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Materiales ceramicos, vidrios - las estructuras de los materiales ceramicos



Introducción:
Entendida actualmente como una de las principales formas de arte de fuego, la ceramica fue sin embargo por mucho tiempo comprendida a través de una mirada funcional ya que todos y cada uno de los productos elaborados bajo esta técnica eran realizados con un fin o utilidad específico.

La ceramica es una de las actividades mas antiguas del ser humano, quizas antecesora de muchas otras formas de arte. Ceramica en griego significa ‘sustancia quemada’ o ‘sustancia calentada’, por lo cual podríamos describir a esta actividad como la que se encarga de cocinar determinados tipos de materiales con el objetivo tal de solidificarlos y darles consistencia permanente. Las primeras formas de ceramica han sido encontradas en el último período de la Era de piedra de la Prehistoria, período conocido como Neolítico en el cual el hombre tuvo que comenzar a construir sus propios elementos de almacenamiento para los productos agrícolas y alimenticios que producía.



La ceramica fue sin embargo, desde un principio, un soporte sobre el cual el ser humano podía realizar diferentes tipos de inscripciones o diseños, ademas de convertirse cada elemento ceramico en un elemento único en sí por su diseño, color y estilo. Las vasijas y recipientes de ceramica mas antigua ya nos muestran coloridos diseños, formas e inscripciones realizadas sobre el material que probablemente fueran hechas para colaborar con la identificación de los mismos.Hoy en día, y miles de años después, la ceramica es mas que nada una actividad artística que ha evolucionado sobremanera. En este sentido, el ser humano ha podido desarrollar la ceramica con otros materiales que no fueran barro o arcilla, ademas de inventar novedosas e increíbles técnicas de patinado, decoración y coloreado arriba del material. Al mismo tiempo, las formas de las ceramicas han variado en gran modo y mientras que las primeras solían ser toscas y simples, hoy en día se pueden encontrar maravillosas obras de arte de alto refinamiento y delicadeza. Entre las diferentes técnicas de producción ceramica debemos mencionar a las que se conocen como terracota, la porcelana, la mayólica (típica de la isla de Mallorca), la loza y muchas otras.

Marco teórico:

MATERIALES CERAMICOS. VIDRIOS

Este nombre agrupa un gran número de materiales de caracter inorganico, no metalicos ni polímeros, con diferentes propiedades y aplicaciones. Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o el caolín, junto con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un horno sucesivas veces.

Características de los materiales ceramicos
* Resistencia a las altas temperaturas, por lo que son buenos aislantes del fuego.
* Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos.
* Alta resistencia a casi todos losagentes químicos.
* Gran poder de aislamiento térmico y, también, eléctrico.
La arcilla puede tener diferentes composiciones y características, según el modo en que se trabaje la masa y la forma de cocción. Para fabricar porcelana, por ejemplo, se usa casi exclusivamente caolín. Los vidrios también se consideran un tipo de material ceramico.

LAS ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES CERAMICOS
Estructuras de los ceramicos cristalinos:
Existen dos características que componen los materiales ceramicos 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.
Los tamaños de los radios iónicos de los cationes y aniones, rc y rA respectivamente. Puesto que los elementos metalicos 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 ceramicos se forman cuando los aniones que rodean un catión estan 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 ceramicos,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 estan 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 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 ceramicoseléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. En este tipo de celda estan presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo estan los iones de bario, los iones de oxígeno llenaran los sitios centrados en las caras y los iones de titanio ocuparan 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 mas 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 ceramicos eléctricos y magnéticos importantes, incluyendo el Fe3O4.
Grafito
Al grafito, una de las formas cristalinas del carbono, algunas veces se le considera material ceramico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de atomos metalicos y no metalicos. El grafito tiene unaestructura hexagonal por capas y se utiliza como material refractario, como lubricante y como fibra.
MATERIALES CERAMICOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA
Los materiales ceramicos tradicionales se fabrican a elevadas temperaturas. En estos materiales, por lo menos uno de los componentes permanece sólido. En la cocción se presenta una mayor o menor cantidad de fase vítrea según se produzca la fusión de uno o varios componentes. Si la temperatura es tal que lleva a la fusión de todos los componentes, el proceso se denomina de fritado.
Los materiales ceramicos presentan generalmente una estructura mas o menos porosa, dependiendo del tipo de producto y de la técnica de fabricación. A causa de esta estructura, algunos productos ceramicos deben recubrirse de un revestimiento vítreo impermeable, ya sea por exigencias practicas o por estéticas o decorativas.
Ladrillos y tejas.
Tipo de pasta: sencillo, constituido por una o varias arcillas calcareo-ferruginosas.
Características del producto: mas o menos poroso, con color variable, desde el amarillo hasta el rojo intenso.
Tipos de producto: ladrillo macizo o hueco, tejas, bovedillas, celosías, etc.

Refractarios.
Tipo de pasta: compuesto constituido generalmente por arcillas refractarias y chamotas y también por materias primas especia les, como alúmina, magnesita, etc.
Características del producto: mas o menos poroso, de color variable, desde el blanco hueso hasta el gris oscuro,según la materia prima original.
Revestimiento: no presenta
Variedades: se subdividen de acuerdo con las materias primas originales.
Tipos de producto: ladrillos refractarios normales, ladrillos de formato especial para bóvedas y paredes de hornos metalúrgicos, ceramicos y de vidrios, piezas especiales para los mismos, so-portes para la cocción de piezas ceramicas, etc.

Mayólica
Tipo de pasta: constituida por una o varias arcillas calcó reo-ferruginosas.
Características del producto: medianamente poroso, color variable desde el rosado al rojo claro.
Revestimiento: esmalte transparente o esmalte opaco.
Tipos de producto: vajillas, vasijas y azulejos de revestimiento y pavimento.

Loza
Tipo de pasta: compuesto constituido por arcillas blancas con feldespatos, cuarzo, carbonatos, talco, etc.
Características del producto: mas o menos poroso y de color blanco a blanco grisaceo.
Variedades: según intervenga en la mezcla la caliza o los feldespatos como fundentes se subdividen en lozas

Gres
Tipo de pasta: compuesta generalmente por arcilla mas o me nos blanca, cuarzo y feldespato, menos en casos de terracota vitrificada y de gres salado cuya mezcla sencilla esta constituida por una o varias arcillas ferruginosas no calcareas.
Características del producto: compacto y de colores natura les o artificiales.
Tipos de producto: piezas de pavimento, mosaico, tubos, codos para cañerías y aisladores eléctricos.

PorcelanaTipo de pasta: constituido en general por caolines, arcillas, cuarzo y feldespatos menos en las porcelanas especiales que pueden contener otros elementos.
Características del producto: compacto, blanco mas o menos traslúcido.
Revestimiento: esmalte vítreo transparente
Variedades: porcelana para vajilla, porcelana sanitaria, porcelana eléctrica, cordierítica, etc.

Conclusión:
Pocos sectores del campo de los materiales se han desarrollado tan rapidamente en los últimos años como el de los materiales ceramicos, debido a su mayor estabilidad, tanto mecanica como química a las altas temperaturas.

En la actualidad, los materiales ceramicos son productos de gran interés en el campo de la Ingeniería, siendo sus principales limitaciones en el uso las siguientes: su fragilidad, que esta ligada a la limitada resistencia al choque térmico y su fabricación, en términos de formación y dimensiones.



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