Materiales cerámicos

1. Materiales cerámicos Andres Osvaldo Ramirez Izaguirremat:1526324 HORA: N1,N2,N3 JUEVES

2. INDICE • CERAMICOS ……………………………..4 • TIPOS DE ENLACE…………………………5 • PROPIEDADES DE LOS CERAMICOS ………6 • ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE LOS CERAMICOS..8ESTRUCTURA AXESTRUCTURA AmXpESTRUCTURA AmBnXp • DIAGRAMAS DE FASES DE LOS CERAMICOS……23

3. VIDRIO………………………………29 • ARCILLA……………………………..33 • REFRACTARIOS……………………..36 • CERAMICAS AVANZADAS……………38 • CONCLUCION………………………….40

4. Introducción • Los materiales cerámicos son los materiales mas antiguos por así decirlo debido a que el hombre interactúo primero con ellos .La palabra cerámica proviene de la palabra griega “ceramios” que significa cosa quemada. Esto se relaciona a que para poder nosotros obtener las propiedades que buscamos en los materiales cerámicos en necesario previamente aplicar un tratamiento térmico

5. Cerámicos • Los materiales cerámicos son compuestos formados por enlaces iónicos principalmente ya que se sabe que también esa compuestos por enlaces covalentes.Este tipo de materiales esta formado por iones metálicos que están cargados positivamente (cationes) debido a que estos ceden sus electrones de valencia a los iones no metálicos los cuales están cargados negativamente (aniones ) debido a que tienen mas electrones en su ultima capa formando así una molécula totalmente iónica Estos materiales se caracterizan por tener durezas muy altas y ser altamente poli cristalinos

6. Tipos de enlace en cerámicos • Como se menciono anteriormente los enlaces que predominan en este tipo de enlaces es el enlace iónico causante de su alto punto de fusión , alta dureza y otras propiedades que mencionaremos as adelante . • Cabe destacar que dentro de este material también existen otro tipo de enlace como lo es el enlace covalente (SiO2) en ciertos caso enlaces de Van der Walls[Al2(Si2O5)(OH)4]

7. Propiedades de los cerámicos • Alta dureza • Alta capacidad calorífica • Su deformación platica es casi nula • Alta resistencia la compresión • son malos conductores eléctricos y térmicos • Son mui frágiles

8. Todas estas propiedades son consecuencia de sus tipos de enlaces atómicos que interactúan dentro de ellos , aunque existen otros factores que afectan las propiedades de estos materiales como lo es : • Temperatura • Porosidad • Densidad atómica • Atmosfera en la que se encuentran

9. Estructuras cristalinas de los cerámicos • Hay dos características de los iones que determinan la estructura cristalina de un material cerámico como los son: el valor de carga eléctrica de los iones componentes y los tamaños relativo de los cationes y aniones. • la primera característica se refiere a que la estructura cristalina debe de ser eléctricamente neutra que quiere decir esto que su numero de cationes y aniones sea el mismo

10. Por ejemplo el fluoruro de calcio CaF2 cada ion de Ca tiene una carga de 2 (Ca2) mientras que cada ion de fluoruro tienen una carga sola carga negativa (F-) por lo tanto el numero de iones de F debe ser el doble que los iones Ca2 • La segunda característica hace referencia a los radios iónicos de los cationes y aniones rc y ra debido a que el cociente de estos (rc /ra ) determinara el numero de coordinaciónn de la molécula (el numero de aniones que rodean al catión).

11. Para un numero de cooordinaciónn especifico existe un valor mínimo o critico de rc /ra y una acomodo geométrico entre los iones involucrados como se mostrara en la siguiente tabla . Cabe mencionar que el catión siempre es mas pequeño que el electrón debido a que cede los electrones de su ultimo orbital y reduce su radio atómico por lo tanto el cociente entre catión y anión siempre será menor que uno .

13. estructura cristalina tipo AX • Algunos de los materiales cerámicos mas comunes son aquellos que tienen el mismo numero de aniones y cationes. A estos se les llaman compuestos AX donde A indica el catión y X indica el anión. Existen varias estructuras cristalinas tipo AX y cada una de ellas tiene el nombre de el material que tiene este tipo de estructura

14. estructura del cloruro sódico • Es la estructura mas común del tipo AX tiene un numero de coordinación tanto para aniones como cationes de 6 tienen un cociente entre catión y anión entre 0.414 y 0.732 • La estructura cristalina del cloruro sodio se puede imaginar como formada por dos redes FCC interpenetrantes , una compuesta por cationes y otra por aniones • Algunos materiales comunes que tienen este tipo de estructura son NaCl, MgO, MnS, LiF y FeO

16. Estructura de cloruro de cesio • El numero de coordinación del cloruro de cesio es 8 para ambos tipos de iones . Los aniones están colocados encada uno de los vértices del cubo mientras que e centro del cubo hay u catión • Aclarando que esta no es una estructura BCC debido a que distas tipos de iones ocupan los puntos de la red

17. Estructura del sulfuro de cinc (blenda) • La tercera estructura AX el numero de coordinación es 4 esto quiere decir que todos los iones están con coordinación tetraédrica • Todos los vértices y posiciones de las caras de las celdilla cubica están ocupadas por átomos S, mientras que los átomos de Zn están el interior en posiciones tetraédricas • A menudo el enlace atómico es en gran parte covalente en los compuestos que exhiben esta estructura cristalina, entre los cuales están ZnS, ZnTe y SiC.

19. Estructuras cristalinas tipo AmXp • Si las cargas de los cationes y de los aniones no son iguales entonces puede ser una estructura tipo AmXpdonde m y/o p son diferentes de 1. un ejemplo podría ser el fluoruro de calcio CaF2 . El cociente de los radios es .8 por lo tanto tiene un numero de coordinaciónn de 8 los iones de calcio se encuentran en el centro del cubo y los fluoruros en los vértices • Otros compuestos que tienen este tipo de estructura son UO2, PuO2 y ThO2.

21. Estructuras cristalinas tipo AmBnXp • También puede que el compuesto cerámico tenga mas de un tipo de catión (representados por A y B ) estos se representan de la forma AmBnXp.Un ejemplo de esto es el titanio de bario por tener dos cationes Ba2 y Ti4 • La unidad de esta estructura los iones de Ba están situados en los ocho vértices del cubo un ion Ti en el centro del cubo y los iones de O localizados en el centro de las caras

23. Resumen de estructuras cristalinas mas comunes en los cerámicos

24. Diagramas de fase de los cerámicos • Los diagramas de fases representan la relacion de composición, estructura y las cantidades de fases en equilibrio. Los parámetros presentes en estos diagramas siempre son presión y temperatura. • La utilidad e un diagrama de fases es principalmente la de predecir la transformación y microestructura resultante de una estructura a una temperatura y presión establecida.

25. El sistema Al2O3-Cr2O3

26. El sistema MgO-Al2O3

27. El sistema ZrO2-Ca

28. El sistema SiO2-Al2O3

29. Vidrio • El vidrio esta formado por silicatos SiO2 no cristalinos y otros óxidos agregados los mas comunes son CaO,Na2O, Al2O, K2O sus aplicaciones mas comunes son :ventanas, lentes, recipientes , fibras de vidrio. un vidrio típico es el vidrio de cal y sosa que tiene aproximadamente SiO2 en 70% y lo demás esta conformado por Na2O (sosa) y CaO(cal) . • Dentro de sus propiedades esta su transparencia óptica y su facilidad de fabricación

30. Conformado del vidrio • El vidrio se produce calentando las materias primas a temperaturas elevadas por arriba de su temperatura de fusión. Como se menciono anterior mente un ejemplo es el vidrio de sílice-cal-sosa. La sílice se aporta como arena de cuarzo común mientras que el sílice y la sosa se agregan como ceniza de sosa(Na2CO3) y piedra caliza(CaCO3) • ES IMPORTANTE que durante el proceso ocurra una fusión completa y se tenga mucho en cuenta el cuidado en la viscosidad ya que eso nos ayudara a tener un vidrio mas transparente y sin poros.

31. Ejemplo

32. Otros procesos del conformado del vidrio • PRENSADO (PLACAS Y PLATOS) • SOPLADO ( OBJETOS DE ARTE JARROS, BOMBILLAS DE LUZ BOTELLAS) • ESTIRADO (LAMINAS, BARRAS, TUBOS Y FIBRAS ) • FORMACION DE FIBRAS ( FIBRAS DE VIDRIO)

33. ARCILLA • Uno de los materiales mas ampliamente utilizados es la arcilla debido a su gran abundancia y facilidad de uso a menudo se utiliza tal y como sale de la mina

34. Conformado • Cuando e agua y la arcilla se mezclan en una cierta cantidad se hace una masa plástica a la cual puede dársele forma adecuada, desees de que es formada se manda a un proceso de secado para eliminar la humedad y por ultimo se somete a un proceso de cocción para mejorar su resistencia mecánica

35. UTILIDAD • La mayoría de los productos de arcilla se pueden clasificar en : • Productos estructurales de arcilla( ladrillos de construcción, caldosas y tuberías) • Porcelanas (vajillas, productos de alfareria, porcelana, artículos sanitarios entre otros)

36. Refractarios • Otra clase importante de cerámicas que son utilizadas en grades cantidades son los cerámicos refractarios. Las propiedades de estos materiales incluyen la capacidad de soportar altas temperaturas sin fundir o descomponerse y la capacidad de permanecer inertes sin reaccionar cuando son expuestos a medios agresivos.

37. Aplicaciones y conformado • Las aplicaciones tipos incluye revestimientos de hornos para el afino de metales, elaboración de vidrio, tratamiento térmico metalúrgico y generación de electricidad • El conformado de estos productos es similar al de la acilla uno de los parámetros que se tienen que tomar en cuenta en este tipo de productos es la porosidad

38. Cerámicas avanzadas • Aunque las cerámicas tradicionales estudiadas previamente presentan la mayor parte de la producción de materiales cerámicos se han desarrollado nuevos materiales cerámicos denominados cerámicas avanzadas • Las cerámicas avanzadas tienen características especiales que las distinguen de la cerámicas tradicionales que les permiten ser implementadas en motores de combustión interna, placas de blindajes entre otros

39. Aplicaciones • Motores de combustión : se sabe que actualmente se en implementado ciertos cerámicos en motores de combustión que los ayudan a ser mas ligeros y a soportar altas temperaturas el problema de los cerámicos es que son mui frágiles y necesitan ciertos tratamientos para volverlos mas resistentes • Blindajes cerámicos : como sabemos muchos de los militares o civiles utilizan este tipo de blindaje cerámico llamado chaleco antibalas que les ayuda a detener proyectiles de largo alcanza también otro ejemplo son lo vidrios blindados.

40. Conclusión • A menudo vemos nuevas invenciones que aludan a revolucionar la forma de ver y romper cada ves esa barrera de o imposible. Con respecto a los cerámicos pienso que es lo mismo actualmente los utilizamos mas de lo que pensamos y sin darnos cuanta hacemos huso de ello y no nos ponemos a analizar sus propiedades. Es posible que que en un futuro los cerámicos puedan ser utilizados desde porcelana hasta blindajes súper ligeros o hasta como superconductores