Materiales cerámicos Flashcards
(24 cards)
¿Qué dos características fundamentales deben cumplir los iones en un cristal cerámico para que su estructura sea estable?
Primero, el cristal debe ser eléctricamente neutro, es decir, la suma de las cargas positivas de los cationes debe igualar la de las cargas negativas de los aniones. Segundo, los tamaños relativos de los iones (cociente r_c/r_a) debe ser menor que 1 para que cada catión, siendo más pequeño que el anión, pueda quedar en contacto con el máximo número de aniones vecinos, estabilizando la red cristalina
¿Cuáles son las características de conformado, proceso térmico, microestructura y densidad de las cerámicas tradicionales?
Conformado: puede ser manual.
Proceso térmico: cocción en hornos tradicionales.
Microestructura: tamaño de grano grueso y alta porosidad.
Densidad: 10–20 % menor que la densidad teórica del material.
Menciona ejemplos de cerámicas tradicionales y sus aplicaciones principales.
Ejemplos: vasijas de barro cocido, porcelana, ladrillos, tejas, vidrios.
Usos: construcción (ladrillos, tejas), vajillas y artículos de mesa, revestimientos arquitectónicos y vidrios comunes.
¿Qué distingue a las cerámicas de ingeniería de las tradicionales en cuanto a propiedades, microestructura y densidad?
Propiedades: excelentes prestaciones mecánicas en condiciones extremas—altas resistencias al desgaste; propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas avanzadas; excepcional resistencia a altas temperaturas y ambientes corrosivos.
Microestructura: grano fino, sólo observable por microscopía electrónica.
Densidad: alcanza valores de 99–100 % de la densidad teórica.
Menciona cinco aplicaciones clave de los cerámicos.
Construcción: ladrillos, tejas, porcelana.
Refractarios: revestimiento de hornos y crisoles.
Abrasivos: SiC, Al₂O₃ para lijas y discos de corte.
Cementos hidráulicos: cemento Portland.
Cerámicas avanzadas: sustratos electrónicos, blindajes balísticos.
¿Qué define estructuralmente a un silicato?
Unidad básica (SiO₄)⁴⁻: tetraedro con Si central y cuatro O en vértices, carga –4, que comparte oxígenos con cationes para neutralidad eléctrica.
¿Qué es la sílice y cuáles son sus formas polimórficas principales?
Dióxido de silicio (SiO₂); polimorfos cristalinos: cuarzo, cristobalita, tridimita; y forma amorfa: sílice vítrea.
¿Cómo se diferencia, a nivel estructural, la sílice vítrea de sus formas cristalinas y qué papel juegan los óxidos alcalinos (Na₂O, CaO) en la formación de vidrios de sílice?
La sílice vítrea carece de orden a largo alcance: mientras que en los polimorfos cristalinos (cuarzo, cristobalita, tridimita) los tetraedros SiO₄⁴⁻ se disponen de forma regular y periódica, en el vidrio de sílice adoptan una red tridimensional aleatoria, típica del enfriamiento rápido de la sílice fundida. La incorporación de óxidos como Na₂O y CaO introduce cationes que “rompen” la red Si–O, reducen la tendencia a cristalizar y estabilizan la estructura amorfa, facilitando la formación del vidrio .
¿Que son los silicatos laminares y un ejemplo?
Estructura bidimensional en forma de capas y laminas, tambien puede producirse compartiendo 3 iones de Oxígeno en cada uno de los tetraedros.
Un ejemplo puede ser la caotilina que esta formado por una serie de estas capas dobles o láminas, apiladas paralelamente unas a otras, lo cual forma placas planas casi hexagonales.
Enumera las materias primas más comunes en cerámicos tradicionales.
Arcilla (silicatos de Al, Fe, Mg), cuarzo, feldespato.
Características de microestructura y densidad de las cerámicas tradicionales
Grano grueso, 10–20 % de porosidad; densidad 80–90 % de la teórica
Menciona tres propiedades sobresalientes de las cerámicas de ingeniería.
Alta resistencia al desgaste, excepcional estabilidad térmica y química, alta dureza y densidad ~100 %.
Diferencias clave entre diamante y grafito.
Diamante: cada C tetraédrico covalente a 4 vecinos; máxima dureza; aislante eléctrico; alta conductividad térmica.
Grafito: capas hexagonales unidas por van der Waals; buen lubricante; conductor eléctrico en plano.
Describe defectos de Frenkel y Schottky.
¿Cómo compensan carga las impurezas sustitucionales de distinta valencia?
Frenkel: vacante catiónica + catión desplazado a intersticio.
Schottky: par vacante catiónica + vacante aniónica.
Compensan carga generando vacantes o intersticios iónicos para mantener neutralidad.
¿Qué indica un diagrama de fase binario de óxidos?
Regiones de solubilidad, compuestos intermedios y temperaturas de eutéctico, eutectoide y peritéctico
¿Cuáles son las propiedades clave, principales tipos y la influencia de la porosidad en los cerámicos refractarios?
Deben soportar muy altas temperaturas sin fundir ni descomponerse y ser químicamente inertes ante medios agresivos; además, suelen emplearse como aislantes térmicos. Se clasifican según composición en refractarios de arcilla, ácidos (sílice), básicos y especiales. La porosidad debe controlarse: al reducirla aumenta la resistencia mecánica y la resistencia al ataque corrosivo, pero disminuyen el aislamiento térmico y la resistencia al choque térmico .
¿Qué requisitos de material deben cumplir las cerámicas abrasivas y cuáles son sus ejemplos más comunes?
Necesitan alta dureza o resistencia al desgaste para desgastar materiales más blandos, y buena tenacidad para evitar la fractura de las partículas. Soportan además elevadas temperaturas de fricción. Entre los abrasivos cerámicos más usados están el carburo de silicio (SiC), el óxido de aluminio (corindón, Al₂O₃), el carburo de tungsteno (WC) y la arena de sílice; incluso, para aplicaciones extremas, se usa el diamante natural y sintético
¿Cómo se produce el cemento Portland y qué lo hace un “cemento hidráulico”?
Se obtiene moliendo finamente una mezcla de arcilla y caliza y cociéndola a ~1400 °C en horno rotatorio; el producto resultante se pulveriza y se añade yeso para retardar el fraguado. Es hidráulico porque su endurecimiento no es por secado, sino por reacciones de hidratación químicas con el agua, formando gel de silicato cálcico hidratado (CSH), responsable de su resistencia mecánica .
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las cerámicas avanzadas en aplicaciones de motores de combustión, blindajes y empaquetamiento electrónico?
Ventajas: resisten temperaturas más altas (mejor rendimiento de combustible), gran dureza y resistencia al desgaste, baja densidad (menor peso), resistencia a corrosión y fricción; como sustratos electrónicos, ofrecen excelente inercia eléctrica (p. ej., Al₂O₃, BN, SiC, AlN).
Desventaja principal: tendencia a la fractura frágil. En blindajes balísticos se combinan placas cerámicas duras con sustratos dúctiles para fragmentar proyectiles; en empaquetamiento electrónico, AlN es preferible a la alúmina por su conductividad térmica 10× superior y coeficiente de dilatación cercano al del silicio
¿Por qué las cerámicas son frágiles y cómo se mide su resistencia?
Pocos sistemas de deslizamiento y concentradores de tensión en defectos; se mide por tenacidad de fractura y módulo de rotura en ensayo de flexión
¿Para qué se emplea el ensayo de flexión en cerámicos?
Obtener resistencia a la flexión (módulo de rotura), superando las dificultades de ensayar a tracción directa.
Describe un mecanismo de deformación plástica en cerámicos cristalinos.
Deslizamiento de dislocaciones limitado por repulsión electrostática entre iones de igual carga, con pocos planos de deslizamiento.
¿Cómo se deforma plásticamente un vidrio (cerámica no cristalina)?
Flujo viscoso: átomos deslizan por rotura/reformación de enlaces; la viscosidad disminuye con la temperatura.
Efectos de la porosidad en propiedades mecánicas.
Disminuye módulo elástico y resistencia a fractura por reducción de área y concentración de tensiones en poros.
