (5-10 (m), carbón y un aglomerante polimétrico es conformada en un cuerpo verde por presión, extrusión o inyección a presión. En algunos casos las partículas de carburo de silicio y una resina de conformado base carbón son usados como mezclas iniciales. El aglutinante o la resina es quemada por fuera y el carbón se llena de microporos por la pirolisis, después estos poros son infiltrados con silicio liquido a temperaturas por encima del punto de fusión del Si (1410 oC) 5 Reacciones en fase liquida:  Proceso sol-gel.  Pirolisis polimérica. Proceso sol-gel: En el proceso sol-gel, una solución de compuestos metálicos o una suspensión de partículas muy finas en un liquido (referido como "sol") es convertido dentro de una masa de muy alta viscosidad (referido como "gel"). Dos procesos sol-gel pueden encontrarse dependiendo en si de la solución p "sol" usada. comenzando con un "sol", la gelificación del material consiste en partículas coloidales identificables que se han unido por las fuerzas superficiales en formar de una red. Cuando es usada una solución de compuestos orgánicos-metálicos la gelificación del material en muchos casos consiste en una red de cadenas poliméricas formada por la hidrólisis y la condensación de las reacciones. Pirolisis polimérica:
  • 7. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez La pirolisis polimérica se basa en la descomposición pirolítica de compuestos poliméricos metal-orgánicos para la producción de cerámicas. Los polímeros usados en este proceso son comúnmente llamados "polímeros precerámicos" y en ellos constituyen los precursores de las cerámicas. Al contrario de los polímeros orgánicos convencionales (por ejemplo, polietileno), qué contiene una cadena de átomos de carbono, la cadena central en los polímeros precerámicos contiene otros elementos además del carbono (el ej., Si, B, y N). La pirolisis de los polímeros produce una cerámica que contiene algunos elementos presentes en la cadena. La pirolisis polimérica es conocida como una amplia vía para la producción de materiales de carbono como por ejemplo fibras a partir de polyacrylonitrile a partir de la pirolisis de los polímeros de carbono[19, 20]. Las posibilidades de obtención de cerámicas a partir de polímeros metal-orgánicos fue reconocida hace varios años y un alto interés se genero a mediado de la década del 70 cuando se obtuvo fibras con un alto contenido de SiC reportado por Yajima. La vía de pirólisis ha sido el más eficazmente aplicado a la producción fibras cerámicas de monóxidos, en particular, fibras de dos cerámicas basadas en silicio, SiC y Si3N4, y a un grado más limitado al BN y B4C. 6 Reacciones a partir de polvos:  Fundición continúa.  Sinterización de polvos compactados. Estas vías involucran la producción del cuerpo deseado a partir de la fusión de sólidos finamente dividido (es decir, polvos) por la acción de calor. Esto da lugar a dos métodos ampliamente usados para la fabricación de cerámicas: (1) fundición seguida por la conformación de la forma, simplemente referida como fundición continua, y (2) sinterizado de polvos compactados. Fundición continúa: El método de fundición continua involucra fundir un lote de materias primas (en forma de polvos), seguido por la conformación del cuerpo por alguno de los diferentes métodos que incluyen la fundición, roleado, prensado, soplando e hilado. Para las cerámicas la cristalización es relativamente fácil, la solidificación de lo fundido es acompañada por una rápida nucleación y crecimiento de cristales en granos. El crecimiento incontrolado de los granos es generalmente un problema severo que afecta en la producción de cerámicas con indeseables propiedades como por ejemplo disminuye la resistencia. Otros problemas en muchas cerámicas que tienen un alto punto de fusión como por ejemplo el ZrO2 (˜ 2600 oC) se descompone antes que fundirse. Esto provoca que este método se limite a la fabricación de vidrios. La sinterización de polvos compactados puede ser usado para la producción de vidrios y de cerámicas policristalinas, en la practica es muy poco usado para los vidrios por la posibilidad de usar métodos mas económicos, sin embargo este método es el de mayor uso para la fabricación de materiales cerámicos. Los pasos del proceso se muestran en la figura 3.1 en forma simple, estos incluyen la consolidación de una masa de partículas finas (polvos) en forma porosa, polvos
  • 8. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 7 compactados en forma de un cuerpo específico (cuerpo verde), el cual cuando es quemado o sinterizado para producir un producto denso. Fig 3.1.- Esquema de la sinterización de polvos compactados.
  • 9. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 8 3.2 Estructura molecular de los materiales cerámicos. Existen dos características que componen los materiales cerámicos cristalinos que determinan la estructura cristalina: el valor de la carga eléctrica de los iones componentes y los tamaños relativos de los cationes y aniones. El cristal debe ser eléctricamente neutro, o sea todas las cargas positivas de las cationes deben ser equilibradas por un número igual de cargas negativas de los aniones.
  • 10. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez Los tamaños de los radios iónicos de los cationes y aniones, rc y rA respectivamente. Puesto que los elementos metálicos proporcionan electrones al ser ionizados, los cationes son generalmente menores que los aniones, por tanto el cociente rc / rA es menor que la unidad. Las estructuras estables de los materiales cerámicos se forman cuando los aniones que rodean un catión están todos en contacto con el catión tal como se ilustra en la figura: Configuraciones estables e inestables de la coordinación entre aniones y cationes Estructura del Cloruro Sódico Un gran número de materiales cerámicos, incluyendo el CaO, el MgO, MnS, NiO, MnO, FeO, y el HfN poseen la estructura del cloruro de sodio, esta estructura es del tipo AX posee un número de coordinación tanto para los cationes y los aniones de 6, por consiguiente, el cociente del radio del catión y del anión esta comprendido entre 0,414 y 0,732. Estructura cristalina del Cloruro de Cesio El número de coordinación es 8 para ambos tipos de iones. El intercambio de las posiciones de los iones positivos y negativos reduce la misma escritura. Esta no es una estructura cúbica centrada en el cuerpo puesto que distintos tipos de iones ocupan los puntos de la red Estructura Cristalina del Sulfuro de Zinc La estructura de la blenda de la blenda de zinc es típica del ZnS, del BeO, del SiC y del ZnTe. Tiene estructura cristalina del tipo AX, en la cual el número de coordinación es 4; o sea, todos los iones están con coordinación tetraédrica. Se denomina estructura de la blenda o de la escalerita, lo cual corresponde al nombre dado al mineral de sulfuro de zinc. Estructura cristalina de la Fluorita El CaF2, el ThO2, el CeO2, el UO2, el ZrO2, el PuO2, y el HfO2, tienen la estructura de la florita, estos compuestos se destacan por la fórmula química AmXp, donde m y/o p 9
  • 11. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez son diferentes de 1. El cociente de radios iónicos rC/rA para el CaF2 es alrededor 0.8, lo cual, según la tabla 1, corresponde a un número de coordinación de 8. Estructura Perovskite Se encuentra en varios cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. En este tipo de celda están presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo están los iones de bario, los iones de oxígeno llenarán los sitios centrados en las caras y los iones de titanio ocuparán los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celda unitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores. Estructura de espinel La estructura del espinel típica del MgAl2O4, tiene una celda unitaria que se puede visualizar como una formación de ocho cubos más pequeños. En cada uno de estos cubos menores se localizan iones de oxígeno en las posiciones normales de una red cúbica centrada en las caras. Dentro de los cubos pequeños hay cuatro sitios intersticiales octaédricos y ocho sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan tres. En espinel normal los iones bivalentes (como el ma2+) ocupan sitios tetraédricos y los triviales (como el Al3+), los octaédricos. En los espineles inversos, el ion bivalente y la mitad de los iones triviales se localizan en los sitios octaédricos. Esta estructura la tiene muchos cerámicos eléctricos y magnéticos importantes, incluyendo el Fe3O4. Grafito Al grafito, una de las formas cristalinas del carbono, alguna veces se le considera material cerámico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de átomos metálicos y no metálicos. El grafito tiene una estructura hexagonal por capas y se utiliza como material refractario, como lubricante y como fibra. 10 4º Tipos de materiales cerámicos avanzados y usos  4.1.- Materiales cerámicos avanzados.  4.2.- Clasificación por propiedades.  4.2.1.- Materiales refractarios.  4.2.2.- Otros materiales cerámicos y sus propiedades.  4.2.3.- Vidrios. 4.1.- Materiales cerámicos avanzados:
  • 12. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez Los cerámicos avanzados incluyen los carburos, los boruros, los nitruros y los óxidos. Generalmente estos materiales se seleccionan tanto por sus propiedades mecánicas como físicas a altas temperaturas. Un extenso grupo de cerámicos avanzados se usa en aplicaciones no estructurales, aprovechando sus únicas propiedades magnéticas, electrónicas y ópticas, su buena resistencia a la corrosión a alta temperatura, su capacidad de servir como sensores en la detección de gases peligrosos y por ser adecuados para dispositivos de prótesis y otros “componentes de repuesto para el ser humano”. 11  La Alúmina(Al2O3): Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere buena resistencia.  El Nitruro De Aluminio(AIN): Proporciona un buen aislante eléctrico, pero tiene alta conductividad térmica. Dado que su coeficiente de expansión térmica es similar al del silicio, el AIN es un sustituto adecuado del Al2O3 como material de sustrato para circuitos integrados.
  • 13. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 12  El Carburo De Boro(B4C): Es muy duro y aún así extraordinariamente ligero. Además de su utilización como blindaje nuclear, encuentra uso en aplicaciones que requieren excelente resistencia a la abrasión, como parte en placas blindadas.  El Carburo De Silicio(SiC): tiene una resistencia a la oxidación extraordinaria a temperatura incluso por encima del punto de fusión del acero. A menudo el SiC se utiliza como recubrimiento para metales, para compuestos de carbono y otros cerámicos a temperaturas extremas.  El Nitruro De Silicio(Si3N4): Son candidatos para componentes de motores automotrices y de turbina de gas, permitiendo temperaturas de operación más elevadas y mejores eficiencias de combustible, con menor peso que los metales y aleaciones tradicionales.
  • 14. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 13  El Sialón: Se forma cuando el aluminio y el oxígeno reemplazan parcialmente al silicio y al nitrógeno en el nitruro de silicio. Es relativamente ligero, con un coeficiente de expansión térmica bajo, buena tenacidad a la fractura, y una resistencia superior a la de muchos de los demás cerámicos avanzados comunes. El sialón puede encintrar aplicaciones en componentes para motor y otras aplicaciones, que a su vez involucran altas temperaturas y condiciones severas de desgaste.  El Boruro De Titanio(TiB2): Es un buen conductor de la electricidad y del calor. Además tiene excelente tenacidad. El TiB2, junto con el carburo de silicio y la alúmina, son aplicaciones en la producción de blindajes.  La Urania(UO2): Utilizado como combustible de reactores nucleares.
  • 15. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez 14 4.2.- Clasificación por propiedades. 4.2.1.- MATERIALES REFRACTARIOS Son componentes importantes del equipo utilizado en la producción, refinación y manejo de metales y vidrios. Los refractarios deben soportar altas temperaturas sin corroerse o debilitarse por el entorno. Los refractarios típicos están compuestos por diversas partículas gruesas de óxido aglutinadas con un material refractario más fino. Este segundo material se funde al hornearse y proporciona la unión. En algunos casos, los ladrillos refractarios contienen aprox. de 20 a 25% de porosidad aparente, a fin de conseguir un mejor aislamiento térmico. Los refractarios se dividen en tres grupos (con base en su comportamiento químico):  Ácidos.  Básicos.  Neutros. Refractarios ácidos: Incluyen las arcilla de sílice, de alúmina y refractarios de arcilla. El sílice puro a veces se utiliza para contener metal derretido. Los refractarios de arcilla por lo general son relativamente débiles, pero poco costosos. Contenidos de alúmina por arriba de aprox. 50% constituyen los refractarios de alta alúmina. Refractarios Básicos: Varios refractarios se basan en el MgO(magnesia o periclasa) El MgO puro tiene un punto de fusión alto, buena refractariedad buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentran en los procesos de fabricación de acero. Típicamente, los refractarios básicos son más costosos que los refractarios ácidos. Refractarios Neutros: Normalmente incluyen la cromatina y la magnesita, pueden ser utilizados para separar refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que uno ataque al otro. Refractarios Especiales: El carbono, el grafito, es utilizado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente cuando no hay oxígeno fácilmente disponible. Estos materiales refractarios incluyen la circonia (ZrO2), el circón (ZrO2.SiO2) y una diversidad de nitruros, carburos y boruros. 4.2.2.- OTROS MATERIALES CERÁMICOS Y SUS APLICACIONES.
  • 16. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez Cementos: En un proceso conocido como cementación, las materias primas cerámicas se unen utilizando un aglutinante que no requiere horneado o sinterizado. Una reacción química convierte una resina líquida en un sólido que une las partículas. En el caso del silicato de sodio, la introducción de gas CO2 actúa como catalizador para deshidratar la solución de silicato de sodio y convertirla en un material vítreo. La reacción de cementación más común e importante ocurre en el cemento Pórtland, utilizado para producir el hormigón. Recubrimientos: Con frecuencia los productos cerámicos se utilizan como recubrimientos protectores de otros materiales. Los recubrimientos comerciales comunes incluyen los vidriados y los esmaltados. Los vidriados se aplican sobre la superficie de un material cerámico para sellar un cuerpo de arcilla permeable, para dar protección y decorar, o para fines especiales. Los esmaltados se aplican sobre superficies metálicas. Los esmaltados y vidriados son productos de arcilla que se vitrifican fácilmente durante el horneado. Mediante la adición de otros minerales se pueden producir en los vidriados y esmaltados colores especiales. Uno de los problemas que tienen los vidriados y los esmaltados son las grietas o cuarteduras superficiales que ocurren cuando el vidriado tiene un coeficiente de expansión térmica distinto al del material subyacente. Para materiales cerámicos avanzados y para materiales de operación a alta temperatura se utilizan recubrimientos de SiC para mejorar su resistencia a la oxidación. A las superaleaciones base níquel se les puede aplicar recubrimientos de circonia, como barreras térmicas que protejen al metal contra la fusión o contra reacciones adversas. Fibras A partir de materiales cerámicos se producen fibras para diversos usos como esfuerzo de materiales compuestos, para ser tejidas en telas o para uso en sistemas de fibras ópticas. Las fibras de vidrio de borosilicato, las más comunes, proporcionan resistencia y rigidez a la fibra de vidrio. También se pueden producir fibras con una diversidad de materiales cerámicos, incluyendo alúmina, carburo de silicio y carburo de boro. Superconductividad: Fenómeno que presentan algunos conductores que no ofrecen resistencia al flujo de corriente eléctrica. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos. La superconductividad sólo se manifiesta por debajo de una determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético 15
  • 17. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez crítico Hc, que dependen del material utilizado. Antes de 1986, el valor más elevado de Tc que se conocía era de 23,2 K (-249,95 °C), en determinados compuestos de niobio-germanio. Para alcanzar temperaturas tan bajas se empleaba helio líquido, un refrigerante caro y poco eficaz. La necesidad de temperaturas tan reducidas limita mucho la eficiencia global de una máquina con elementos superconductores, por lo que no se consideraba práctico el funcionamiento a gran escala de estas máquinas. Sin embargo, en 1986, los descubrimientos llevados a cabo en varias universidades y centros de investigación comenzaron a cambiar radicalmente la situación. Se descubrió que algunos compuestos cerámicos de óxidos metálicos que contenían lantánidos eran superconductores a temperaturas suficientemente elevadas como para poder usar nitrógeno líquido como refrigerante. Como el nitrógeno líquido, cuya temperatura es de 77 K (-196 °C), enfría con una eficacia 20 veces mayor que el helio líquido y un precio 10 veces menor, muchas aplicaciones potenciales empezaron a parecer económicamente viables. En 1987 se reveló que la fórmula de uno de estos compuestos superconductores, con una Tc de 94 K (-179 °C), era (Y0,6Ba0,4)2CuO4. Desde entonces se ha demostrado que los lantánidos no son un componente esencial, ya que en 1988 se descubrió un óxido de cobre y talio-bario-calcio con una Tc de 125 K (-148 °C). 4.2.3.- VIDRIOS El vidrio es un liquido sobreenfriado y se encuentra en un estado metaestable, osea puede pasar a un estado de menor energía, solo si pasa por un estado de mayor energía. El vidrio fundido se enfría lentamente, para evitar su cristalización, es un material cerámico obtenido a partir de materiales inorgánicos a altas temperaturas, se distingue de otras cerámicas en que sus constituyentes son calentados hasta fusión y después enfriados hasta un estado rígido sin cristalización. En un vidrio las moléculas cambian su orientación de una manera aleatoria en todo el sólido, es decir su estructura es amorfa. Solo se conocen tres componentes minerales binarios, que pueden pasar del estado fundido a la temperatura ambiente sin cristalizar; Sílice, (SiO2), Anhídrido Bórico (B2O3) y Anhídrido Fosfórico (B 2 O 5). 5º Aplicaciones de materiales cerámicos avanzados en construcción. Los materiales cerámicos avanzados son materiales ingenieriles, es decir se emplean en máquinas o procesos con funciones muy específicas, los campos en los que mas presentes se encuentran es en la ingeniería aeroespacial, en la medicina, en la automoción y en la electrónica. En construcción estos materiales no han conseguido desbancar a los materiales cerámicos tradicionales, debido principalmente a su menor coste económico. 16
  • 18. MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez La utilización de estos materiales se restringe a su empleo en elementos de domótica, y a pavimentos y acabados muy resistentes y con las tolerancias de variación dimensional muy restringidas y a elementos de empleo como refractarios. 17 6º BIBLIOGRAFIA  Rincón López, J. Ma. Romero Pérez, M. – “Materiales cerámicos en sistemas constructivos de la edificación” - Instituto CC Construcción E. Torroja,CSIC  WILLIAM D., Callister. “Introducción a la ciencia e ingeniería de materiales”. Editorial Reverté, S.A. España 1995.  WILLIAM F., Smith. “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”. Editorial Mcgraw-Hill. España. 1999.  Jorge Jacomino.- “Una introducción en los Materiales Cerámicos”