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• Julián Miranda

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En la ciencia de resistencia de materiales solemos dividir los materiales en clases diferentes. Las principales clases de materiales solidos son: creamicos, metales y polimeros, esta clasificacion est{a basada en el tipo de atomos y de enlaces del material. Otra de las clases campliamente reconocida son los semiconductores y los compuestos. Los compuestos son convinaciones de más de un material y comúnmente incluyen ceramicos, como por ejemplo la fibra de vidrio. Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad electrica muy sensible a un pequeño número de impuresas dentro de ellos, muchos de los materiales que son semiconductores como el nitrato de galio son realmente materiales ceramicos. Los materiales ceramicos son asociandos normalmente con enlaces variados, una convinación de enlaces covalentes, ionicos y algunas veces metalicos. Consisten en en una cadena de atomos interconectados; no son moleculas individuales: Esta cáracteristica distingue a los materiales ceramicos de los solidos moleculares como podría el el cristal de yodo o la parafina, también excluye al hielo. La mayoria de los materiales ceramicos son compuestos de metales o metaloides y no metales. La mayor parte son; oxidos, nitratos o carburos. Sin embargo también el diamante y el grafito son clasificados dentro de los materiales ceramicos. Estas formas de carbón son inorganicas en el termino más básico pues no se encuentran en organismos vivos. En general la máyoria de los solidos que nos son metal, plastico o derivados de plantas o animales son materiales ceramicos. La definicion más ampliamente aceptada de un material ceramico es propuesta por Kingery como: “ un material ceramico es un material solido no metalico e inorganico “. aunque todos los semiconductores inorganicos son materiales ceramicos. Por definición un material deja de ser material ceramico cuando es derrtido. En el extremo opuesto si enfriamos algunos materiales ceramicos lo suficicente estos se convierten en superondutores de la misma menera los denomidados superdonductores de alta temperatura son materiales ceramicos.

Sin embargo existe confución en la clasificación de algunos materiales como el vidrio pues aunque cumple con la definición tradicional de un solido -tiene forma definida- es usualmente un liquido super enfriado. Así que usualmente definimos un material ceramico en terminos de “lo que no es”. Tampoco es posible definir a los materiales ceramicos o ninguna clase de material en terminos de sus propiedades especificas: No podemos decir que los materiales ceramicos son quebradizos puesto que algunos pueden ser deformados superplasticamente y algunos metales son más quebradizos, tampoco poriamos decir que son aislante almenos que especifiquemos una banda de potencial donde el material no es semiconductor y tampoco podriamos afirmar que son malos conductores del caron pues el diamante tiene la mayor conductividad termica de cualquier material conocido. Propiedades Generales de los materiales Ceramicos: Los materiales ceramicos generalmente tienen propiedades especificas asociadas con ellos,aunque como acabamos de aclarar, este puede ser un ángulo equivocado equivocado para definir una clase de material, sinembargo, veremos algunas propiedades y que tanto cumplen con las espectativas de un material ceramico. Quebradizos: La razón por la que la mayoria de los materiales ceramicos son quebradizos es por sus enlaces mezclados entre ionicos y covalentes que mantienen juntos sus atomos, a altas temperaturas el vidrio se deja de comportar como un material quebradizo sino como un liquido viscoso, así que podríamos decir que la máyoria de los materiales ceramicos son quebradizos a temperatura ambiente pero no necesariamente a altas temperaturas

Malos conductores electricos y termicos: los electrones de valencia a diferencia de los metales no están libres, en los metales estos electrones libres son los que los convierten en buenos conductores tanto termicos como electricos, sin embargo el diamante que tiene la máyor conductividad termica y es clasificado como un material ceramico posee un mecánismo de conducción diferente. Los materiales ceramicos también puedn poseer una gran conductividad electrica pero normalmente son los menos. Resistentes a la compresión: Los materiales Ceramicos son más resistentes a la compresión que a la tensión, aunque los metales tienen fuerzas similares de compresión y de tensión. Insensivilidad quimica: Un gran número de los materiales ceramicos son estables en ambientes quimicos y termicos extremos, es por esto que el vidrio pyrex es usado ampliamente en en los laboratorios de quimica pues es resitente a la corrosión de una gran variedad de reactivos quimicos, soporta grandes cantidades de temperatura y es resistente a cambios bruscos en esta. Transparencia: Muchos materiales ceramicos son transparentes pues poseen una valor elevado de Eg entre estos se encuentra el safiro, piedras preciosas, fibras opticas entre otros. Aunque las cáracteristicas anteriormente mencionadas son comunes dentro de los materiales ceramicos es común encontrar por lo menos una exepción que se desvie del comportamiento tipico. De cualquier modo, estás caracteristicas son en la mayoria de los casos diferentes de los materiales metalicos y de los polimeros.

Tipos de materiales ceramicos y sus aplicaciones Como vimos anteriormente un gran número de materiales son materiales ceramicos, las aplicaciones para estos materiales son diversas, desde ladrillos y lozetas a materiales electrónicos y magnéticos. Estás aplicaciones se aprovechan del amplio rango de porpiedades que poseen los materiales ceramicos. La función de los porductos realizados con materiales ceramicos dependen de su composición quimica y de su microestructura, pues estas cáracteristicas determinan sus propiedades. A continuación se presenta una tabla de algunos materiales ceramicos y sus usos deacuerdo a alguna de sus cáracteristicas.

A parte de la clasificación por cáracteristicas y aplicaciones se puede clasificar a los materiales ceramicos como tradicionales o avanzados. Los materiales ceramicos tradicionales incluyen objetos de gra volumen como ladrillos y lozetas, inodoros y creamica. Los materiales ceramicos avanzados incluyen materiales más nuevos como materiales utilizados para la creación de LASERs, ceramicas piezoelectricas, cramicas para memorias dinamicas de acceso aleatorio DRAM entro otros que normalmente se producen en menor escala y mayor costo. Materiales ceramicos tradicionales: normalmente están basados en arcilla y en silica. Existe cierta tendencia a relacionar estos materiales con baja tecnologiam sinembargo es común que se usen tecnicas avanzadas de manofactura para estos productos. Materiales

ceramicos

avanzados:

también

son

conocidos

como

creamicas

“especiales”, “tecnicas” o “diseñadas”. Presentan propiedades mecanicas, ópticas electricas o magnéticas superioes como resistencia a la oxidacion y la corroción, máyor resistencia, entre otras. Otra caracteristica es que estos materiales en su mayoria llevan utilizandose menos de 100 años a diferencia de los tradicionales que se usaban desde hace más de 25000 años.

A continuación se presenta una figura que compara los materiales ceramicos avanzados con los tradicionales en terminos del material base que utilizan (raw) y los procesos y metodos para su creación.

Obtención de materiales Ceramicos: Existen distintos tipos de materiales ceramicos así como diferentes métos de obtencion pero las etapas básicas en la fabricación de productos cerámicos se presentan a continuación •Extracción:obtención de la arcilla, en las canteras, llamadas barrenos, que

además de ser a cielo abierto, suelen situarse en las inmediaciones de la fábrica de arcilla. •Preparación:Consiste en la molienda primero y la mezcla de las diferentes materias primas que componen el material. La composición variará en función de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una practica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos. •Conformación:los métodos de modelado de cerámica que se utilizan mas comúnmente. •Prensado. La materia prima puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados 8Ver vídeo como se fabrican los azulejos más abajo). •Prensado en seco:este método se usa frecuentemente para productos refractarios (materiales de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultanea y la conformación de los polvos granulados con pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos

en un troquel. Después del estampado en frío, las partículas son normalmente calentadas (sinterizadas) a fin de que se consigan la fuerza y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas •Extrusión. Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de embutir. (Ver vídeo como se fabrican los ladrillos más abajo).

•Secado:Las piezas recién moldeadas se romperían si se sometieran inmediatamente al proceso de cocción, por lo que es necesario someterlas a una etapa de secado con el propósito es eliminar el agua antes de ser sometida a altas temperaturas. Generalmente, la eliminación de agua se lleva a cabo a menos de 100ºC y puede tardar tanto como 24h. para un trozo de cerámica grande. •Cocción:al cocer las arcillas a alta temperatura se producen una serie de reacciones que desembocan en una consistencia pétrea y una durabilidad adecuada para el fin para el que se destinan. Como se ha dicho antes la temperatura dependerá del tipo de material.

Concluciones: los materiales ceramicos son muy extensos, tanto en su número, uso, clasificación y propiedades y al mismo tiempo no es una clasificación bien definida por sus caracteristicas. Sin embargo este tipo de materiales nos han acompañado historicamnete y en fechas más recientes han facilitado el avance de la tecnologia. Pueden ser utilizados a diferentes escalas deacuerdo a sus caracteristicas, ya sea a nivel atomico en dispositivos semi conductores, como ladrillos para fabricar paredes o como materiales inertes para laboratorios quimicos.

Bibliografia:

ceramic materials science an Engineering Carter C. Barry, Norton M. Grant

http://pelandintecno.blogspot.mx/2013/02/materiales-ceramicos-propiedades.html