Quinto parcial Flashcards
(66 cards)
¿Qué son los materiales cerámicos?
Los materiales cerámicos son sólidos formados por sustancias inorgánicas, generalmente combinaciones de elementos metálicos y no metálicos. La parte dominante suele ser no metálica.
¿Cómo se clasifican generalmente los materiales cerámicos?
Se dividen en dos grandes categorías: cerámicos tradicionales y cerámicos avanzados o nuevos. Los tradicionales están más asociados a la calidad de la materia prima y tienen alta porosidad (40-50%) y baja densidad, con defectos del orden de milímetros. Ejemplos incluyen refractarios, cemento Portland, cal, vidrios de silicato, esmaltes y abrasivos. Los avanzados se definen más por los métodos de síntesis y procesamiento. Tienen baja porosidad (menor al 2%) y alta densidad (>98%), con defectos del orden de micrones. Ejemplos son superconductores, fibras ópticas y ferritas magnéticas. Son materiales muy específicos y de diseño.
¿Qué tipos de uniones o enlaces químicos se encuentran predominantemente en los materiales cerámicos?
Básicamente, hay uniones covalentes y uniones iónicas, o una mezcla de ambas. Las fuerzas de Van der Waals también son muy importantes en algunos tipos de materiales cerámicos.
¿Cómo se caracterizan las estructuras formadas por uniones iónicas o covalentes en los cerámicos?
Generalmente, estas uniones forman estructuras abiertas, no compactas. Esto se debe a que no hay liberación de electrones, lo que resulta en una estructura muy rígida y en equilibrio, donde los iones de la misma carga se repelen.
¿Qué es el número de coordinación en el contexto de enlaces iónicos?
El número de coordinación es el número de átomos o iones vecinos equidistantes más cercanos en la celda unitaria. Depende de la relación entre el radio del catión y el radio del anión. Por ejemplo, en el óxido de magnesio, la relación de radios Mg/O da un número de coordinación de 6.
¿Qué son las estructuras cristalinas y amorfas en cerámicos?
Estructura cristalina: Se produce con un enfriamiento lento, permitiendo un ordenamiento geométrico significativo de las celdas unitarias. Estructura amorfa: Se forma con un enfriamiento rápido, donde no hay celdas unitarias ni ordenamiento cristalino, resultando en un desorden total. Un ejemplo típico de material con estructura amorfa es el vidrio.
¿Qué es la anisotropía en materiales cerámicos y cómo se diferencia de los metales?
La anisotropía significa que el material presenta distintas propiedades en distintas direcciones. Los materiales cerámicos son fuertemente anisótropos, a diferencia de los metales que son isótropos (sus propiedades son las mismas en todas las direcciones).
¿Qué es el polimorfismo en materiales cerámicos?
El polimorfismo es la característica de los materiales cerámicos de poder tener una composición química idéntica pero estructuras cristalinas muy diferentes. Esto está asociado a cambios de temperatura y generalmente va acompañado de un cambio de volumen. Un ejemplo es el óxido de circonio, que pasa de monoclínico a tetragonal y luego a cúbico a diferentes temperaturas.
¿Cómo se comportan los cerámicos en términos de tenacidad y ductilidad?
Los cerámicos poseen tenacidad y ductilidad casi nulas. Esto se debe a sus estructuras abiertas que reducen la capacidad de deformación plástica y a la ausencia de planos de deslizamiento.
¿Son los cerámicos duros o frágiles?
Son duros pero frágiles. Su dureza se debe a la alta energía de sus enlaces. Su fragilidad es una limitación principal.
¿Son los cerámicos conductores o aislantes de electricidad y calor?
Son buenos aislantes eléctricos y térmicos. Esto se debe a que sus uniones iónicas con mucha electronegatividad retienen los electrones, impidiendo la transferencia de los mismos; no hay movimiento de electrones ni una banda de conductividad. La porosidad también actúa como puente térmico, siendo el aire un aislante.
¿Cómo es la resistencia de los cerámicos a la compresión y a la tracción?
Tienen buena resistencia a la compresión pero baja resistencia a la tracción. Su baja resistencia a la tracción se debe a la alta porosidad, que reduce el área efectiva de resistencia. Sin embargo, la compresión elimina la porosidad y permite que el material trabaje bien.
¿Cómo es la estabilidad química y la resistencia a altas temperaturas de los cerámicos?
Poseen excelente estabilidad química, siendo resistentes a la oxidación y al ataque químico, especialmente del agua. Lo más importante es que mantienen sus propiedades mecánicas a temperaturas muy elevadas, casi hasta su temperatura de fusión, a diferencia de los metales que se ablandan al calentarse.
¿Cuál es la densidad de los materiales cerámicos en comparación con los metales?
Generalmente, los materiales cerámicos tienen baja densidad. Algunos ejemplos comunes como el cuarzo o el óxido de magnesio son más livianos.
¿Tienen los cerámicos un alto módulo elástico?
Sí, los cerámicos poseen un alto módulo elástico, lo que los convierte en materiales rígidos.
¿Qué es el vidrio y cuál es su componente principal?
El vidrio es un polímero inorgánico de alto peso. Su componente principal es la sílice (SiO2), que forma una estructura aleatoria (amorfa) con ausencia de red cristalina.
¿Cómo se forma el vidrio y por qué es transparente?
El vidrio se forma cuando el material se enfría rápidamente desde un estado líquido, de modo que no se produce un ordenamiento cristalino. Es transparente porque al no tener una estructura cristalina ordenada, la difracción y refracción de la luz no son significativas, permitiendo que el rayo de luz lo traspase.
¿Qué es la temperatura de transición vítrea (Tg)?
La temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la cual el vidrio pasa de un estado con mayor dureza y rigidez a un estado gomoso y viscoso. Algunos vidrios son metaestables y pueden reordenarse o cristalizarse si la temperatura se mantiene entre Tg y la temperatura de solidificación.
¿Qué son los cerámicos uniatómicos? Ejemplifique.
Los cerámicos uniatómicos poseen un solo tipo de átomos y pertenecen a este grupo elementos como el Carbono (C), Silicio (Si), Germanio (Ge) y Boro (B).Diamante: Es la fase más estable a elevadas temperaturas y presiones. Es el material más duro, con una temperatura de fusión de 4100°C y una dureza superior a 3000 Vickers. Se utiliza como polvo abrasivo, en la fabricación de pastillas para instrumentos de corte, taladros y discos abrasivos.Grafito: Es la fase estable del carbono con una estructura cristalina hexagonal. Es auto lubricante, conductor eléctrico y térmico. Se usa para fabricar electrodos para hornos de arco eléctrico, crisoles para fusión de óxidos y fibras de refuerzo para compuestos.Vidrio de Carbono: Compuesto muy resistente a la corrosión, usado como relleno y en la fabricación de equipos para manejo químico.El germanio y el silicio son materiales semiconductores que pueden doparse para aplicaciones en ese campo.
¿Qué son los cerámicos de uniones no óxidos y cuáles son sus propiedades?
Son materiales constituidos por uniones diferentes, como el nitruro de boro (BN), el carburo de boro (B4C) y el nitruro de silicio (Si3N4).Sus propiedades incluyen: alta resistencia en caliente, alta resistencia a los cambios bruscos de temperatura y un bajo coeficiente de dilatación térmica lineal. Se utilizan en la construcción de piezas para máquinas térmicas de alta solicitación, como camisas de pistón en motores de alta cilindrada.
¿Qué son los cerámicos óxidos cristalinos y cuáles son sus componentes principales?
Los materiales cerámicos más comunes son los óxidos cristalinos, cuyos principales componentes son la alúmina (óxido de aluminio), la sílice (óxido de silicio) y la cal (óxido de calcio), y la magnesita (óxido de magnesio).Dentro de este grupo se encuentran las arcillas y los refractarios.
¿Qué es la sílice y en qué formas se encuentra?
La sílice (SiO₂) es la arena, muy conocida y utilizada en arcillas, refractarios y vidrios. Bajo diferentes condiciones de temperatura y presión atmosférica, se encuentra en tres formas distintas, que son polimorfos:Cuarzo: Por debajo de los 870°C.Tridimita: Entre 870°C y 1470°C.Cristobalita: Entre 1470°C y 1710°C.
¿Qué son las arcillas y cuáles son sus componentes principales?
Las arcillas son una mezcla de alúmina, agua y cuarzo. Se caracterizan por tener una estructura uniforme de capas o láminas, lo que las hace muy moldeables cuando se les adiciona agua.Los componentes principales son:Caolinita (arcilla propiamente dicha): Aporta plasticidad, capacidad de absorber agua y capacidad de moldeo y sinterización.Feldespato: Actúa como fundente.Cuarzo (sílice): Actúa como carga y aporta resistencia.Las arcillas tienen baja densidad y poseen muchos poros, lo que las hace funcionar como aislantes.
¿Qué son los materiales refractarios y cómo se clasifican?
Los materiales refractarios son cerámicos óxidos que resisten los efectos de las temperaturas elevadas, hasta 1550°C, y se utilizan en hornos de fundición y tratamientos térmicos.Se dividen en tres grandes grupos:Refractarios Ácidos: Conformados principalmente por sílice (SiO₂). No reaccionan con escorias ácidas pero sí se agrietan fácilmente.Refractarios Básicos: Formados principalmente por óxido de calcio (CaO) y magnesita (MgO). Resisten el ataque de escorias básicas y son de mayor calidad. A veces se les agrega carbono para aumentar la conductividad térmica.Refractarios Neutros: Derivados de la alúmina (Al₂O₃), cromita (Cr₂O₃) y grafito. La alta alúmina (más del 60-70%) es muy cara y de excelente calidad.Es importante diferenciar el material refractario del material aislante. Un refractario tiene mayor densidad y resistencia mecánica, pero menor aislación (poca porosidad), mientras que un aislante tiene alta porosidad, baja resistencia mecánica y baja densidad.
