MATERIALES CERAMICOS

• Soluciones compuestas- elementos metálicos y no metálicos enlazados mediante uniones iónicas y/o covalentes. 

• Son duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad.

• Son buenos Aislantes eléctricos y térmicos.

• Tienen altas temperaturas de fusión, alta resistencia al ataque químico, bajo costo y presentan la facilidad de controlar su aspecto.

 Productos de arcilla

Productos estructurales de arcilla, Porcelanas.

Vidrios

Cerámicos de uso Ingenieril

– Oxido de Aluminio (Al2O3)

– Carburo de Silicio

– Refractarios

– Cementos

– Abrasivos

– Cerámicas

Propiedades destacables de los materiales Cerámicos

Alta temperatura de fusión

• Baja densidad

• Rigidez, dureza, resistencia estructural

• Resistencia a la corrosión

• Buenos aislantes térmicos y eléctricos

ASBESTOS

Sonsilicatos, minerales filamentosos, formados por fibras largas y delgadas,           flexibles, fácilmente separables, aislantes del calor, la electricidad y del sonido; y   resistentes a la acción del fuego. 

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

Las fibras se usan también en las zapatas de frenos y para la producción de fibrocemento, 

caños, chapas, tanques, etc. 

  

  

Las etapas básicas en la fabricación de productos cerámicos son :

Extracción: obtención de la arcilla, en las canteras, llamadas barrenos, que además de ser a cielo abierto, suelen situarse en las inmediaciones de la fábrica de arcilla.

Preparación: Consiste en la molienda primero y la mezcla de las diferentes materias primas que componen el material. La composición variará en función de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una practica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos. 

Conformación: los métodos de modelado de cerámica que se utilizan mas comúnmente.

Prensado. La materia prima puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados 8Ver vídeo como se fabrican los azulejos más abajo).

Prensado en seco: este método se usa frecuentemente para productos refractarios (materiales de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultanea y la conformación de los polvos granulados con pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos en un troquel. Después del estampado en frío, las partículas son normalmente calentadas (sinterizadas) a fin de que se consigan la fuerza y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas

Extrusión. Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de embutir. (Ver vídeo como se fabrican los ladrillos más abajo).

Secado: Las piezas recién moldeadas se romperían si se sometieran inmediatamente al proceso de cocción, por lo que es necesario someterlas a una etapa de secado con el propósito es eliminar el agua antes de ser sometida a altas temperaturas. Generalmente, la eliminación de agua se lleva a cabo a menos de 100ºC y puede tardar tanto como 24h. para un trozo de cerámica grande.

Cocción: al cocer las arcillas a alta temperatura se producen una serie de reacciones que desembocan en una consistencia pétrea y una durabilidad adecuada para el fin para el que se destinan. Como se ha dicho antes la temperatura dependerá del tipo de material.

Os dejo, como ejemplo, los siguientes cortos de la serie Así se hace, donde podéis ver el proceso de fabricación de ladrillos, de azujejos y porcelana fina

 

Los materiales cerámicos tienen como característica química estar compuestos principalmente por enlaces iónicos y covalentes, que se ordenan en forma específica, dándole al material una estructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades distintivas. Son materiales inorgánicos, de baja conducción eléctrica y mecánicamente frágiles. Algunos de estos materiales se utilizan desde la Antigüedad, pues son los materiales de uso en construcción más extendidos y antiguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta. Ladrillos, adobes y todo tipo de tabiques usados en construcción son ejemplos de estos.

La producción de cerámicas avanzadas sigue las etapas de producción de polvos, preparación de la masa por humectación, conformado y secado, prensado y sinterización, aplicando el calor con o sin presión simultánea, para acabar con el mecanizado. La correcta composición de los polvos constituye un punto fundamental del proceso, para lo que es preciso eliminar totalmente las impurezas y uniformar el tamaño de las partículas. Los procesos más utilizados industrialmente son:

§  La fundición por revestimiento. Una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El  iquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.

§  La conformación plástica en húmedo. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta.

§  Prensado con polvo seco. Se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.

§  El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Se obtienen mayor densidad y tamaño mas fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.

§  La compactación isostática. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frio.

Algo que cabe señalar dentro de la clasificación de las cerámicas es que los vidrios NO son materiales cerámicos, se estudian de forma aparte, pues aunque tienen características similares, no son materiales sólidos sino líquidos subenfriados y su estructura no es cristalina sino amorfa (desordenda).

Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades: 

• Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura. 

• Son capaces de soportar altas temperaturas 

• Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión 

• Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas. 

Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad que presenten. Son mucho más duros que los metales. A diferencia de éstos, se trata de materiales relativamente frágiles, ya que los enlaces iónico-covalentes. 

Su fragilidad es muy baja y las fracturas se propagan de manera irreversible. 

Para mejorar sus propiedades, se han desarrollado materiales híbridos o compositores. Estos compuestos constan de una matriz de fibra de vidrio, de un polímero plástico o, incluso, de fibras cerámicas inmersas en el material cerámico, con lo que se consigue que el material posea elasticidad y tenacidad, y, por tanto, resistencia a la rotura. 

Los materiales cerámicos también se utilizan en la fabricación de otros materiales híbridos denominados cermet, abreviatura de la expresión inglesa ceramic metals, compuestos principalmente de óxido de aluminio, dióxido de silicio y metales como el cobalto, el cromo y el hierro. 

Para obtenerlos, se emplean dos técnicas: el sintetizado y el fritado. 

El sintetizado consiste en compactar los polvos metálicos cuando presentan dificultad para ser aleados. El fritado consiste en someter el polvo metálico junto al material cerámico a una compresión dentro de un horno eléctrico para obtener una aleación. 

Resistencia a la temperatura 
Esta propiedad se fundamenta en tres características de los materiales cerámicos: elevado punto de fusión, bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad térmica.