Materiales Ceramicos

1. Materiales Ceramicos

2. Materiales Ceramicos Un amplio grupo de materiales no metálicos, compuestos por metales y no metales, unidos por enlaces iónicos y/o covalentes. Principalmente compuestos de arcilla, fedelspato y sílice

3. Materiales Cerámicos • Son de utilización muy amplia y antigua en todos los ámbitos. • Ello se debe a que sus constituyentes principales (Si, O, Al) son los elementos más abundantes • Además se utilizan en su forma oxidada, por lo que no sufren alteraciones del medio ambiente

4. Distribución de los elementos

5. Distribución de los elementos

6. Arcillas Contienen algunos de los siguientes: • Sílice (SO2) y Aluminio como silicatos • Compuestos de potasio • Compuestos de magnesio • Compuestos de calcio La arena contiene sílica y fedelspato o Silicatos de aluminio y potasio.

7. Materiales Cerámicos Fedelspato (Al2O3.6SiO2.xxx) Cuarzo (SiO2)

8. Sílice y Silicatos • El silicio tiene una valencia igual a la del carbono, y, como éste, forma compuestos de forma tetraédrica

9. Sílice y Silicatos • Estos tetraedros se combinan de diferentes maneras según compartan 2, 3 o 4 vértices

10. Sílice y Silicatos

11. Sílice y Silicatos • En el caso de que compartan 2 vértices, tenemos una cadena o anillo, y el material es fibroso

12. Sílice y Silicatos • Si se comparten 3 vértices, se forma una estructura laminar: Muscovita

13. Sílice y Silicatos • Cuando se comparten los 4 vértices, tenemos una estructura tridimensional Feldespato

14. Tipos de Materiales Cerámicos • Decorativos • Refractarios • Vidrios • Abrasivos • Cementos

15. Comparación entre metales v materiales cerámicos

16. Propiedades mecánicas y químicas

17. Propiedades mecánicas y químicas

18. Materiales Cerámicostradicionales Hechos de arcillas naturales y mezclas con cerámicos cristalinos. Incluyen: • “Cerámicas” • Productos estructurales • Refractarios

19. Cerámicas • Vajilla • Piso y pared • Sanitarios • Porcelana eléctrica • Cerámicas decorativas

20. Cerámicas: Baños

21. Moldeo por drenado Sinter and Serve

22. Refractarios Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto contenido de sílice o aluminio. Son utilizados en la fabricación de hierro y acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos, conversión de energía, petróleo, e industrias químicas.

23. Refractarios • Usados para proveer protección térmica a otros materiales a temperaturas muy altas, como en la producción de acero (Tm=1500°C), fundiciones de metal, etc. • Compuestos princimpalmente de alúmina (Al2O3) (Tm=2050°C) y sílice junto a otros óxidos: MgO (Tm=2850°C), Fe2O3, TiO2, etc., y tienen una porosidad mayor al 10% en volumen. • También se utilizan BeO, ZrO2, SiC, y grafito con baja porosidad

24. Ladrillo refractario

25. Cerámicos Amorfos(vidrios) • Principal componente: Silice (SiO2) • Si se enfría despacio se obtiene un compuesto cristalino. • Si se enfría más rápido se obtiene una estructura amorfa que consiste de cadenas desordenadas de átomos de Silice y Oxígeno. • A esto se debe su transparencia, ya que los bordes cristalinos desvían la luz, causando reflexión. • El vidrio puede ser templado para aumentar su tenacidad y resistencia.

26. Tipos de vidrio Hay tres tipos comunes: • Vidrio de soda y cal - 95% de ellos, vidrios, contenedores, etc • Vidrios con plomo - contiene óxido de plomo para mejorar el índice de refracción. • Borosilicatado - contiene óxido de boro, conocido como Pyrex.

27. Vidrios • Plano (ventanas) • Vidrio de contención (botellas) • Vidrio soplado (vajilla) • Fibra de vidrio (aislante) • Vidrios avanzados/especiales (fibra óptica)

28. Contenedores y botellas

29. Procesado por presión

30. Moldeo por soplado

31. Vidrio en edificios

32. Proceso de plato

33. Vidrio templado La resistencia del vidrio puede ser mejorada induciendo tensiones residuales de compresión en la superficie. La superficie permanece comprimida, cerrando pequeñas fracturas.

34. Proceso de endurecimiento • Templado: • Se calienta por encima de Tg pero debajo del punto de fusión • Se enfría en agua o aceite • La superficie se enfría a Tg antes que el interior • Cuando el interior se enfría y contrae comprime la superficie. • Endurecimiento químico: • Cationes con gran radio iónico se difunden en la superficie • Esto tensa las “celdas” introduciendo fuerzas compresivas y tensiones.

35. Vidrio de seguridad • ¡Muchos intentan romperlo con piedras o palos pero el vidrio permanece intacto ! Cada tanto se muestra el video de alguien queriendo sacar el dinero

36. Vidrio con plomo

37. Cerámicos cristalinos Buenos aislantes eléctricos y refractarios. • El óxido de magnesio se utiliza como aislante en elementos calientes y cables. • Oxido de aluminio • Oxidos de Berilio • Carburo de Boro • Carburo de Tungsteno • Usado como abrasivos en máquinas cortantes.

38. Abrasivos • Naturales (granate, diamante, etc.) • Abrasivos Sintéticos (carburo de sílice, diamante, alúmina, etc.) se utilizan para perforar, cortar, pulir.

39. Cementos • Usados para producir caminos, puentes, edificios, represas.

40. Cerámicas avanzadas • Se desarrollaron en los últimos 50 años • Aplicados como coberturas térmicas para proteger estructuras metálicas, cubrir superficies, o como compuestos importantes por sí mismos. • Las aplicaciones en motores son típicas de estos materiales, que incluyen el nitrito de sílice (Si3N4), carburo de silicio (SiC), Zirconia (ZrO2) y Alumina (Al2O3) • Su resistencia al calor y otras propiedades han llevado al desarrollo de métodos para endurecerlos reforzándolos con fibras , abriendo un campo de aplicaciones para estos materiales

41. Cerámicas avanzadas • Estructura:biocerámicas, herramientas de corte, componentes de motores, blindajes. • Eléctricos : capacitores, aislantes, circuitos integrados , piezoeléctricos, magnetos y superconductores • Recubrimientos:componentes de motores, herramientas de corte • Químicas y ambientales:Filtros, membranas, catálisis.

42. Componentes de motores Rotor (Alúmina) Engranajes (Alúmina)

43. Turbocargador Rotor Cerámico

44. Discos de freno cerámicos

45. McLaren Mercedes Benz

46. Carburo de silicio Componentes de automóvil Elegidos por su resistencia al calor y desgaste

47. Armaduras cerámicas • Utilizadas en el ejército. • Ventaja: baja densidad del material que lo hace eficiente • Materiales cerámicos típicos: alúmina, carburo de boro, carburo de silicio, y diboro de titanio • El material cerámico es discontinuo y forma un “sandwic” entre un exterior más dúctil y una fibra interna • La capa externa debe ser suficientemente dura para frenar el proyectil.

48. La mayor parte de la energía de impacto es absorbida por la fractura de la cerámica y cualquier energía cinética remantente es absorbida por la capa interna, que también sirve para contener los fragmentos de cerámica y el proyectil evitando un impacto severo. • La combinación Alúmina /Kevlar compuesto en hojas de 20 mm. se utilizan para proteger áreas críticas del avión Hércules. • Esta solución de bajo peso resultó eficiente y de fácil reemplazo.

49. Cerámicos – Blindaje compuesto

50. Carburo de sílice Blindaje corporal y otros compuestos elegidos por sus propiedades balísticas.