MATERIALES CERAMICOS

MATERIALES CERAMICOS

La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa quemar. En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos. Desde la década de los 50′s en adelante, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos] y similares, junto con el cemento y el vidrio. El arte tradicional de la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse la historia del rakú, singular técnica milenaria oriental.

Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales.

Ejemplos de materiales cerámicos

• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo.

• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

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

• Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un superconductor no convencional.

• Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.

• Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.

• Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.

• Ladrillos, utilizados en construcción

• Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares

• Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7-x), superconductor de alta temperatura.

Propiedades mecánicas de la cerámica

Los materiales cerámicos son generalmente iónicos o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aún así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.

Tienen elevada resistencia a la compresión y son capaces de operar en temperaturas altas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

Procesado de materiales cerámicos

Las cerámicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. El vidrio es formado por cualquiera de los siguientes métodos: soplado, prensado, laminado, estirado, colado o flotado.

Los materiales cerámicos cristalinos no son susceptibles de un variado rango de procesado. Los métodos empleados para su manejo tienden a fallar en una de dos categorías -hacer cerámica en la forma deseada, pro reacción in situ, o por formación de polvos en la forma deseada, y luego sinterizados para formar un cuerpo sólido. Algunos métodos usados son un híbrido de los dos métodos mencionados.

MATERIALES ORGANICOS E INORGANICOS

MATERIALES ORGANICOS

SE LES DENOMINA ASI CUANDO CONTIENEN CÉLULAS ANIMALES O VEGETALES.

ESTOS MATERIALES PUEDEN USUALMENTE DISOLVERSE EN LÍQUIDOS ORGANICOS COMO LOS ALCOHOLES Y LOS TRETRACLORUROS. NO SE DISUELVEN EN AGUA Y NO SOPORTAN ALTAS TEMPERATURAS.

ALGUNOS DE LOS REPRESENTANTES DE ESTE GRUPO SON:

PLÁSTICOS

PRODUCTOS DEL PETROLEO: GASOLINA Y QUEROSENO

MADERA

PAPEL

HULE

PIEL

¿Qué son los aditivos alimentarios y por qué son necesarios?

“cualquier sustancia, que, normalmente, no se consuma como alimento en sí, ni se use como ingrediente característico en la alimentación. Algunos aditivos alimentarios ayudan a mantener los alimentos frescos y saludables.

Antioxidantes:Evitan la oxidación de los alimentos e impiden el enranciamiento y la decoloración.

se usan en:

productos horneados, cereales, grasas y aceites, y en aderezos para ensaladas.

Conservantes

• Limitan, retardan o previenen la proliferación de microorganismos.

Ej. bacterias, levadura, hongos) que están presentes en los alimentos.

• El dióxido de azufre y los sulfitos. ayudan a evitar los cambios de color en frutas y verduras secas.
• Propionato cálcico. evita que salga moho en el pan y en alimentos horneados.
• Nitratos y nitritos (sales potásicas y sódicas) se utilizan como conservantes en el procesamiento de carnes, como el jamón y las salchichas.

polimeros

provienen del petroleo. Un 4% se convierte en plastico despues de un proceso de “cracking” y “reforming”, se tienen las moleculas simples: etileno y benceno

Son moleculas lineales o ramificadas, formadas por la repeticion de grupos funcionales (monomeros) que se componen de C,H,O,N

Proteinas

Macromoleculas de alto peso molecular formadas por cientos de unidades de aminoacidos unidos por un enlace llamado peptirico.

Ejemplos: Albumina (proteina del huevo)

Gelatina (extraida de uniones de Queratina (cabello y unas)Polimeros naturales

ENZIMAS

Proteinas cuya funcion es de catalizador (acelera o retrasa una reaccion) es de vital importancia para todos los sistemas vivos

Ejemplos:

Ureaza (encima que actua sobre la urea que es un producto de deshecho de metabolizacion)

Pepsina, Tripsina (actua en el proceso de digestion.

HORMONAS

substancias químicas producidas por el organismo para controlar numerosas funciones corporales.

 ver vídeo ORGÁNICO E INORGANICO

ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS

Proceso de Cristalización en los Metales y Aleaciones Líquidas

1. Calentados  por  encima  de  su  punto  de  fusión,  los átomos se agrupan al azar y son portadores de elevada energía y movimiento

2. A medida que el líquido se enfría la energía de algunos átomos  disminuye  y  su  movilidad  dentro  de  la  masa ocupando una posición más orientada.

3. Alcanzada la temperatura de solidificación, estos grupos aislados  de  átomos  quedan  ya  orientados  y  enlazados como  el  cristal  elemental, adquiriendo  una  estructura rígida de orientación los unos respecto a los otros.

4. Los  átomos  vecinos  cuando  pierden  la  energía térmica necesaria,  se  agregan  al  cristal  elemental  formado nuevos  cristales  elementales  unidos  y  comienzan a formar redes cristalinas en crecimiento alcanzado cierto tamaño se convierten en núcleos de cristalización.

5. La red cristalina crece en unas direcciones más que en  otras, así los  cristales  adquieren  una  forma alargada  y  constituyen  en  los  llamados  ejes  de

cristalización.

6. A  partir  de  los  primeros  ejes,  en  direcciones perpendiculares,  tiene  lugar  el  crecimiento  de nuevos  ejes. Este  tipo  de  cristalización,  que recuerda a un cuerpo ramificado, se conoce como dendrítico, y el cristal formado dendrita.

7. Los  cristales  entrar  en  contacto,  lo  que  impide  la formación de  cristales  geométricamente  correctos, después de la solidificación completa adquieren un carácter  casual.  Tales  cristales  se  denominan granos y los cuerpos metálicos, compuestos de un

gran  número  de  granos,  se  denominan policristalinos.

Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico, las que van desde la alteración de algunas de sus propiedades hasta un cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué tanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de los materiales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metales puros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación. Muchas  de  las  propiedades  de  los  metales  están relacionadas  con  la estructura cristalina y también con el enlace metálico, tales como:

- densidad

- dureza

- punto de fusión

- conductividad eléctrica y calorífica

Ninguna  propiedad  depende  tanto  de  la  formación  de  la  estructura cristalina como las propiedades mecánicas: la maleabilidad, ductilidad, resistencia a la tensión, temple.

ESTRUCTURAS CRISTALINAS (introducción)

Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra.

Un sólido es un material que posee forma y volumen definidos y que es una sustancia constituida por átomos metálicos, átomos no metálicos, iones ó moléculas.

Los sólidos se pueden clasificar teniendo en cuenta el arreglo interno de sus partículas, en amorfos y cristalinos:

Sólido amorfo:

Amorfo quiere decir que estos sólidos no tienen forma. 

Este sólido carece de un ordenamiento diendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra.

Sólido cristalino: se puede decir que un sólido cristalino podría ser el hielo; ya que este posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, que sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones especificas, estos sólidos suelen tener superficies planas o caras que forman ángulos definidos entre si. Los sólidos cristalinos adoptan diferentes formas y colores.

Celda unitaria Es la unidad estructural que se repite en un sólido, cada sólido cristalino se representa con cada uno de los siete tipos de celdas unitarias que existen y cualquiera que se repita en el espacio tridimensional forman una estructura divida en pequeños cuadros.

A un modelo simétrico, que es tridimensional de varios puntos que define un cristal se conoce como una red cristalina.

Empaquetamiento de esferas

Los requerimientos geométricos generales para que se forme un cristal se entienden si se analizan las distintas formas en que se pueden empacar varias esferas idénticas. La manera en que las esferas se acomodan en capas determina el tipo de celda unitaria final.

La estructura tridimensional se genera al colocar una capa encima y otra debajo de esta capa, de tal manera que las esferas de una capa cubren totalmente las esferas de la capa inferior.

Empaquetamiento compacto de esferas Las estructuras que los sólidos cristalinos adoptan son aquellas que permiten el Contacto más íntimo entre las partículas, a fin de maximizar las fuerzas de atracción entre ellas, cada esfera está rodeada por otras seis en la capa.

El modelo de empaquetamiento compacto de esferas trabaja con capas compactas de esferas dispuestas unas sobre otras. Este modelo es muy útil y eficaz para sistematizar y clasificar las estructuras más corrientes y usuales de los sólidos iónicos

En ambos tipos de empaquetamiento cada esfera posee un número de coordinación igual a 12. En ambos tipos de empaquetamiento existe dos tipos de huecos, octaédrico (espacio vacío que queda entre seis átomos) y tetraédrico (espacio vacío que queda entre cuatro átomos). Por cada N átomos de una estructura de empaquetamiento compacto existen N huecos octaédricos y 2N tetraédricos.

Diferencias estructurales y de comportamiento de los sólidos cristalinos y materiales vítreos

Cuando las moléculas que componen un sólido están acomodadas regularmente, decimos que forman un cristal. Y al sólido correspondiente le llamamos sólido cristalino o fase cristalina Existen muchos ejemplos de sólidos cristalinos como por ej., la sal de mesa (cloruro de sodio, Na Cl) y el azúcar (sacarosa, C 12 H 22 O 11).

Los sólidos como cristalinos porque las partículas macroscópicas que los forman (los cristales) tienen formas regulares: si examinamos cristales de cloruro de sodio bajo una lente de aumento, veremos que los cristales tienen forma de pequeños cubos.

El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un

Sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades

Moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente

Cohesión para presentar rigidez mecánica.

Microestructuras

Las estructuras cristalinas no son perfectas.

En los metales se encuentran impurezas que influyen sobre el

proceso de cristalización y que deforman la red espacial del cristal.

Defectos Puntiformes.

Debido al contacto entre los cristales en crecimiento que impide el enlace correcto, los átomos pueden faltar, y en consecuencia el cristal elemental queda deformado. Esos nudos no ocupados por los átomos se llaman vacancias.

Defectos lineales o dislocaciones.

El hecho de que una parte considerable de las impurezas se segregan en el material hacia esas zonas limítrofes de los granos le reduce aun más su estabilidad. De esta forma dentro del metal solidificado se producen zonas de resistencia y estabilidad reducida, que comúnmente bordean los granos del material. Estas zonas se conocen como dislocaciones.

La presencia de las dislocaciones en la estructura cristalográfica de los metales está directamente relacionada con la capacidad de estos de resistir deformaciones plásticas sin

romperse. Estas dislocaciones se convierten en planos de deslizamiento en las zonas límites de los cristales.