Nuevos Ceramicos
Nuevos Ceramicos
Nuevos Ceramicos
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.
III. CARBURO
1. Introducción
2. Los Carburos Iónicos
3. Los Carburos Covalentes
4. Los Carburos Metálicos
5. Carburos Metálicos o Metales Duros (HM)
CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………
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Preguntas
1. ¿Cuáles son los tipos de cerámicos?
2. ¿Cuál es el cerámico que si se enfría despacio se obtiene un compuesto cristalino?
3. ¿Qué son los nitruros?
4. ¿Qué nitruro se considera un cerámico? ¿y que aplicaciones tiene?
5. ¿Qué son Carburos?
6. ¿Cuántos tipos de Carburos existen?
7. ¿ Cuáles son las aplicaciones más usadas en oxidos cerámicos
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.
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.
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.
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.
Reacción de enlace.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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
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.
La Alúmina (Al2O3):
Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere
buena resistencia.
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.
El Nitruro De Silicio(Si3N4):
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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).
Dicho proceso es aplicable con total eficiencia en aceros, fundiciones, materiales sinterizados y
aceros inoxidables.
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
3. Nomenclatura
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.
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.
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
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
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.
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.
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
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.
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.
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.
• 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.
V. CONCLUSIONES
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
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.
BIBLIOGRAFIA
www.monografias.com/trabajos82/breve-corte-historico-maquinados-tornos/breve-corte-
historico-maquinados-tornos2.shtml#ixzz4BVhIJd4h
http://www.textoscientificos.com/quimica/ceramicas-avanzadas/caracteristicas-ceramica-
nitruro-silicio
https://prezi.com/8wcvkd4ia7ql/nuevos-materiales-ceramicos/