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ÍNDICE I. NUEVOS CERAMICOS 1. Introducción. 2. Materias primas. 3. Elaboración y estructura molecular. 3.1. Elaboración  Deposición de vapor química:  Oxidación metálica directa:  Reacción de enlace:  Proceso sol-gel:  Pirolisis polimérica:  Fundición continúa. Sinterización de polvos compactados.  Fundición continúa: 4. Estructura molecular de los materiales cerámicos.  Estructura cristalina del Cloruro de Cesio  Estructura Cristalina del Sulfuro de Zinc  Estructura cristalina de la Fluorita  Estructura Perovskite  Estructura de espinel 5. Grafito 6. Tipos de materiales cerámicos avanzados y usos 6.1 Materiales cerámicos avanzados: 7. Clasificación por propiedades. 7.1. Materiales Refractarios  Refractarios ácidos  Refractarios Básicos  Refractarios Especiales 8. Otros Materiales Cerámicos y sus Aplicaciones.  Cementos:  Recubrimientos:  Fibras  Superconductividad:  Vidrios 9. Aplicaciones de materiales cerámicos avanzados en construcción.

II. LOS NITRUROS 1. Introducción 2. Un cerámico a base de Nitruro 3. Nomenclatura 4. Aplicaciones Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 1

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 III. CARBURO 1. Introducción 2. Los Carburos Iónicos 3. Los Carburos Covalentes 4. Los Carburos Metálicos 5. Carburos Metálicos o Metales Duros (HM)

IV. OXIDOS CERAMICOS 1. Óxidos Cerámicos: Alúmina 2. Propiedades del óxido de aluminio o alúmina (Al 2 O 3 ) 3. Óxidos Cerámicos: Zirconia 4. Cerámicos Vidriados: Silicatos AL-Li, Al-Mg, Al

CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………….. Preguntas 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

¿Cuáles son los tipos de cerámicos? ¿Cuál es el cerámico que si se enfría despacio se obtiene un compuesto cristalino? ¿Qué son los nitruros? ¿Qué nitruro se considera un cerámico? ¿y que aplicaciones tiene? ¿Qué son Carburos? ¿Cuántos tipos de Carburos existen? ¿ Cuáles son las aplicaciones más usadas en oxidos cerámicos

8.

¿Cuál es la diferencia entre los cerámicos tradicionales y los Nuevos?

BIBLIOGRAFIA……….. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………

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I. NUEVOS CERAMICOS 1. 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.

2. 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. 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 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. Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 4

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 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 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. Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 5

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 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) 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 sí 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: 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.

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 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 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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4. 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. 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.

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 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 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 Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 9

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 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.

5. 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.

6. Tipos de materiales cerámicos avanzados y usos 6.1 Materiales cerámicos avanzados: 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”. La Alúmina (Al2O3): Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere buena resistencia.

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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.

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.

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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. G.I.E.-Nuevos materiales de aplicación en construcción. Rodrigo Rivas Diez

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.

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 La Urania(UO2): Utilizado como combustible de reactores nucleares.

7. Clasificación por propiedades. 7.1. 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.

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: Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 13

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 Normalmente incluyen la cromatina y la magnesita, pueden ser utilizados para separar

refractarios aé cidos de los baé sicos, 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.

8. OTROS MATERIALES CERÁMICOS Y SUS APLICACIONES. 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. Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 14

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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, 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 niobiogermanio. 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 7 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).

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.

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 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).

9. 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. 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.

II. LOS NITRUROS 1. Introducción Los nitruros son compuestos binarios que contienen el anión Nitrógeno N-3, liberando al reaccionar con agua, amoníaco y en algunos casos hidrógeno. Las reacciones son en general explosivas. Como ejemplos tenemos a los siguientes compuestos: · K3N Nitruro de potasio · Mg3N2 Nitruro de magnesio · Cu3N2 Nitruro de cobre · BN Nitruro de boro · SbN Nitruro de antimonio · BiN Nitruro de bismuto · CeN Nitruro de cerio · Ti3N Nitruro de talio · N3S2O6K Nitruro polisulfato de potasio

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 Varios nitruros han sido encontrados en la combustión inicial de ciertos metales como el Magnesio, Litio, Titanio, que son capaces de arder en atmósfera de Nitrógeno, según la reacción siguiente: Mg3N2 + 6 H2O --> 3Mg(OH)2 + 2 NH3 Los nitruros metálicos de transición (NMT), se han caracterizado por incrementar la resistencia al desgaste y a la corrosión en los aceros. También son materiales de gran importancia tecnológica con muchas y muy variadas aplicaciones como la fabricación de electrodos, materiales magnéticos, conductores, superconductores y revestimientos cerámicos, incluso como catalizadores. El proceso industrial de como se desarrollan o mejoran superficies metalicas se decribe a continuación: El objetivo principal de la nitruración iónica es mejorar las propiedades superficiales de piezas para maquinaria, herramientas y matrices, obteniendo una mayor dureza superficial, resistencia al desgaste, fatiga y corrosión. Dicho proceso es aplicable con total eficiencia en aceros, fundiciones, materiales sinterizados y aceros inoxidables. El tratamiento se realiza en vacío y bajo el efecto de un campo eléctrico, las moléculas de nitrógeno se disocian. A causa de una diferencia de potencial (300-1000 V), los iones positivos son lanzados sobre el cátodo constituido por las piezas a tratar, sobre las que se provoca un calentamiento por transformación de energía cinética de los iones, defectos en la red, pulverización de átomos en la superficie y una limpieza superficial lo que favorece la reactividad fisicoquímica necesaria para la formación de nitruros metálicos en la capa superficial.

2. Un cerámico a base de Nitruro Nitruro de silicio: Cerámico de fórmula molecular Si3N4 que se prepara por una reacción de silicio en polvo con nitrógeno gas a temperaturas muy elevadas. El producto obtenido se prensa en caliente y se dopa con un 1-5% de MgO. Entre las cerámicas avanzadas es el material que presenta una mejor combinación de propiedades y está siendo investigado para aplicaciones en motores cerámicos de alta temperatura. Básicamente se distinguen dos tipos de este material: Unido mediante una reacción limitada, que puede contener hasta 20 % de porosidad y prensado en caliente, que puede llegar a tener hasta un 100 % de la densidad teórica. El nitruro de silicio unido mediante una reacción tiene la ventaja de ser más económico, debido al método que se usa para sintetizar-lo, mucho más barato que el prensado en caliente. Otra ventaja es que pueden realizarse piezas muy precisas que conservan su forma original. La desventaja de este material es la porosidad, que disminuye fuerza y otras propiedades mecánicas. Frecuentemente se usa para piezas de horno y similares cuando la alta resistencia Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 17

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 no es un factor crítico. Las propiedades que diferencian nitruro de silicio de otras cerámicas usadas en la ingeniería son las siguientes:         

No hay pérdida de fuerza en el aire a temperaturas de hasta 1000 º C Mayor resistencia al choque térmico que muchas otras cerámicas Densidad más baja que la mayoría de otras cerámicas de ingeniería (un tercio del peso del acero) Baja expansión termal Mejor dureza que el carburo de silicio y óxido de aluminio Más rígido que el acero (50 %) Elevada resistencia a la compresión Elevada resistencia al desgaste, tanto por impacto como por fricción Buena resistencia al ataque químico

3. Nomenclatura 

HPSN Nitruro de silicio prensado en caliente (con adiciones de MgO o Y2O3)



SSN nitruro de silicio sinterizado



RBSN Reacción nitruro de silicio enlazado

4. Aplicaciones El nitruro de silicio se usa ampliamente como un material para herramientas de corte en forma de placas de cerámica, también se utiliza para piezas de turbinas de gas que deben resistir el ciclismo termal, Otras aplicaciones incluyen piezas para los motores diesel, partes de la bomba donde se requiere resistencia química y al desgaste, cojinetes, boquillas térmicas, tubos de reacción, rodillos de imprenta, piezas anti desgaste. Otras aplicaciones son: Cojinetes, pistones de prensado en caliente, componentes para plantas químicas, crisoles (crucibles), boquillas de dibujo (drawing nozzles), herramientas de corte, válvulas, elementos para turbinas de gas y turbocompresores, bolas para rodamientos ( balls for ball bearings), puntas de soldadura, mangas del termopar (termocouple sleeves).

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III. CARBURO 1. Introducción Los carburos son compuestos que se forman a partir de la unión entre el carbono y un elemento E (generalmente más electropositivo que el carbono) para dar sustancias del tipo ExCy Los elementos electropositivos son metálicos por naturaleza y ceden electrones en las reacciones químicas para dar iones positivos o cationes. GENERAL

Carburo de calcio. 

La síntesis de los carburos se realiza generalmente a partir de carbono elemental con el elemento, su óxido o su carbonato a elevadas temperaturas en una reacción en sólido.

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 Así el carburo de calcio (el carburo más conocido) se puede obtener a partir de carbonato de calcio (que es inestable a altas temperaturas y se transforma en cal viva perdiendo una molécula de dióxido de carbono) u óxido de calcio y coque a temperaturas de entre 2000 y 2500 °C El coque es un combustible sólido formado por la destilación de carbón bituminoso calentado a temperaturas de 500 a 1100 °C sin contacto con el aire. 

CaCO3 → CaO + CO2



CaO + 3 C → CaC2 + CO

tr. quím. Mezclar los gases o el aire atmosférico con los carburantes gaseosos o con los vapores de los carburantes líquidos, para transformarlos en combustibles o detonantes

2. Los Carburos Iónicos 

Los carburos iónicos tienen un carácter fuerte de sal y se forman sobre todo a partir de los elementos de los grupos I y II de la tabla periódica. Todos estos elementos son muy electropositivos y el carbono tiene por lo tanto una carga negativa.

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Unos ejemplos típicos son el carburo de litio (Li4C), el carburo de berilio (Be2C), el carburo de magnesio (Mg2C3), el ya mencionado carburo de calcio (CaC2), el carburo de aluminio (Al4C3) y el carburo de hierro (Fe3 C) conocido como cementita.

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Estos según la especie aniónica presente en el sólido, pueden ser diferenciados en metanidos (derivados del metano con formalmente el ion C4– como el Li4C o el Al4C3), los acetiluros (derivados del acetileno como el CaC 2) y los alenuros con el ion C34– = 2– C=C=C2–. En contacto con agua estos carburos dan el óxido o el hidróxido del elemento y el hidrocarburo (metano, acetileno o propadieno) correspondiente. Así en el laboratorio son fuentes fáciles de manejar para estos gases que de otra manera necesitarían una bombona a presión.

3. Los Carburos Covalentes Los carburos covalentes se forman entre el carbono y elementos con aproximadamente la misma electronegatividad. Los ejemplos más importantes de este grupo son el carburo de silicio o carborundo (SiC) con estructura de diamante y una dureza en la escala de Mohs de entre 9 y 9,5 y el carburo de boro (B4C4). Estas sustancias suelen ser muy duras debidas a los enlaces covalentes formados en las tres dimensiones. Se utilizan por ejemplo como materiales abrasivos o como recubrimientos en Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 20

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 piezas que tienen que resistir abrasiones mecánicas. El carburo de silicio se utiliza también como soporte para catalizadores debido a su alta resistencia y buena conductividad térmica.

4. Los Carburos Metálicos Estos carburos se forman con metales de transición como el wolframio o el titanio. A menudo no tienen una estequiometria definida. Esto se debe a que el carbono ocupa posiciones libres tetraédricas en la estructura del metal. Las sustancias formadas se caracterizan por su elevada resistencia mecánica y térmica (puntos de fusión típicamente del orden de unos 3000 a 4000 ºC) y se utilizan en la elaboración de utensilios de cerámica y de maquinaria.

5. Carburos Metálicos o Metales Duros (HM) También conocidos como METAL DURO (Hard Metal - HM), se desarrolló hacia 1920, con base en los carburos de tántalo (TaC), carburo de titanio (TiC) y carburo de wolframio (WC), los cuales eran unidos por medio del Co y el Ni, previamente molidos (polvos metalúrgicos), la cohesión se obtiene por el proceso de sinterizado o fritado (proceso de calentar y aplicar grandes presiones hasta el punto de fusión de los componentes, en hornos eléctricos). Los metales duros, se pueden clasificar desde su composición química así: - Mono carburos: Su composición es uno de los carburos descritos anteriormente, y su aglutinante es el Co. Ejemplo: WC, es carburo de wolframio (carburo de tungsteno, comercialmente). - Bicarburos: En su composición entran sólo dos clases de granos de carburos diferentes, el Co es el aglomerante básico. Ejemplo: WC +TiC con liga de Co. 

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Tricarburos: En su composición entran las tres clases de granos de carburos: W, Ti, y Ta. El Co, o el Ni son los aglomerantes. Ejemplo: WC +TiC + TaC; con liga de Co. Algunas características: El carburo metálico, es una aleación muy dura y frágil. El TiC aumenta su resistencia térmica y su resistencia al desgaste pero también aumenta su fragilidad. Los bicarburos poseen menor coeficiente de fricción que los mono carburos. Los mono carburos son menos frágiles que los bicarburos. El cobalto, aumenta la ductilidad pero disminuye la dureza y la resistencia al desgaste. Se pueden alcanzar velocidades de más de 2500 m/min. Poseen una dureza de 82-92 HRA y una resistencia térmica de 900-1100° C. En el mecanizado se debe controlar lo mejor que se pueda la temperatura, pues, en el mecanizado de aceros corrientes la viruta se adhiere a los mono carburos a Temp. de 625-750° C. y en los bicarburos a una Temp. de 775-875° C. Esto implica buena refrigeración en el mecanizado.

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Las herramientas de HM, se fabrican en geometrías variadas y pequeñas, el cual se une al vástago o cuerpo de la herramienta a través de soldadura básicamente, existiendo otros medios mecánicos como tornillos o pisadores.

IV. OXIDOS CERAMICOS 1. Óxidos Cerámicos: Alúmina El óxido más importante de los nuevos cerámicos es la alúmina. El óxido de aluminio o alúmina (Al 2O3) en sus varios niveles de pureza es el material cerámico avanzado que más se usa. La alúmina se produce en forma sintética a partir de la bauxita, con un método de horno eléctrico. Por medio del control del tamaño de las partículas e impurezas, mejoras en los métodos de refinación y la mezcla de cantidades pequeñas de otros ingredientes cerámicos, mejora en forma sustancial la resistencia e inflexibilidad de la alumina, en comparación con su contraparte natural. La alúmina también tiene una dureza en caliente, baja conductividad térmica y alta resistencia a la corrosión. Esta es una combinación de propiedades que estimulan una variedad de aplicaciones, inclusive: abrasivos ( esmeriles de arena), bioceramicos ( huesos y dientes artificiales), aislantes eléctricos, componentes electrónicos, ingredientes de aleación del vidrio, ladrillos refractarios, insertos para herramientas de corte, aislante de bujía.

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2. Propiedades del óxido de aluminio o alúmina (Al 2 O 3 )          

Muy buen aislamiento eléctrico (1x1014 to 1x1015 Ωcm) Fuerza mecánica entre moderada y sumamente alta (de 300 a 630 MPa) Fuerza compresiva muy alta (de 2.000 a 4.000 MPa) Alta dureza (de 15 a 19 GPa) Conductividad térmica moderada (de 20 a 30 W/mK) Alta resistencia a la corrosión Buenas propiedades de deslizamiento Baja densidad (de 3,75 a 3,95 g cm3) Temperatura operativa sin carga mecánica de 1.000 a 1.500°C. Bioinerte y compatible con los alimentos

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3. OXIDOS CERAMICOS: ZIRCONIA • Es oxido de zirconio ZrO2, de color blanco. • Presenta una resistencia hasta de 2200ºC, posee una buena tenacidad, resistencia al desgaste y a la corrosión, baja conductividad térmica. • Las aplicaciones típicas incluyen dados para la extrusión en caliente de los metales, y las perlas de zirconia usadas como medio de esmerilado y de dispersión para recubrimientos para usos aeroespaciales, anticorrosivos, pinturas automotrices.

4. CERAMICOS VIDRIADOS: SILICATOS AL-Li, Al-Mg, Al • Están formados por microestructuras polifásicas complejas, que tienen coeficientes de expansión térmicas cercanos a cero y resistentes a la corrosión provocada provocada por la alta temperatura. Facultad de Ingenieríéa Mecaé nica Eleé ctricaPaé gina 24

Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 • Se utilizan en recipientes para cocinas comerciales y domésticas, vajillas, utensilios de cocina para fuego directo y cámaras para microondas, así como en aplicaciones técnicas e industriales. • Se producen a partir de vidrio fundido y después cristalizado por tratamiento térmico.

V. CONCLUSIONES    

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Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos, no metálicos formados por elementos metálicos y no metálicos unidos primariamente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. En general, la mayoría de los materiales cerámicos son típicamente duros y quebradizos con poca resistencia a los impactos y a la ductilidad. Los cerámicos cuentan con importantes propiedades eléctricas y térmicas con importantes aplicaciones en la industria. Los vidrios son productos inorgánicos cerámicos de fusión que se han enfriado hasta un sólido rígido sin cristalización. Tienen propiedades especiales como transparencia dureza a la temperatura ambiente y excelente resistencia a la mayoría de los ambientes. Podemos llegar a concluir que el tema óxidos cerámicos nos indica el importante estudio, aplicaciones y propiedades de cerámico alumina , zirconia y silicato entendido este tema podemos ser capaces de diferenciar y estudiar las aplicaciones en herramientas y equipos de trabajo.

Preguntas 9. ¿Cuáles son los tipos de cerámicos?

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Decorativos Refractarios Vidrios Abrasivos Cementos

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Universidad Joseé Carlos Mariaé tegui 201 6 10. ¿Cuál es el cerámico que si se enfría despacio se obtiene un compuesto cristalino? Cerámicos Amorfos 11. ¿Qué son los nitruros? Son compuestos binarios que contienen el anión Nitrógeno N-3, liberando al reaccionar con agua, amoníaco y en algunos casos hidrógeno. Las reacciones son en general explosivas. 12. ¿Qué nitruro se considera un cerámico? ¿y que aplicaciones tiene? El nitruro de silicio, y se aplica ampliamente como un material para herramientas de corte en forma de placas de cerámica, también se utiliza para piezas de turbinas de gas que deben resistir el ciclismo termal, Otras aplicaciones incluyen piezas para los motores diesel, partes de la bomba donde se requiere resistencia química y al desgaste, cojinetes, boquillas térmicas, tubos de reacción, rodillos de imprenta, piezas anti desgaste 13. ¿Qué son Carburos? Los carburos son compuestos que se forman a partir de la unión entre el carbono y un elemento E (generalmente más electropositivo que el carbono) para dar sustancias del tipo ExCy. 14. ¿Cuántos tipos de Carburos existen? Carburos Covalentes Carburos Iónicos Carburos Metálicos. 15. ¿ Cuáles son las aplicaciones más usadas en oxidos cerámicos El óxido más importante de los nuevos cerámicos es la alúmina, abrasivos, bioceramicos , aislantes eléctricos, componentes electrónicos, ingredientes de aleación del vidrio, ladrillos refractarios, insertos para herramientas de corte, aislante de bujía.

16. ¿Cuál es la diferencia entre los cerámicos tradicionales y los Nuevos? Los nuevos cerámicos son por lo general más sencillos en cuanto a su química que los tradicionales; la línea divisoria entre los cerámicos tradicionales y los nuevos algunas veces no es muy clara, debido a que los primeros incluyen al óxido de aluminio y al carburo de silicio. En esos casos, la diferencia se basa más en los métodos de procesamiento que en la composición química.

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BIBLIOGRAFIA Rincón López, J. Ma. Romero Pérez, M. – “Materiales cerámicos en sistemas constructivos de la edificación” - Instituto C 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 McgrawHill. España. 1999. Jorge Jacomino.- “Una introducción en los Materiales Cerámicos” Cotton y Wilkinson, Química Inorgánica Avanzada, 4ª edición. www.monografias.com/trabajos82/breve-corte-historico-maquinados-tornos/breve-cortehistorico-maquinados-tornos2.shtml#ixzz4BVhIJd4h http://www.textoscientificos.com/quimica/ceramicas-avanzadas/caracteristicas-ceramicanitruro-silicio https://prezi.com/8wcvkd4ia7ql/nuevos-materiales-ceramicos/

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