MATERIALES CERAMICOS
La palabra ceramica deriva del vocablo griego keramos, cuya
raíz sanscrita significa quemar. En su sentido
estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los
materiales inorganicos no metalicos. Desde la
década de los 50′s en adelante, los materiales mas importantes
fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos,
azulejos] y similares, junto con el cemento y el vidrio.
Historia de los ceramicos
La invención de la ceramica se produjo durante
la revolución neolítica, cuando se hicieron necesarios
recipientes para almacenar el excedente de las cosechas producido por la
practica de la agricultura. En un principio esta ceramica se
modelaba a mano, con técnicas como el pellizco, el colombín o la
placa (de ahí las irregularidades de su superficie), y tan solo se
dejaba secar al sol en los países calidos y cerca de los fuegos
tribales en los de zonas frías. Mas adelante comenzó a
decorarse con motivos geométricos mediante incisiones en la pasta seca,
cada vez mas compleja, perfecta y bella elaboración
determinó, junto con la aplicación de cocción, la
aparición de un nuevo oficio: el del alfarero.
Según las teorías difusionistas, los primeros pueblos que
iniciaron la elaboración de utensilios de ceramica con
técnicas mas sofisticadas y cociendo las piezasen hornos fueron
los chinos los ceramicos
fueron modificandose debido a ciertas variantes; una de ellas fue porque las
arcillas eran diferentes. En China
se utilizaba una arcilla blanca muy pura, el
caolín, para elaborar porcelana, mientras que en Occidente estas
arcillas eran difíciles de encontrar. Otras variantes fueron la
influencia del Islam, con sus maneras de
decoración, y los diferentes métodos utilizados para la
cocción.
Estructura y propiedad Química de los ceramicos
Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces
híbridos iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad
de sus electrones y les confieren propiedades específicas como
la dureza, la rigidez y un elevado punto de fusión.
Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de
los metales, por lo que resultan menos elasticos y tenaces que
éstos.
Los materiales ceramicos se caracterizan por las siguientes propiedades:
• Son muy duros y presentan una gran resistencia
mecanica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura.
• Son capaces de soportar altas temperaturas
• Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la
corrosión
• Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas
Según su microestructura, podemos clasificarlos en: ceramicos
cristalinos, ceramicos no cristalinos o vidrios y vitro
ceramicos.
Ceramicoscristalinos
Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de
fusión como
el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los
atomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia
mecanica y soportan altas temperaturas, superiores a la de
reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.
Ceramicos no cristalinos
Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rapido, lo
que impide el proceso de cristalización. El
sólido es amorfo, ya que los atomos no se ordenan de
ningún modo preestablecidos.
Vitro ceramicos
Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rapido.
Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor
complejidad de sus moléculas determina la aparición de
microcristales que les confieren mayor resistencia mecanica y muy
baja dilatación térmica.
Usos
Su uso inicial fue, fundamentalmente, como recipiente para alimentos; mas
adelante se utilizó para hacer figuras supuestamente de caracter
magico, religioso o funerario. También se empleó como material de
construcción en forma de ladrillo, teja, baldosa o azulejo, tanto para
paramentos como
para pavimentos. La técnica del vidriado le proporcionó
gran atractivo, se utilizó también para la escultura. Actualmente
también se emplea como aislanteeléctrico y
térmico en hornos, motores y en blindaje.
APLICACIONES
Uno de los usos mas demandados para la ceramica de zirconia
esta en piezas de los motores de automoción, particularmente para
el motor diesel. Los usos procuran explotar su conductividad
térmica baja y/o las características de resistencia. Un aprovechamiento son los trazadores de líneas o los
rellenos de ceramica (por ejemplo: las coronas del
pistón, las placas de cara principales, y los trazadores de
líneas del pistón) unidos a los
elementos del motor del metal. PSZ es un
material favorecido para este aprovechamiento, no solamente porque tiene
conductividad térmica baja y es un buen aislador, porque su alto
coeficiente de la expansión térmica esta cerca del hierro fundido. Esta
compatibilidad facilita el accesorio y reduce la
posibilidad de fallo al completar un ciclo del motor. Otros usos del motor para el zirconio incluyen los
componentes que estan limitados por el desgaste, particularmente en el tren de
valvula, tal como
levas, seguidores de leva, varillas de levantamiento, y valvulas de
escape.
La ceramica del
Alumina - Zirconia tiene fuerza, dureza, y resistencia
al desgaste superiores al compararla con la alúmina convencional y esta
ceramica compuesta ha encontrado uso como extremos de herramienta de corte y
ruedas de la abrasión. Los usos incluyen la tijera y los esquileos para
el cortede materiales difíciles tales como Kelvar, y el corte de materiales
industriales, tales como cinta magnética,
de la película plastica, y de los artículos del papel. La resistencia
a la fractura y al choque térmico de PSZ endurecido por
transformación le ha hecho candidato principal para los de dados
extrusión en caliente. Los sellos en valvulas, bombas
químicas, y bombas e imp ulsores de mezclas abrasivas se estan
haciendo de ceramica del zirconia. En algunos usos que
implican las mezclas abrasivas, los materiales de PSZ pueden ser mas
resistentes al desgaste que el carburo del silicio. Los componentes que
requieren vida larga bajo condiciones de carga bajas, tales como guías de hilo de rosca y cojinetes y guías para
las impresoras por punto se pueden también hacer conéxito de
zirconia. El MgO-PSZ ha encontrado el uso comercial
mas amplio debido a la gama de las microestructuras adaptadas que pueden
ser producidas.
La zirconia también tiene características convenientes para las
capas térmicas de la barrera, para los rotores de turbina por ejemplo,
debido a su alto coeficiente de la expansión térmica,
conductividad térmica baja, buena estabilidad química, y la
resistencia del choque térmico.
En todos los usos que implican zirconia, la inestabilidad térmica de la
fase tetragonal presenta limitaciones especialmente para el uso
prolongado en las temperaturas mayores oque implica la participación de
un ciclo térmico. Ademas, la sensibilidad de la
ceramica de Y-TZP a los ambientes acuosos a bajas temperaturas tiene que
ser tenido en cuenta. Los altos
costes de la materia prima han imposibilitado algunos usos particularmente en
la industria del
automóvil.
aplicaciones
Los materiales ceramicos son materiales ligeros. Su densidad
varía según el tipo de ceramica y el grado de compacidad
que presenten. Son mucho mas duros que los metales.
A diferencia de éstos, se trata de materiales relativamente
fragiles, ya que los enlaces iónico-covalentes.
EJEMPLO DE LOS CERAMICOS
Ejemplos de materiales ceramicos
• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo.
• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas
de tanques.
• Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y
como
material refractario.
• Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un
superconductor no convencional.
• Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.
• Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores
magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.
• Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.
• Ladrillos, utilizados en construcción
• Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en
reactores nucleares
• Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7-x),
superconductor de alta temperatura.
