Materiales Cerámicos

Propiedades

Los materiales cerámicos son buenos aislantes, tienen una temperatura de fusión y resistencia en compresión elevadas. Su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico en un ensayo de tracción) también es muy elevado (lo que llamamos fragilidad).

Estas propiedades hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc.). Por esta razón, se realiza un tratamiento de sinterización. Este proceso, por su naturaleza, produce poros que pueden ser visibles. Debido a los poros, la fragilidad y el enlace iónico covalente, un ensayo a tracción es imposible de realizar.

Algunos materiales cerámicos pueden soportar una tensión mecánica en compresión superior a la del acero. Esto se debe a la compresión de los poros creados en el material. Al comprimir estos poros, la fuerza por unidad de sección aumenta.

Tipos de Materiales Cerámicos

Las propiedades de un material cerámico dependen de la arcilla, la temperatura y las técnicas de cocción. Se clasifican en:

Materiales Cerámicos Porosos

No han sufrido vitrificación (el cuarzo no se funde con la arena). Su fractura es terrosa y son permeables a gases, líquidos y grasas. Entre los más importantes:

• Arcillas Cocidas: Color rojizo por el óxido de hierro. Cocción entre 700 y 1000 °C. Si se recubre con óxido de estaño, se denomina loza estannífera. Se usan en baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

• Loza Italiana: Arcilla entre amarillenta y rojiza mezclada con arena, con posible barniz transparente. Cocción entre 1050 y 1070 °C.

• Loza Inglesa: Arcilla arenosa sin óxido de hierro, con sílex (25-35%), yeso, feldespato (reduce el punto de fusión) y caolín (mejora la blancura). Cocción en dos fases: 1) 1200-1300 °C; 2) Se cubre con esmalte. Similar a la porcelana, pero no impermeable.

• Refractarios: Arcillas cocidas porosas con alto contenido de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. Cocción entre 1300 y 1600 °C. Enfriamiento lento para evitar agrietamientos. Resisten temperaturas de hasta 3000 °C. Se usan en:

  • Ladrillos refractarios para hornos.
  • Electrocerámicas: en investigación para motores, generadores, etc., para sustituir elementos metálicos y obtener mayor rendimiento.

Materiales Cerámicos Impermeables y Semiimpermeables

Se vitrifica completamente la arena de cuarzo a altas temperaturas, resultando en productos impermeables y más duros. Los más destacados:

• Gres Cerámico Común: Arcillas ordinarias a 1300 °C. Se usa en pavimentos.

• Gres Cerámico Fino: Arcillas refractarias (con óxidos metálicos) y fundente (feldespato). Cocción a 1300 °C. Se impregna con sal marina, que reacciona con la arcilla y forma una capa vitrificada.

• Porcelana: Caolín (arcilla pura), fundente (feldespato) y desengrasante (cuarzo o sílex). Muy dura, espesor de 2 a 4 mm, color blanco o translúcido. Dos cocciones: 1) 1000-1300 °C; 2) Hasta 1800 °C. Usos domésticos e industriales. Tipos según temperatura:

  • Porcelanas Blandas: 1000 °C, se esmaltan y se vuelven a cocer a 1250 °C o más.
  • Porcelanas Duras: 1000 °C, se esmaltan y se vuelven a cocer a 1400 °C o más. Si se decoran, se hace después y se cuecen a 800 °C.

Vidrios

Elaboración de Vidrios Comunes

Compuestos por silicato de sodio y silicato de calcio. Materias primas: arenas (dióxido de silicio), soda Solvay (carbonato de sodio decahidratado) y piedra caliza (carbonato de calcio). Se usan hornos de cubeta a 1000-2000 °C. Se recupera el vidrio de desechos (cascote).

Vidrio Templado

Calentamiento a 650 °C y enfriamiento brusco. Aumenta la tensión superficial:

• Mayor resistencia al impacto (hasta 6 veces).
• Mayor resistencia al choque térmico (hasta 4 veces).
• Rotura en fragmentos pequeños, no cortantes.

No se puede cortar, perforar ni pulir después del templado. Templado vertical y horizontal.

Vidrio Laminado

Unión de dos o más láminas de vidrio con láminas de plástico (PVB). En caso de rotura, los trozos quedan adheridos. Propiedades:

• Seguridad.
• Aislamiento acústico.
• Se puede curvar.

Vidrio Armado

Incorpora una malla metálica. Actúa como soporte en caso de rotura. Retarda la propagación del fuego (30-60 minutos).

Vidrios Atérmicos

Vidrios Absorbentes

Aumentan la absorción de la radiación solar (hasta 78% vs. 15% del vidrio común).

Vidrios Reflectantes

Aumentan la reflexión de la radiación solar (hasta 57% vs. 7% del vidrio común).

Combinados, limitan la transmisión de energía al 11% (vs. 85% del vidrio común). Reducen la cantidad de luz. Protegen láminas, cuadros y fotos.

Vidrios Dobles

Dos láminas de vidrio con cámara de aire sellada con gas deshidratado. Aumentan la resistencia térmica.

Vidrios Traslúcidos

Transmiten la luz difusa e impiden la visión clara. Tipos:

• Vidrio Fantasía: dibujo impreso.
• Vidrio Esmerilado: tratamiento superficial con ácidos o arena.
• Vidrio Opal: fosfatos o fluoruros en la masa.

Otros Tipos de Vidrio

Vidrio de Borosilicato

Óxido de calcio sustituido por óxido bórico. Menor dilatación térmica, mayor resistencia a altas temperaturas y ácidos (ej. Pyrex).

Vidrio de Plomo

Óxido de calcio sustituido por óxido de plomo. Mayor densidad, brillo y aptitud para el tallado (cristal).

Sílice Vítrea

Mínima cantidad de óxidos alcalinos. Mayor permeabilidad a la radiación ultravioleta.

Vidrios Coloreados

Agregados que dan coloración.

Espejos

Lámina de metal (estaño o plata) en una cara del vidrio.

Cristales Esmaltados

Revestimiento de esmalte cerámico vitrificado. Usado en muros cortina. Templado opaco.

Materiales Aglomerantes

Yeso

Producto de la deshidratación del aljez. Se muele, se calienta a 400-500 °C, se enfría y se pulveriza. Amasado con agua, fragua y endurece rápidamente (mortero de yeso).

Cal

Descomposición de rocas calizas por calor (>900 °C). Óxido de calcio (cal viva). En contacto con agua, se hidrata (apagado de la cal) y forma una pasta que, con agua y arena, crea mortero de cal (estupo).

Cemento

Material aglomerante en polvo. Cocción a 1550 °C de piedra caliza y arcilla (>22% arcilla). Se calcina, se tritura y se muele.

Hormigón

Mezcla de grava, gravilla, arena, cemento y agua. Se adapta a moldes (encofrados). Tipos: en masa, seco, plástico, blando, fluido, ciclópeo, ligero, celular, de piedra pómez, armado, pretensado, postensado, apisonado, vibrado y centrifugado.

Madera

Definición

Material ligero, resistente y fácil de trabajar. Sustancias: celulosa (50%), lignina (30%), resina, almidón, tanino y azúcares (20%).

Estructura

• Médula
• Duramen
• Albura
• Líber
• Corteza

Propiedades Generales

• Hendibilidad
• Dureza
• Color y veteado
• Olor
• Conductibilidad
• Densidad
• Porosidad
• Retractabilidad

Propiedades Especiales

• Inflamabilidad
• Combustibilidad
• Propiedades térmicas
• Propiedades acústicas

Clasificación

• Coníferas
• Frondosas
• Tropicales

Denominaciones

• Sin labrar: rollo, madero, cuartón, etc.
• Labrada: viga, vigueta, alfarjía, tablón, etc.

Enfermedades y Defectos

• Grietas
• Corazón excéntrico
• Corazón hueco
• Pata de gallo
• Doble albura
• Nudos

Tratamientos de Protección

• Pinturas asfálticas
• Colas
• Barnices
• Pinturas sintéticas