Introducción a los Materiales Cerámicos

Definición y Características

Los materiales cerámicos son sólidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico. Comparados con los metales y plásticos, son duros, no combustibles y no oxidables. Pueden utilizarse en ambientes con temperatura alta, corrosivos y tribólicos. En muchos ambientes, los cerámicos ofrecen buenas propiedades electromagnéticas, ópticas y mecánicas. En muchos casos, su proceso de fabricación estará limitado a formas y dimensiones determinadas.

Los materiales cerámicos están formados por una combinación de fases cristalinas o vítreas, y se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, película, fibra, etc.

Clasificación

Si se encuentran constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea se denominarán monofásicos, y los constituidos por muchos cristales en la misma fase cristalina se denominarán policristalinos.

Los monocristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única fase. Por lo tanto, se puede decir que, en general, los componentes de los materiales cerámicos en fase cristalina o vítrea están formados por elementos metálicos y no metálicos, y por lo tanto sus enlaces en las diferentes fases que se presente pueden tener desde naturaleza iónica o covalente.

Propiedades de los Materiales Cerámicos

Las propiedades de los materiales cerámicos cubren un amplio intervalo de diferentes necesidades y sus propiedades son las siguientes:

1. Propiedades mecánicas
2. Propiedades térmicas
3. Propiedades ópticas
4. Propiedades eléctricas
5. Propiedades magnéticas
6. Propiedades químicas
7. Propiedades en desarrollo

Por lo tanto, se puede deducir que las propiedades de los materiales cerámicos vienen determinadas en cuatro niveles:

1. Nivel 1: Atómico
2. Nivel 2: Ordenación de átomos, cristalino o amorfo
3. Nivel 3: Microestructura
4. Nivel 4: Macroestructura

Tipos de Materiales Cerámicos

Se pueden diferenciar en dos grandes grupos:

Grupo A: Cerámicos Tradicionales

Para el grupo A podemos mencionar los siguientes: cerámicas de mesa, pavimentos y revestimiento, sanitarios, refractarios, porcelanas (aislantes y decorativos).

Grupo B: Cerámicas Técnicas

También conocidos como cerámicas ingenieriles, avanzadas o tecnológicas. Algunos ejemplos son:

• Aeroespacial: Materiales ligeros de alta resistencia mecánica y de alta temperatura para motores, aviones, revestimiento de lanzadera espacial, etc.
• Automatismo: sensores, componentes de alta temperatura.
• Biomédica: huesos, dientes y materiales de implante.
• Óptica y Fotónica: fibras ópticas, amplificadores láser, lentes, etc.
• Electrónica: condensadores (capacitores), sustratos de circuito integrado (semiconductores), aislantes, etc.
• Energía: celdas de combustible sólidas, combustible nuclear.

Industria Cerámica

Una de las características de la industria cerámica es que involucra miles de billones de euros. Entre sus características destacan los elementos básicos, como lo suelen ser: industria de cemento y siderúrgicas.

En los sistemas complejos están los núcleos magnéticos en memorias de ordenadores y en un futuro en nuevas tecnologías (biomédica, aeroespacial).

Esquema General del Proceso de los Materiales Cerámicos

Dentro del proceso de los materiales cerámicos se encuentran los siguientes:

1. Mezclado y molturación de materias primas
2. Conformación
3. Moldeo
4. Secado
5. Cocción

En función del tipo específico de material cerámico fabricado se introducirán varias etapas adicionales:

1. Montaje en piezas con formas complicadas
2. Esmaltado en cerámicas decorativas o que requieran modificar ciertas propiedades cerámicas
3. Lavado y molienda en materiales cerámicos pulverulentos como los pigmentos cerámicos

En lo que se refiere a los materiales cerámicos que pueden ser procesados en diferentes condiciones, podemos encontrar una cantidad innumerable de variables, permitiendo de cierta forma establecer las condiciones adecuadas para una funcionalidad aceptable del producto.

Introducción a los Polímeros

Definición

A nivel global existen una enorme cantidad de materiales provenientes de Carbono e Hidrógeno, que en muchas ocasiones son utilizados en diferentes áreas e industrias de la sociedad. Por eso se les llega a conocer como materiales polímeros orgánicos (que son compuestos formados por moléculas orgánicas gigantes). Por lo tanto, reciben el nombre de plásticos.

Dichos polímeros tienen propiedades físicas y químicas muy distintivas en referencia a los cuerpos que poseen moléculas sencillas, considerando en cierta forma que los plásticos, resinas, elastoplásticos y fibras sintéticas que pueden llegar a ser de alta o baja densidad, alta o baja resistencia, alta o baja propiedad conductiva, entre otras.

Las unidades repetitivas (cadena de polímeros) pueden diferir unas de otras de tal forma que en su naturaleza química y física en las cadenas radican en sus unidades (moléculas unidas). Considerando un enlace hidrógeno-carbono y la cantidad de ellos definirán el tipo de polímero a desarrollar.

Propiedades de los Polímeros

Las propiedades de los polímeros pueden ser las siguientes:

1. Cantidad de moléculas
2. Masa molar
3. Peso molecular
4. Viscosidad:
   • relativa
   • específica
   • reducida
   • inherente
   • intrínseca
5. Propiedades químicas
6. Propiedades mecánicas

Es muy importante reconocer que todos los polímeros a nivel internacional son reconocidos por “acrónimos” (siglas) que se basan en los monómeros que se utilizarán para su fabricación.

Clasificación de los Polímeros

De acuerdo al comportamiento y reacción que tengan sobre la temperatura los polímeros se clasifican en los siguientes:

1. Termoplásticos: consisten en macromoléculas lineales o ramificadas que son unidas con otras mediante fuerzas intermoleculares. Se caracterizan por transformarse de sólido a líquido y viceversa por acción del calor. En estado sólido pueden deformarse permanentemente después de aplicar una fuerza, esto se debe a que sus macromoléculas están libres o sueltas y pueden deslizarse entre sí ante la aplicación de calor. Estos se dividen en dos:
   1. Termoplásticos amorfos: se caracterizan porque sus moléculas filamentosas y ramificadas están en completo desorden. Este arreglo molecular permite el paso de la luz, razón por la cual los plásticos amorfos son transparentes o traslúcidos generalmente.
   2. Termoplásticos semicristalinos: el orden molecular de los plásticos semicristalinos es relativamente bueno, en él se aprecia cierto paralelismo dentro de los filamentos moleculares y su ramificación es más corta. Este tipo de termoplásticos no permiten el paso de la luz al 100%.
2. Termofijos: son los plásticos que se mantienen rígidos y sólidos a temperaturas elevadas debido a su estructura. No son moldeables plásticamente, por consiguiente, a temperatura ambiente, generalmente son duros y frágiles debido a que no se funden ni son reducibles. Algunos son poliuretanos, poliéster insaturado y epóxicas.
3. Elastómeros: son materiales elásticos que recuperan casi totalmente su forma original después de liberar una fuerza sobre ellos. Por lo tanto, el comportamiento de estos materiales se debe a que las macromoléculas de los elastómeros, en contraste con los termoplásticos, están entrecruzados por enlaces químicos.