CERAMICO

INTRODUCCION

Los cerámicos son compuestos inorgánicos y no metálicos, pueden ser de carbono, oxigeno,

nitrógeno, boro y silicio, unidos de forma iónica. Debido a las uniones iónicas y

covalentes, las cerámicas tienen puntos de fusión relativamente altos, grandes módulos

elásticos, gran dureza y resistencia mecánica y escasas conductividad eléctrica y térmica,

y son muy frágiles.

El uso que se les da en la ingeniería es como materiales de alta resistencia a la temperatura, como
refractarios para la industria de los metales y de tratamientos térmicos, y como

revestimientos y materiales en los motores de turbina de gas para uso aéreo y terrestre,

además, es utilizado para contener productos químicos (ácidos y bases) debido a sus

propiedades de resistencia a la corrosión.

El estudio de los cerámicos se ah llevado acabo en dos tipos de cerámicos la tradicional y

avanzados. Los cerámicos tradicionales son las del proceso y elaboración de arcilla o

minerales no arcillosos, como: refractarios, cemento, cerámicas blancas, esmalte en

porcelana y productos estructurales de arcilla, son principalmente óxidos. Por otra parte

los cerámicos avanzados, también conocidos como cerámicas técnicas o de ingeniería, se

les caracterizan o sintetizan por su gran pureza, estos tipos de cerámicos presentan

mejores propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión/oxidación o propiedades

eléctricas, ópticas y magnéticas que las cerámicas tradicionales.

Algunos de los cerámicos son carburos (SiC y BC), nitruros (AIN, SiN, SiAlON y BN), boruros,

óxidos puros (alúmina, zirconia, toria, berilia, magnesia, espinela y forsterita), cerámicas

magnéticas, cerámicas ferroeléctricas, cerámicas piezoeléctricas y las cerámicas

superconductoras.

Los vidrios podrían llegar a clasificarse en tradicionales y avanzados. En los tradicionales se

constituyen de un subconjunto de los cerámicos ya que se obtienen de silicatos. La

diferencia entre los vidrios y cerámicos radica en la estructura cristalina que estas tienen.
 El cerámico presenta un orden de largo alcance, son cristalinas y tienen estructuras

cristalinas, así como, los vidrios que tienen solo un orden de corto alcance, son amorfos y

carecen de estructura cristalina.

ESTRUCTURA

ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Principalmente son compuestos iónicos de metales y no metales (óxidos, carburos, nitruros,

boruros, siliciuros y halogenuros). Estas estructuras están determinadas en gran parte por

la manera como se pueden empaquetar los iones positivos y negativos de modo que la

atracción electroestática sea máxima y se reduzca al mínimo la repulsión electrostática.

Esto significa que los iones positivos (cationes) tienen iones negativos (aniones) como

vecinos inmediatos o en contacto con ellos y viceversa. La descripción normal de la

estructura resultante supone que los iones más grandes (aniones) forman la estructura de

la red y los iones más pequeños (cationes) se acomodan en los intersticios de esta

estructura reticular. En general, el empaquetamiento de los iones sigue las reglas de

Pauling, a saber:

1.- Los aniones que rodean a los cationes forman un poliedro de coordinación. El número de

aniones que rodean a un catión se conoce como el número de coordinación (NC) del

catión, y el poliedro de coordinación del catión (PCC) se forma mediante los planos que

unen los centros de los aniones. El NC está determinado por la razón del radio del catión

al radio del anión. El PCC es el componente básico de una estructura iónica.

2.- En una estructura estable, las unidades de PCC están dispuestas en tres dimensiones de modo

que las interacciones de atracción y de repulsión entre los iones sean optimas. La

estructura estable debe ser eléctricamente neutra, tanto en términos macroscópicos como

en escala atómica.

3.- En una estructura estable, en vez de las aristas y las caras, tienden a compartirse los vértices

de los PCC. Al compartirse los vértices, se alcanza una separación máxima entre los
 cationes (dentro de cada PCC) a fin de reducir al máximo las fuerzas de repulsión entre

ellos.

4.- Los PCC que se forman en torno a cationes de NC pequeño y que tienen mucha carga tienden

a estar enlazados por los vértices.

5.- El número de componentes distintos de una estructura tiende a ser pequeño. Esto obedece a la

dificultad para empaquetar de manera eficiente iones y PCC de diferente tamaño en una

sola estructura.

Gracias a las reglas de Pauling, podemos entender porque la mayor parte de los cerámicos de

óxidos tienen estructuras cristalinas con base en iones oxigeno con empaque casi

compacto.

Las dos estructuras de empaque compacto son la FCC (cubica centrada en las caras) y la HC

(Hexagonal compacta). Si los iones oxigeno (aniones) ocupan los sitios de la red de la

FCC y de la HC, están disponibles dos sitios intersticiales donde los cationes pueden

ubicarse en las estructuras, pueden ocupar los sitios ya sea octaédricos o tetraédricos

FIGURA 1. Ejemplos de cerámicos con uniones iónicas. (a) NaCl, (b) MgO, ambas tienen

aniones oxígeno en la red FCC y cationes en los intersticios octaédricos; (b) zirconia

cubica, cationes en la red FCC y aniones en los intersticios tetraédricos; (d) alúmina,

aniones en la red HC y cationes en 4 de los 6 sitios octaédricos.

La estructura NaCl de la figura 1 es un empaque FCC de iones C— con iones N+ en todos los

huecos octaédricos. La estructura de MgO de la figura 1 es un empaque FCC de iones O2

—
con un catión Mg2+ en cada uno de los huecos octaédricos. La estructura de ZrO2 de la

figura 1 es un empaque FCC donde los cationes Zr2+ ocupan los sitios reticulares del FCC

y los aniones oxigeno ocupan los ocho sitios tetraédricos que se muestran en la figura 1.

Esta es la estructura de fluorita de calcio (CaF2), una de muchas otras estructuras

cerámicas que no hemos descrito en este texto para simplificar la exposición. La

estructura de Al2O3 de la figura 1 es el empaque CH de iones oxigeno con cuatro de los

seis huecos octaédricos ocupados por los iones aluminio.

PROPIEDADES MECANICAS

Los cerámicos contienen cierto

De lo antes expuesto sobre los procesos de elaboración, resulta evidente que los materiales

cerámicos contienen cierta proporción de porosidad o vacíos. La cantidad, el tamaño, la

distribución y la continuidad de estos vacíos afectan el comportamiento mecánico y

químico de la pieza o componente cerámico. Analizaremos estas propiedades en relación

con las cerámicas y refractarios estructurales que tienen importancia corno materiales de

ingeniería e industriales.
POROSIDAD O CONTENIDO DE HUECOS
EI contenido de huecos puede expresarse como porosidad aparente y como porosidad total. La
porosidad aparente es el volumen total de espacio de poros abiertos; es una medida del área
superficial disponible para reaccionar con gases y líquidos fundidos. Se determina pesando
primero la cerámica seca (Pc); después, suspendida en agua y finalmente después de sacarla del
agua, cuando sus poros están llenos de líquido (Pa). Empleando unidades de gramos y cm , la
porosidad aparente es
Porosidad aparente = Pa – Pc/Pa – Ps x 100 (1.0)
La porosidad total es el por ciento del volumen total constituido por huecos, de poros tanto
abierto como cerrados. Según el material, el método de manufactura y el grado de quemado
(cocción), la porosidad total puede ser, desde solo ligeramente mayor que la porosidad aparente,
hasta el doble de ella. La porosidad total esta dada por
 Porosidad total = ((ρR - ρM)/ ρR) x 100 (1.1)
Donde ρR es la densidad real de la cerámica y ρM es la densidad del volumen, dada por
ρM = Pc/Pa – Ps (1.2)
La densidad del volumen es el peso seco de la cerámica dividido entre su volumen.
Es perjudicial para las propiedades mecánicas y químicas de las cerámicas y es necesario
reducirla al mínimo. Sin embargo, cuando las cerámicas se utilizan como aisladores, la porosidad
aumenta du capacidad de aislamiento y las hace mucho más ligeras. Estas dos características son
muy deseables en las estructuras aeroespaciales.
RESISTENCIA A LA TENSION UNIAXIAL
Son materiales inherentemente frágiles debido a que en sus enlaces predomina el carácter
covalente y iónico. No son muy dúctiles y, en el ensayo de tensión, casi siempre se observa una
curva de esfuerzo-deformación lineal hasta la fractura, y al esfuerzo de fractura es igual al
esfuerzo máximo de fluencia. este comportamiento elástico lineal es la región de aplicabilidad de
la mecánica de fractura, y la propiedad importante que determina el comportamiento de los
materiales frágiles es su tenacidad a la fractura, K1c.
k I =Y σ √ πa
c
(2.0)

Donde Y es un factor geométrico, σ es el esfuerzo a la fractura o esfuerzo máximo de fluencia

cuando hay una grieta superficial de tamaño a o una grieta inferior de tamaño 2ª. En la ecuación
K1c y Y son constantes en una geometría de terminada del material, pero σ depende del tamaño
de grieta, a, más grande orientado en sentido perpendicular al esfuerzo aplicado, σ . Debido a los
diferentes tamaños y distribución de las porosidades y grieta a consecuencia del tratamiento y
acabado de un material ceramico, hay una variación estadística inherente del esfuerzo a la
fractura o esfuerzo máximo de fluencia o esfuerzo a la fractura, sino que hay cierta probabilidad
definible de que una muestra especifica tenga una cierta resistencia determinada.
La variación estadística de la resistencia de los materiales frágiles se explica en función del
modelo de Weibull del eslabón más débil de la falla de materiales, el cual afirma que una
estructura es tan resistente como su eslabón más débil. El modelo de Weibull supone que una
estructura tiene una cadena de N elementos y si, un elemento falla, la estructura también falla. Si
Fi es la probabilidad de falla del elemento iesimo, y la probabilidad de falla de la estructura total
es F, entonces la probabilidad de supervivencia de la muestra es:
1 – F = (1 – F1) (1 – F2) (1 – F3) … (1 – FN) (2.1)
Tomando el logaritmo natural de ambos lados de la ecuación 2.1, obtenemos los siguiente:
N
ln (1 – F) = ln(1 – F1) + ln(1 – F1) + ln(1 – F1) + … + ln(1 – F1) = ∑ ln(1 – F 1) (2.3)
i=1

para los términos logarítmicos del lado derecho dela ecuación 2.3 y para valores pequeños de Fi,
 ln(1 – F1)≈−Fi (2.4)
Adviértase que a la ecuación 2.4 es aplicable a cada uno de los elementos iesimos, pero no a la
totalidad de la estructura total, F. Para la estructura total,
N N
ln (1 – F1) = ∑ ln (1 – F i) = ∑ – F i (2.5)
i=1 i=1

Weibull supuso una función arbitraria y simple de Fi, como:

F i=¿ ¿ (2.6)

Donde σ es el esfuerzo máximo de fluencia, σ ues un esfuerzo de umbral ( por debajo del cual no
hay falla), σ 0 es una resistencia caracteristica y m es el modulo de Weibull. Se eligio la ecuación
2.6 porque satisface las condiciones de limite a esfuerzos pequeños y grandes, pero no esta
fundada en algún concepto de densidad o de severidad de las imperfecciones, ni en criterio
alguno de mecánica de fractura.
RESISTENCIA A LA COMPRESION UNIAXIAL
Las cerámicas se han utilizado siempre en condiciones de compresión porque su resistencia a la
compresión es al menos varias veces mayor que su resistencia a la tensión uniaxial. En
condiciones de compresión, las superficies de las grietas o las porosidades cuyos ejes mayores
son normales al eje de compresión tienden a fusionarse en vez de abrirse, y la resistencia a la
compresión no depende del tamaño de grieta máximo. Las grietas o defectos cuyos ejes no son
normales al eje de compresión tienen campos de esfuerzo en sus extremos con componentes de
esfuerzo en sus extremos con componentes e esfuerzo de tensión. En la peor orientación (-30°
respecto a la dirección axial), la intensidad (de la componente) del esfuerzo de tensión en los
extremos de las grietas es de alrededor de un octavo de la intensidad cuando el espécimen
soporta una carga de tensión. Por tanto, con base en la ecuación de la mecánica de fractura la
resistencia de compresión en las peores circunstancias es de ocho veces el esfuerzo máximo de
fluencia. Debido a la distribución estadística de las gritas, la resistencia a la compresión que se
observa es mucho mayor aún. Se afirma que la resistencia a la compresión axial es
aproximadamente 15 veces más grande:
σ c ≈ 15 σ TS (3.0)
La razón de esto es que la componente de esfuerzo de tensión del campo de esfuerzo agranda la
grieta solo un poco, y después el crecimiento se detiene porque la grieta se alinea con el eje de
compresión, como se muestra en la figura 3.0. cuando el crecimiento cesa, se dice que la grieta
se ha propagado establemente. El esfuerzo creciente agranda más grietas hasta que el daño
acumulado en el espécimen provoca que este se desintegre y se convierta en polvo. Vemos, por
tanto, que la resistencia a la compresión no depende del defecto más grande, peor orientado y
sometido a mayores esfuerzos, sino de la población total de defectos. La resistencia a la
compresión puede depender en cierta medida de la raíz cuadrada del tamaño de grano, pues es
probable que el tamaño de los defectos guarde relación con el tamaño de grano medio, o debido a
la micro plasticidad de los granos. La estadística de Weibull no es aplicable porque las
resistencias a la compresión suelen mostrar una dispersión muy pequeña.

Fig. 2 Fig. 3 En
condiciones de compresión, las grietas se agrandan solo una distancia corta se alinean con el eje
de compresión.
MODULO DE ELASTICIDAD
La curva de esfuerzo-deformación lineal, permite determinar el módulo de elasticidad de Young,
el comportamiento de flexión de un material depende del módulo de elasticidad. En las
cerámicas, la porosidad reduce su capacidad para resistir la deformación por efecto de una carga
porque el módulo efectivo del material disminuye con la porosidad. Esta reducción puede verse a
partir de los módulos de los materiales celulares o espumados, donde

( )
2
ρ
E=ES (4.0)
ρS

Donde E y Es son los módulos de la estructura espumosa y del sólido, en tanto que p y ps son las
densidades del material espumado y del solido respectivamente.
TENACIDAD A LA FRACTURA DE LAS CERAMICAS

El mayor inconveniente de las cerámicas en aplicaciones estructurales es el reducido valor de su

tenacidad a la fractura. En las cerámicas tradicionales, los valores habituales son de 0.5 a 3.0
MPa √ m (de 0.46 a 2.7 ksi √ pulg ) y, con ellos, el tamaño de grieta critico es muy pequeño. Una
resistencia a la fractura de 700 MPa (100 ksi) se asocia con un diametro de defecto de solo 1 a 30
µm (0.04 a 1.2 mils). Las cerámicas tradicionales rara vez tienen una resistencia a la fractura de
más de 350 MPa (50 ksi) debido a la persona de defectos mayores de 30 µm.

Los estudios sobre cerámicos han mostrado que se puede incrementar su resistencia a la fractura
por:

1. La presencia de micro huecos

 2. La presencia de regiones localizadas sometidas a compresión
3. Refuerzo con fibras

En el extremo de una grieta los esfuerzos se intensifican mucho y el campo de esfuerzo es

grande. La presencia de micro huecos alivia este campo de esfuerzos que propaga la grieta. Sin
embargo, este efecto favorable de los micro huecos puede aprovecharse solo dentro de ciertos
límites, pues se presentan otros efectos adversos. La presencia de regiones localizadas sometidas
a compresión requiere niveles de esfuerzo de tensión más elevados para que la grieta se propague
a traces de ellas. El refuerzo con fibras convierte la cerámica en un material compuesto. Cuando
una grieta se propaga en un material compuesto reforzado con fibra, parte de la energía se
propagación de la grieta se disipa a lo largo de las superficies de contacto de la matriz de fibra
por desenlaza miento. Por tanto, el refuerzo con fibras eleva el nivel de esfuerzo que se requiere
para propagar la grieta a través de la matriz frágil.
Material Estructura Densid Dureza Knoop Resistencia Tenacidad Modulo Razó Expa Conduct
cristalina ad o Vickers a la ruptura De la De Young n de nsión ividad
Teórica transversal Fractura Poiss térmi térmica
g/cm3 on ca 10- W/m*K
GPa 104 MPa Ksi Mpa Ksi GPa 106
6
/K
lb/ √m √ pulg lb/
pulg2 ) pulg2
Cerámica Variable 2.4-5.9 6-7 0.9-1.0 70- 10- 2.4 2.2 83- 12-20 0.24 5-17 2.0-
vítrea 350 51 138 5.4(a)
2.7-
3.0(b)
Vidrio Pyrex Amorfa 2.52 5 0.7 69 10 0.75 0.7 70 10 0.2 4.6 1.3(a)
1.7(c)
TiO2 Tetragonal 4.25 7-11 1.0-1.6 69- 10- 2.5 2.3 283 41 0.28 9.4 8.8(a)
de rutilo 103 15
Al2O3 Hexagonal 3.97 18-23 2.6-3.3 276- 40- 2.7- 2.5- 380 55 0.26 7.2- 27.2(a)
1034 150 4.2 3.8 8.6 5.8(d)
Cr2O3 Hexagonal 5.21 29 4.2 >262 >38 3.9 3.5 >103 >15 … 7.5 10-33(e)
Mulita Ortorrómbica 2.8 … … 185 27 2.2 2.0 145 21 0.25 5.7 5.2(a)
3.3(d)
ZrO2 Cubica, 5.70- 10-11 1.5-1.6 600- 87- (f) (f) 205 30 0.23 8.9- 1.8-2.2
parcialmente monoclínica, 5.75 700 102 10.6
estabilizada tetragonal
ZrO2 Cubica 5.56- 10-15 1.5-2.2 245 36 2.8 2.5 97- 14-30 0.23- 13.5 1.7(a)
totalmente 6.1 207 0.32 1.9(g)
estabilizada
ZrO2 Cubica 5.6-5.7 … … 6-80 0.9- 1.3- 1.2- 48(h) 7 0.25 7.6- 0.69-2.4
rociada de 12 3.2 2.9 10.5
plasma
CeO2 Cubica 7.28 … … … … … … 172 25 0.27- 13 9.6(a)
0.31 1.2(d)
TiB2 Hexagonal 4.5- 15-45 1.5-6.5 700- 102 6-8 5.5- 514- 75-83 0.09- 8.1 65-120(i)
4.54 1000 - 7.3 574 0.13 33-800(j)
145
TiC Cubica 4.92 28-35 4.0-5.1 241- 35- … … 430 62 0.19 7.4- 33(a)
276 40 8.6 43(d)
TaC Cubica 14.4- 16-24 2.3-3.5 97- 14- … … 285 41 0.24 6.7 32(a)
 14.5 290 42 40(d)
Cr3C2 Ortorrómbica 6.70 10-18 1.5-2.6 49 7.1 … … 373 54 … 9.8 19
Carburos Variable 5.8- 8-20 1.2-2.9 758- 110 5-18 4.6- 396- 57-95 0.2- 4.0- 16.3-119
cementados 15.2 3275 - 16.4 654 0.29 8.3
475
SiC α. Hexagonal 3.21 20-30 2.9-4.4 (i) (i) (m) (m) 207- 30-70 0.19 4.3- 21-33(d)
483 5.6
β. Cubica 3.21 … … … … … … … … … … …
SiC (CVD) β. Cubica 3.21 28-44 4.1-6.4 (n) (n) 5-7 4.6- 415- 60-64 … 5.5 121(a)
6.4 441
Si3N4 α. Hexagonal 3.18 8-19 1.2-2.8 (o) (o) (p) (p) 304 44 0.24 3.0 9-30(a)
β. Hexagonal 3.19 … … … … … … … … … … …
TiN Cubica 5.43- 16-20 2.3-2.9 … … … … 251 36 … 8.0 24(s)
5.44 67.8(q)
56.9(r)

APLICACIONES
APLICACIONES ESTRUCTURALES
Se dividen de diferente forma en este caso son en estructurales (en las que interesan
fundamentalmente las propiedades mecánicas, aunque también las químicas, etc..) y funcionales
(las del material que cumplen una función especifica en base a sus propiedades eléctricas, ópticas
u otras). Dentro de las aplicaciones estructurales se incluyen los materiales de construcción, en el
sentido amplio como materiales para vajilla y los materiales avanzados de alta resistencia
mecánica y química.
MATERIALES PARA CONSTRUCCION
En la industria de construcción, tanto en viviendas como en edificios públicos o grandes obras
hace imposible su consideración detallada, en seguida se presentan los más importantes:
MATERIALES CEMENTICIOS
Materiales Hidráulicos, se concilian en el mismo lugar de uso. Una de las características es su
elevada heterogeneidad estructural (materiales polifásicos), que debe tenerse presente para
explicar su comportamiento mecánico.
Sus propiedades y rendimiento en servicio dependen sobre manera de las maneras primas
utilizadas y del sistema de preparación; al no haber un "fabricante" del producto final, no
siempre quedan claramente delimitadas las responsabilidades. Resulta conveniente, por lo tanto,
referirse a algunas características básicas de los componentes que intervienen, divididos en dos
tipos, los aglomerantes y los agregados.
MATERIALES AGLOMERANTES
Los aglomerantes inorgánicos más utilizados comprenden las arcillas, las cales, los cementos y
los yesos. Las arcillas como su uso como aglomerante (barro o adobe sin cocer, secado al sol,
eventualmente reforzado con fibras animales o vegetales).
CALES
Las cales son agrupadas habitualmente en dos tipos: aéreas e hidráulicas. Las cales aéreas están
constituidas fundamentalmente por Cao, pudiendo contener cantidades variables de MgO, y
como impurezas arcillas, cuarzo, calizas, y otros minerales. Si éstas últimas están en una
proporción mayor del 10% se las Ilama "cales magras", y si es menor, "cales grasas". Se
suministran como "cal viva" (proveniente de los hornos de cal), que debe ser "apagada":
CaO+ H 2 O →Ca ( OH )2 +calor (1.0)

formándose una "lechada de cal", que luego se decanta precipitando la pasta (hidróxido de
calcio) y quedando el "agua de cal" (su solución saturada), que sobrenada y se separa por
decantación. También se la suministra en esta última forma, es decir, como "cal hidratada",
hidróxido de calcio con contenidos variables de Mg(OH)2 (cales magnésicas o dolomíticas). EI
uso funda mental es en revestimientos delgados o revoques, y en estos materiales el
endurecimiento y consolidación no se produce por liga hidráulica, sino por formación de cristales
de calcita:
Ca (OH )2 +CO2 →CaC O 3 + H 20 (1.1)

Esta carbonatación por el C02 atmosférico es un proceso lento, que lleva entre 20 y 30 días,
dependiendo de la humedad y la temperatura ambiente y el contenido de C02 del aire (a veces se
acelera, con resultados variables, produciendo una combustión en las inmediaciones). La
resistencia mecánica de los materiales así consolidados no es muy grande, pues está basada
exclusivamente en el entrecruzamiento de los cristales aciculares de calcita. Cuanto más lento el
proceso, más largos son los cristales y más se entrecruzan,
EI agua ataca los revestimientos encalados por formación de carbonato ácido de calcio, bastante
soluble:
CaC O3 + H 2 O+C O2 →Ca ( HC O 3) 2 (1.2)

Este último proceso es más rápido en el caso de la magnesita, MgC03, por lo que las cales no
deben tener un contenido excesivo de MgO. Las cales hidráulicas, conocidas desde la
antigüedad, son mezclas controladas de cal y arcillas, y durante su fabricación, en la calcinación,
se forman Cao y meta caolinita que, al hidratarse, forman aluminosilicatos de Ca que sinterizan
por liga hidráulica. EI "apagado" debe ser realizado en este caso en forma muy controlada, ya
que la cal y la meta caolinita tienen distintas velocidades de reacción con el agua; generalmente
se suministra el producto ya hidratado.
Existen distintos tipos según el contenido de arcilla, y se usan fundamentalmente para preparar la
"mezcla" o "argamasa" (con agregado de arena, etc.), con la que se cementan los ladrillos. Luego
de los 28 días de fraguado, la resistencia a la compresión es equiparable a la del OPC (cemento
portland ordinario), aunque la resistencia a la tracción y al impacto es menor.
CEMENTO
El cemento portland ordinario o común (OPC) no tiene cal libre y el Clinker, está formado
fundamentalmente por C3S, C2S Y C3A, junto con silicoaluminatos de calcio en menor
proporción, así como C4AF. Al Clinker se agregan pequeñas cantidades de yeso, en orden de 2 a
4%, para iniciar y regular el fraguado. La resistencia mecánica del producto (hormigón) depende
de la microestructura lograda, fundamentalmente del tamaño y grado de entrecruzamiento de los
cristales. EI C3A se hidrata más rápidamente dentro de las primeras 24 horas, formándose una
pasta poco resistente. EI endurecimiento o consolidación aviene por la hidratación del C3S, que
se completa en unas cuatro semanas, y del C2S, más lenta aún. Otras reacciones secundarias
pueden continuar por años, pero por convención se toma el período de fraguado como de 28 días.
En este proceso influyen notablemente las características climáticas, la calidad del agua, la
composición del propio cemento y los agregados introducidos; la cinética del proceso es
extraordinariamente compleja y es aún objeto de estudio. En el OPC se llega a los 28 días a
valores de resistencia a la compresión entre 3 y 6 MPa, y a la tracción unas diez veces menos
(ver Capítulo 8). Se fabrican cementos de fragüe rápido ("supercementos") con mayor contenido
de C3S. Otros tipos se fabrican mediante agregado de diversas sustancias (puzolanas, escorias de
alto horno, cenizas de carbón, alúminas, sílice coloidal, arcillas expandibles, polímeros
orgánicos, etc.). EI "cemento blanco" se fabrica con caolines con muy bajo contenido de hierro.
Los "cementos MDV', o "cementos libres de macro defectos”, son el resultado de una
preparación extremadamente cuidadosa. Los cementos aluminosos refractarios se tratan en el
siguiente capítulo. En el "cemento pretensado", el material que está fraguando se somete a
compresión mediante moldes regulables o inclusión de barras metálicas de manera que las
fisuras tengan luego mayor dificultad para propagarse. Los "cementos resistentes a los ácidos"
contienen menor proporción de Ca(OH)2 libre que es soluble en soluciones ácidas.
YESOS
Existen distintos tipos de yesos. Por calcinación controlada del mineral de yeso, entre 175 y 200
°C, se obtiene el yeso rápido o escayola, o "yeso de París":
CaSO 4 . 2 H 2O → CaSo 4 . 0,5 H 2 O+ 1,5 H 2 O (1.3)
Por agregado de agua a temperatura ambiente se produce una cristalización muy rápida a través
de la reacción inversa de la precedente; en pocos minutos el fraguado es considerable y a las 24
horas la compactación es definitiva, con un incremento de volumen que hace que el material
obtenido por colado de la pasta en moldes esté en estado de compresión, 10 que dificulta la
propagación de fisuras. También aquí las propiedades mecánicas finales están basadas en el
tamaño y grado de entrecruzamiento de los cristales, pero no se alcanzan valores importantes de
resistencia a la tracción salvo que se 10 refuerce con fibras de vidrio, en cuyo caso puede
soportar cargas.
EI yeso hidráulico se obtiene por deshidratación completa, a más de 800 °C, y consiste en CaS04
anhidro. Este material fragua por liga hidráulica más lentamente, pero presenta una resistencia
mecánica superior. Los yesos son muy susceptibles a la acción del agua, pues son muy porosos,
y el agua va disgregando poco a poco la estructura cristalina. Se los puede impermeabilizar
agregando alumbre potásico, cola ("estuco"), o polímeros orgánicos. Este proceso luego se
transformó en uno de los más importantes de la industria cerámica. Este tipo de yeso es el que se
utiliza también en traumatología ("enyesado" de piezas óseas fracturadas).
AGREGADOS-MORTEROS Y HORMIGONES
La mezcla de un aglomerante con un material inerte, finamente dividido (arena, por ejemplo),
denominado agregado pasivo, y su posterior consolidación por fraguado, da por resultado un
mortero. Si el agregado consiste en trozos de piedra partida u otros materiales de tamaño mayor a
3 o 5 mm, el material resultante es un hormigón. Los agregados cumplen una importante función
de refuerzo actuando como la fase dispersa en un material compuesto, siendo la matriz el
aglomerante. En general éste último presenta una buena adherencia sobre las partículas de
agregado, de modo que los esfuerzos mecánicos se transmiten con facilidad. Estas propiedades
mecánicas dependen de tres factores: a) el fragüe del aglomerante, b) la granulometría del
agregado, y c) las proporciones volumétricas de cada fase.
También se utilizan agregados activos, que reaccionan químicamente con el aglomerante,
creándose interfases con gran influencia en las propiedades mecánicas y químicas del material
final: polvo de ladrillos, puzolanas, cales, impermeabilizantes orgánicos, y muchos otros. En
ambos casos, un tercer componente es fundamental: el agua. Su calidad, proporción, forma de
mezclado, etc., es de la mayor importancia. Un mezclado particular con burbujeo de aire, o bien
el agregado de materiales porosos, lleva a los hormigones livianos, que pueden obtenerse
también por agregado de productos orgánicos, o bien de aluminio metálico, que reacciona con eI
medio alcalino del cemento produciendo burbujas de hidrógeno.
MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ CEMENTICIA
Todos los materiales utilizados en la construcción son de tipo polifásico, conocidos como "macro
compuestos", para distinguirlos de los compuestos reforzados con fibras. Esta categoría también
incluye los aglomerados pétreos artificiales, fabricados mediante la unión de trozos de rocas o
materiales reciclados cocidos con cemento como aglutinante. Existe una amplia variedad de
productos utilizados como mosaicos o baldosas, como los mosaicos vítreos ("venecianos"), el
mármol reconstituido, los bloques de hormigón, los ladrillos de suelo-cemento y otros.

El refuerzo del cemento con fibras ha experimentado un notable desarrollo. El asbesto-cemento

("fibrocemento") fue desarrollado durante la Primera Guerra Mundial y ha tenido una amplia
difusión. La incorporación de fibras de asbesto o "amianto" (específicamente del tipo crisotilo),
que poseen una alta resistencia mecánica y química frente al medio altamente alcalino del
cemento, confiere al material una elevada resistencia a la tracción (ver tabla 1.1). Sin embargo,
debido al descubrimiento de la naturaleza cancerígena del asbesto y a su escasez como mineral,
su uso tiende a disminuir.

El cemento reforzado con fibras de vidrio (GRC, por sus siglas en inglés) es un material
interesante, pero requiere el desarrollo de un vidrio especial resistente a los álcalis (AR) para que
las fibras puedan resistir el medio altamente alcalino del cemento, el cual daña otras fibras de
vidrio y anula su capacidad de refuerzo.
MATERIALES DE CERAMICA ROJA
Son por liga vítrea, un proceso de cocción llevado a cabo en hornos generalmente de tipo túnel,
contiene altos porcentajes de materia orgánica. La temperatura de cocción debe ser 10
suficientemente elevada como para que se forme la cantidad apropiada de fase vítrea, pero no tan
alta como para que el porcentaje de líquido haga que el objeto se deforme. El intervalo de
cocción está entre 950 y 1100 °C, según la materia prima utilizada, el tipo de horno, y el diseño
de los productos. Se obtienen así materiales bien consolidados, con estructura porosa, cuya
resistencia mecánica depende de una buena relación entre fases cristalinas y vítreas, de una
porosidad no muy elevada (nomás del 10-15% v/v), y de las fisuras que pueda presentar su
superficie, producidas por choque térmico a la salida del horno, así como por manipuleo y
transporte, Estos productos incluyen entre los de uso más importante:
 Ladrillos macizos y huecos
 Bloques portantes, normales y pretensados
 Tejas, normales (varios diseños) y vitrificadas
 Revestimientos: baldosas, azulejos y mayólicas con superficies esmaltadas, para pisos y
paredes.
MATERIALES PARA PISOS Y REVESTIMIENTOS
Con respecto a los tradicionales tienen una mayor resistencia mecánica y a la abrasión, mayor
resistencia a los agentes químicos y productos de limpieza, muy baja porosidad, color, brillo y
aspecto perdurable, están disponibles en una enorme variedad de estilos. Su fabricación se
caracteriza por partir de materias primas procesadas y de propiedades uniformes, utilizar hornos
y equipos de procesamiento, así como, sistemas de aseguramiento de la calidad.
ARTICULOS CIENTIFICOS
PROCESAMIENTO DE MATERIALES CERAMICOS TRADICIONALES: AZULEJOS
CERAMICOS Y LADRILLOS DE CONSTRUCCION
El proceso que se lleva a cabo en los cerámicos tradicionales en forma de partículas para el caso
del concreto de materiales cerámicos tradicionales, poniendo como ejemplos el procesamiento de
azulejos cerámicos y de ladrillos de construcción, y realizando una comparación entre el
procesamiento de los distintos materiales cerámicos tradicionales. (Portero & José, 2020)
REFERENCIAS

Mangonon, P. L., & De, A. (2001). Ciencia de materiales.

Kingery, W. D., H Kent Bowen, & Uhlmann, D. R. (1976). Introduction to ceramics. Wiley.

‌Mari, E. (n.d.). Los materiales cerámicos. TECNIBOOK EDICIONES.

ARTICULO:

Portero, M., & José, M. (2020). Procesamiento de materiales cerámicos tradicionales: azulejos

cerámicos y ladrillos de construcción. Riunet.upv.es. http://hdl.handle.net/10251/146536

RESUMEN DEL TRABAJO FINAL

Los materiales polímeros, cerámicos y compuestos se clasifican de diferentes formas, los

polímeros o comúnmente llamados plásticos se pueden llegar a dividir en polímeros lineales o
termoplásticos, en donde se comportan como “solidos elásticos” con una respuesta (deformación
o elongación) inmediata o instantánea, dependen de las características elásticas del material, los
cerámicos llegan a ser materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos (o
semimetálicos como Si y Ge) y no metálicos (C, N, O, P o S) enlazados principalmente mediante
enlaces iónicos y covalentes, estos mismos pueden ser cristalinos, no cristalinos, o mezcla de
ambos, las características que contienen los cerámicos son una alta dureza y rigidez, aislamiento
térmico y eléctrico (bajas conductividades térmica y eléctrica), altas temperaturas de fusión,
fragilidad mecánica, baja ductilidad y tenacidad, entre otros. Los materiales compuestos se
dividen en termoestables y termoplásticas, poseen un gran balance en las propiedades que se
obtienen de el, esto se puede visualizar en las propiedades mecánicas respecto a la ligereza que
tienen, gracias a su elevada variedad y respecto a la economía ha incrementado la utilización de
este material, la combinación de estas (polímeros termoplásticos o termoestables, con fibras
como vidrio, carbono) permite una gran variedad de materiales que se adaptan a aplicaciones
muy diversas.

Las aplicaciones que se llevan acabo en estos materiales pueden ser las siguientes:

APLICACIONES
POLIMEROS CERAMICOS COMPUESTOS
Industria petrolera: Aditivos Tradicionales: Productos de Mayor resistencia, poca
en las etapas del proceso de arcilla y refractarios fluencia, poca relajación por
perforación, producción, tensión, es utilizado en la
transporte y procesamiento de industria.
crudo
Fluidos de perforación: Son Conglomerantes: Cal, yeso y Sistemas generales de fibra:
utilizados en viscosificantes, el cemento proyección, gunitado o como
defloculantes o floculantes de pulpa, en fibrocernentos,
arcillas, aditivos para piezas fibroblástico.
controlar la perdida de fluido
Recuperación mejorada de Nuevos materiales cerámicos Moldeo preparación y armado
crudo: Incrementar la (avanzadas): óxidos de piezas: aeronáutica,
viscosidad de la fase acuosa, cerámicos, carburos automoción, fabricación de
esto mejora la eficiencia de cerámicos, nitruros cerámicos avionetas, yates, cabina de
los procesos de agua pozo y boruros cerámicos coches o camiones, su costo
producto pozo inyector 13 Fundidos: vidrio y la es elevado por la materia
recuperación de crudo, así vitrocerámica prima utilizada, así como, la
como, para reducir la mano de obra, pero es
movilidad de la fase acuosa competitivo respecto a otros
incrementando su viscosidad materiales, gracias a su
y reduciendo la elevada resistencia y menor
permeabilidad de l roca densidad.
porosa al agua.