Horneado y Sinterización

Entre el 70% y 80% de la temperatura de fusión, se generan puentes de unión entre los granos individuales, lo que aumenta la rigidez y la resistencia mecánica, y disminuye la fragilidad. Las temperaturas no suelen exceder los 1300ºC (tradicionales) y 1800ºC (avanzadas).

Sinterización

Unión entre pequeñas partículas a alta temperatura y presión por difusión en el estado sólido (solo en los cristalinos en estado sólido).

Sinterización en Fase Líquida: Vitrificación

Los fundentes o impurezas presentes en las partículas cerámicas reaccionan entre sí para producir una fase líquida (base vítrea) en la superficie de los granos.

Propiedades Mecánicas de los Materiales Cerámicos

• Elevada dureza.
• Elevada resistencia a la compresión.
• Elevada fragilidad.
• Baja tenacidad.

La tenacidad, resistencia mecánica y rigidez se ven afectadas por los poros, por la existencia de grietas y por su longitud.

Fractura Frágil

Formación y propagación de grietas a través de los poros.

Arcillas

Silicatos de aluminio hidratados, sílice (SiO₂) y feldespato. Se trabajan en «mezcla húmeda» (poseen hidroplasticidad). Usos: porcelanas, vajillas, estructuras (ladrillos, tuberías, baldosas, tejas), aislantes eléctricos de porcelana, cerámicas refractarias (hornos) (aislantes térmicos).

Propiedades Químicas

• Elevada resistencia química (resistentes a la degradación ambiental y a agentes químicos).

Biomateriales

Alta estabilidad química y dimensional y son inertes (no interactúan con el medio). Ej: alúmina (Al₂O₃): alta resistencia al desgaste. Usos: dientes postizos. Ej: circonia (ZrO₂): se le llama acero cerámico por su alta resistencia a tracción y alta tenacidad. Usos: prótesis de cadera.

Cerámicos de Ingeniería

Por su resistencia térmica. – Elevado punto de fusión.

Carburos

Solo se pueden utilizar en sitios con atmósfera inerte (porque se oxidan) excepto el carburo de silicio (SiC) que tiene muy alta resistencia térmica y al desgaste. El SiO₂ (cuarzo) tiene resistencia térmica (al oxidarse el SiC se forma una capa de SiO₂ que protege de una mayor oxidación al SiC).

Propiedades Térmicas. Refractarios

• Alta temperatura de fusión.
• Alta capacidad de aislante térmico.
• Alta resistencia al choque térmico.

Cerámicos Refractarios

Usados en siderurgia, cerámica, industria del vidrio, del cemento, para revestimiento de hornos y en ingeniería aeroespacial (silicato reforzado por cuarzo) que mantiene la piel de aluminio del transbordador por debajo de los 180ºC cuando la temperatura superficial es de hasta 1250ºC.

Materiales Abrasivos Cerámicos

Alta dureza. Para cortar, afilar o pulir otros materiales. Al₂O₃ 85% y SiC 15% (componente principal de los abrasivos). El carburo es más duro pero más frágil.

Materiales Cerámicos para Aplicaciones Eléctricas

La mayoría son aislantes eléctricos.

Cerámicos Dieléctricos

Ej: titanato de bario (BaTiO₃) – el mayor aislante.

Piezoeléctricos

Cuarzo y titanato de bario. Es un fenómeno reversible en materiales cerámicos que no tienen centro de simetrías. Cada celdilla unidad actúa como un dipolo. Cuando un campo eléctrico está cerca de estos materiales, provoca un cambio de volumen. Esto genera un campo eléctrico en el material. Usos: relojes de cuarzo, altavoces.

Propiedades Magnéticas

Cerámicas Ferrimagnéticas

Óxido de Fe (Fe₂O₃) mezclado con otros óxidos en forma de polvo. – Campos magnéticos más elevados (alta permeabilidad magnética). – Aislantes eléctricos.

Vidrios

Cerámicos no cristalinos. Se obtienen a partir de la fusión de materiales inorgánicos. – Menor resistencia térmica (menor temperatura de fusión) – se conforman en fundido. – Poseen un intervalo de fusión (NO punto de fusión). – Menor resistencia química. – Menor resistencia a tracción. – Soplado: botellas, bombillas. – Prensado: jarros, placas. – Estirado: láminas, barras. – Fibrado: tubos, fibras.

POLÍMEROS

Origen fósil (petróleo), origen biomasa u origen sintético. Consumen solo el 4% del petróleo mundial. Son inertes (no reaccionan con el medio). – Alta estabilidad química. – Menos consumo energético (ayudan a ahorrar energía). – Gran valor como residuos. – Las energías renovables son posibles gracias a los plásticos.

Incidencia Económica

Construcción (20%), envase-embalaje (40%), automoción (7,5%), equipos eléctricos y electrónicos (5,6%).

Definiciones

• Monómero: sustancia básica que da origen al polímero (materia prima o molécula de partida).
• Polímero: unión de monómeros.
• Mero: unidad básica que se repite a lo largo del polímero. Ej: Polietileno (PE): -CH₂-CH₂-CH₂-CH₂– (polímero). [-CH₂-CH₂-]_n (mero). n=grado de polimerización (número de veces que se repite).

• Elevados pesos moleculares – macromoléculas.
• 10⁴-10⁶ u.m.a.
• PM (peso molecular). – A más PM -> más viscosidad (mu) -> menor índice de fluidez.
• M=M₀·n. Ej: [-CH₂-CH₂-]_n (2·12+4·1)·n.
• No existe un único peso molecular.
• Se habla de peso molecular promedio (M con barra encima) -> función de distribución de pesos moleculares (campana de Gauss) (polidispersidad).

Estructura de los Polímeros

La estructura química, la estructura física y la longitud de las cadenas determinan las propiedades de los polímeros.

Estructura Química

Constitución o construcción de la molécula individual. Indica los átomos constituyentes. Esto indica 2 cosas:

1. La unión entre los átomos: mediante enlaces covalentes (C-C, C-H, C-Cl, C-O, C-F) (fuerzas intramoleculares). Mayor estabilidad y mayor cohesión.
2. La unión entre las cadenas mediante enlaces de tipo secundario (Van der Waals, dipolo-dipolo y puentes de H -> de menor a mayor estabilidad) (fuerzas intermoleculares). – A mayor fuerza de cohesión -> mayor rigidez, mayor temperatura de fusión y menor flexibilidad. – PE -> Van der Waals. – PVC -> fuerzas intramoleculares muy estables (dipolo-dipolo) -> muy rígido. – Nylon (poliamida) -> cadenas en paralelo -> altísima resistencia a tracción.

Grado de Reticulación (GR)

% de puntos de unión dentro del conjunto del sistema como resultado de la transformación química. A mayor GR -> mayor resistencia mecánica, rigidez y resistencia a la deformación por calor.