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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN

INGENIERIA DE MATERIALES

ALUMNOS: CRUZ HERNANDEZ RAYMUNDOPEA SOLIS JOSE ANTONIO

MATERIALES CERAMICOSLa cermica es la industria mas antigua de la humanidad, es una idea genial y fecunda, pues se ha desarrollado ampliamente a lo largo de la historia, no solo en cantidad si no tambin en la variedad de estos productos, algunos de ellos de importancia trascendental para las tecnologas modernas.

QUE ES UN MATERIAL CERAMICO?

Una definicin amplia de materiales cermicos dira que son slidos inorgnicos nometlicos producidos mediante tratamiento trmico.

Comparados con los metales y plsticos son duros, no combustibles y no oxidablesPueden utilizarse en ambientes con temperatura alta, corrosivos y tribolgicos.En dichos ambientes muchas cermicas exhiben buenas propiedades electromagnticas, pticas y mecnicas. Una caracterstica fundamental del termino material incluye que puedan fabricarse en formas con dimensiones determinadas.

Tambin pueden ser cristalinos o no cristalinos. Los materiales cermicos no cristalinos incluyen el vidrio y unos cuantos materiales ms con estructuras amorfas.

DE QUE ESTAN CONSTITUIDOS LOS MATERIALES CERAMICOS?

En estos materiales los sistemas cubicos,hexagonales, tetragonales y ortorrmbicos son los mas importantes.

Con los enlaces inicos y covalentes estos materiales adquieren una gran estabilidad y son resistentes a las alteraciones qumicas.

Ejemplos de constituyentes de los materiales cermicos son:

- 63% COVALENTE Y 27% IONICO

- 51% COVALENTE Y 49% IONICO

- 30% COVALENTE Y 70% IONICO

- 11% COVALENTE Y 89% IONICO

COMO SE OBTIENEN LOS MATERIALES CERAMICOSTienen estructura cristalina mas compleja que la de los materiales metlicos, existen varias razones para esta diferencia:

Los tomos son de diferentes tamaos.

Las fuerzas inicas son diferentes para cada material cermico .

La unin de mas de dos elementos.

CLASIFICACIN DE LOS CERMICOS.

SEGN SU COMPOSICION

GRUPO I .-Comprende los materiales construidos predominantemente por silicatos de aluminio (arcilla, caoln,etc.), los ms conocidos son la porcelana y la loza vidriada

GRUPO II.-Comprende los materiales en cuya constitucin entra en gran proporcin, los silicatos magnsicos (talco), el ms representativo es la esteatita.

GRUPO III.-En este grupo se incluyen los materiales cermicos con alta proporcin de compuestos de titanio(principalmente, xidos y silicatos). Los ms empleados son los que emplean el bixido de titanio como material bsico, y que se conocen con los nombres comerciales de Condensa, Kerafar, etc..

GRUPO IV.-En este grupo estn incluidos los materiales a base de mezclas que contienen sustancias arcillosas y esteatitas en proporciones adecuadas, de forma que el material acabado tiene un coeficiente de dilatacin muy reducido. Se conocen con varios nombres comerciales, tales como Ardostam , Sipa, etc..

GRUPO V.-Al contrario que en los grupos anteriores, los de este grupo tienen estructura porosa. Estn constituidos a base de masas arcillosas o de silicatos de magnesio y se caracterizan, sobres todo, por su gran resistencia al calor. Se conocen con diversos nombres comerciales: Magnesolita,Termisol, Calodur, Morganita, etc.. SEGN SU ESTRUCTURA

Cristalinos. Cuando estn constituidos por tomos perfectamente ordenados en el espacio. En este grupo se encuentran englobados los metales, los materiales cermicos y algunos polmeros que poseen regularidad suficiente.

Amorfos. Cuando solamente presentan una ordenacin espacial a corta distancia. Es el caso de los vidrios y de los polmeros vtreos.

CERAMICOS CRISTALINOS

Se obtienen a partir de slice fundida. Tanto el proceso de fusin como el de solidificacin posterior son lentos, lo que permite a los tomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecnica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayora de los vidrios refractarios.

Estructura del cloruro de Sodio (NaCl). La estructura es FCC, los 4 cationes estn colocados en vrtices normales y los 4 aniones ocupan las posiciones octadricas. La relacin de radios establece un nmero de coordinacin igual a 6.

Entre los compuestos cermicos que comparten el mismo tipo de estructura estn el MgO, CaO, NiO y FeO.

CERMICOS NO CRISTALINOS

Se obtienen tambin a partir de slice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rpido, lo que impide el proceso de cristalizacin. El slido es amorfo, ya que los tomos no se ordenan de ningn modo preestablecidos.

Estructuras de los silicatos

Se basan en el tetraedro de slice SiO44 - , los iones deoxgeno situados en las esquinas del tetraedro.

Gran nmero de materiales cermicos contienen estructuras de silicatos: arcillas, feldespatos y micas.

El enlace Si-O es, aproximadamente, 50 % de covalente y 50 % inico, segn la ecuacin de Pauling. La razn de radios del enlace Si-O es de 0,29, que est en el intervalo de la coordinacin tetradrico.

Como cada oxgeno del tetraedro de silicato tiene un electrn disponible para enlazarse, se pueden producir muy diferentes tipos de estructuras de silicato. Estructuras pueden ser de islas, cadenas, anillos y laminas.

PROPIEDADES MECANICAS

Los materiales cermicos son generalmente frgiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensin y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos.

Los poros y otras imperfecciones microscpicas actan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados. Los cermicos son relativamente frgiles.

La resistencia a la tensin observada en los cermicos varia mucho, en un intervalo que abarca desde valores muy bajos de menos de 100 psi (0,69 Mpa) hasta10000000 psi (7000 Mpa) para fibras cermicas.El mdulo de elasticidad alcanza valores bastante altos del orden de 311 GPa en el caso del Carburo de Titanio (TiC). El valor del mdulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal al aumentar sta.

Estos materiales muestran deformaciones plsticas. Sin embargo, debido a la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformacin ocurre de forma muy lenta.

Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformacin plstica, y tambin es muy lenta. Aun as, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cermicos..Tienen elevada resistencia a la compresin si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas(hasta 1.500 C). Bajo cargas de compresin las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas detraccin o cizalladora las grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.

Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cermicos son muy bajos (apenas sobrepasan el valor de 1MPa.m1/2), valores que pueden ser aumentados considerablemente mediante mtodos como el reforzamiento mediante fibras o la transformacin de fase en Zirconio.

Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecnicas a altas temperaturas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

Los materiales cermicos deberan ser mas resistentes que los materiales metlicos pero su fina estructura de sus enlaces evitan que hayan deslizamientos, mecanismo base para un deformacin clsica.

Los materiales cermicos al igual que los metales, tienen las mismas imperfecciones cristalinas (vacantes, tomos desacomodados, pequeas fisuras y grietas), todo eso tiende a concentrar esfuerzos y el material metlico falla por fractura.PROPIEDADES TRMICAS

La mayora de los materiales cermicos tienen bajas conductividades trmicas debido a sus fuertes enlaces inico/covalentes. La diferencia de energa entre la banda de valencia y la banda de conduccin en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conduccin, por este hecho son buenos aislantes trmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalrgicas, qumicas cermicas y del vidrio.

RESISTENCIA A LA TEMPERATURA

Esta propiedad se fundamenta en tres caractersticas de los materiales cermicos: elevado punto de fusin, bajo coeficiente de dilatacin y baja conductividad trmica. Su elevado punto de fusin supera el de todos los metales, si exceptuamos el Wolframio. Su bajo coeficiente de dilatacin los hace particularmente resistentes a los choques trmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios de volumen que determinan la aparicin de gritas y su posterior rotura. Su baja conductividad trmica permite su empleo como aislantes

SOY UNA REATA HACIENDO PRESENTACIONES25

APLICACIONESCERAMICAS AVANZADAS

Nitruro de silicio ( ), utilizado como polvo abrasivo.

Carburo de boro ( ), usado en algunos helicpteros y cubiertas de tanques.

Carburo de silicio ( ), empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.

Diboruro de magnesio ( ), es un superconductor no convencional.

xido de zinc ( ), un semiconductor.

Ferrita ( ) es utilizado en ncleos de transformadores magnticos y en ncleos de memorias magnticas.

Esteatita, utilizada como un aislante elctrico.

Ladrillos, utilizados en construccin

xido de uranio ( ), empleado como combustible en reactores nucleares

xido de itrio, bario y cobre ( ), superconductor de alta temperatura.

ASBESTOS

Unidad bsica: SiO32.

Son silicatos, minerales filamentosos, formados por fibraslargas y delgadas, flexibles, fcilmente separables, aislantes delcalor, la electricidad y del sonido; y resistentes a la accin delfuego.

Usos : ropa resistente al fuego, mantas contra incendios,chapas, aislantes (cartones), hilos aislantes.

Las fibras se usan tambin en las zapatas de frenos y para laproduccin de fibrocemento, caos, chapas, tanques, etc.

TALCO

Mineral de color blanco a gris verdoso.

Pertenece al grupo de los silicatos.

En la escala de Mohs se toma como patrn de la menor dureza

posible, asignndosele convencionalmente el valor 1 .

En forma de polvo se utiliza como relleno en la fabricacin de papely cartulina, para lacas y pinturas, en la industria cermica, comoaditivo de gomas y plsticos.

Por su resistencia a elevadas temperaturas se utiliza en la fabricacinde materiales termo-resistentes.

Tambin es la base de muchos polvos en la cosmtica.

Aislacin del Taxi Espacial

Cerca del 70% de la superficie externa es protegida porunas 24000 bloques cermicos.

Material: Silica favor compound.

Densidad 4kg/ft3 y soporta temperaturas de hasta 12600C

GRACIAS POR SU ATENCION3AV2