Ceramic Os

Cerámicos Página 1

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

(ESIME)

Ing. Comunicaciones y Electrónica

Materia: Química básica

Grupo: 1CM6

Tema: “Cerámicos”

Profa. Valdez Alemán Rosa María

Integrantes:

García Sánchez Luis

Martínez Ramírez Víctor Hugo

Ramírez Vázquez Brandon Ramón

Rosas Martínez Emmanuel

Sánchez Sandoval Jesús Jair


Índice

Contenido

Introducción…………………………………..……………………..….3

Constitución de los materiales cerámicos………………………...…5

Propiedades eléctricas………………………………………………...5

Propiedades…………………………………………………………….3

Clasificación…………………………………………………………….6

Estructuras……………………………………………………………...6

Rigidez dieléctrica.

Aplicaciones De La Ingeniería…………………………..….……...13

Propiedades eléctricas………………………………….…………..12

Estructura espinela......................................................................12

Rigidez dieléctrica…………………………………………..……….12

Factor de pérdida dieléctrico………………..………………….…..12

Materiales aislantes cerámicos………………………………….…12

Materiales cerámicos para condensadores.......……………..…..12

Semiconductores cerámicos…………………………………...…..12

Cerámicos ferroelectricos…………………………………….…….13

Constante dieléctrica…………………………………………...…...13

Aplicaciones en ingeniería………………………………………….14

Conclusión…………………………………………….………...……15

Bibliografías…………………………..…………………….………. 16


Introducción:

La presente investigación se refiere al tema de cerámicos que se ha venido

presentando desde la prehistoria, aproximadamente desde el periodo neolítico,

alrededor del año 6.400 antes de nuestra era. Donde se manejaban una cerámica

muy rudimentaria hecha a mano. Las regiones más ricas, en este tipo de cerámica,

se han descubierto en Asia Menor, Mesopotamia y en el centro Europa, un ejemplo

claro fue Egipto ya que se tiene constancia que desde la dinastía IV y V (2600-2350

a.c) se utilizó el torno cerámico (por sus creencias religiosas). Así como en Grecia

donde se destaca la producción de cerámica arcaica, llegando a su máxima

expresión en la cerámica ática del Siglo V, decorada con figuras rojas sobre fondo

negro. Por otra parte la cerámica hace su aparición en Arabia durante el Siglo VIII

en donde se introduce una aplicación, del esmalte blanco (mal llamado barniz

blanco opaco), empleando dióxido de estaño, en donde su principal característica

es que toda ella presenta un reflejo metálico.

En la actualidad un ejemplo muy claro de cerámicos son las artesanías de barro, la

porcelana, el cemento, telas y aislante para bujías, por lo que nos lleva a entender

que tienen una gran variedad de formas químicas, incluyendo los óxidos (oxígeno y

metales), carburos (carbono y metales), nitruros (nitrógeno y metales), etc. los

cerámicos cuentan con una baja conductividad eléctrica y térmica, corrosión y

deterioro, no se deforman con facilidad ante un esfuerzo, y son menos densos que

los metales utilizados en aeronaves, misiles y naves espaciales. De la misma

manera se basan en la abundancia de la naturaleza y sus propiedades físicas y

mecánicas a diferencia de los metales, son útiles en el ámbito comercial gracias a

la alta dureza (útiles para ingeniería), como Aislamiento Térmico y Eléctrico, con

buena estabilidad química a altas temperaturas de fusión.

http://posgrado.fiq.umich.mx/~fiqumsnh/Perfil_IQ.html


Marco teórico

Definición de cerámicos: Son aquellos productos (piezas, componentes, etc.),

construidos por compuesto inorgánicos,

policristalinos, no metálicos, cuya

característica fundamental es que son

consolidados en estado sólido mediante

tratamientos térmicos a altas temperaturas.

Compuestos inorgánicos formados por

elementos metálicos y no metálicos unidos

por enlaces iónicos o covalentes.

Propiedades

Las propiedades de los materiales

cerámicos varían enormemente, debido a diferencias en el enlace. En general los

materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con tenacidad y ductilidades

bajas. Los cerámicos son generalmente aislantes eléctricos y térmicos debido a la

ausencia de electrones de conducción. Por otra parte estos materiales poseen

propiedades físicas, químicas y eléctricas de las cuales podemos definir:

Propiedades físicas:

Pesan menos que los metales, pero más que los polímeros.- Baja conductividad

eléctrica.- Baja conductividad térmica.- Baja expansión y fallas térmicas.

Color y aspecto: el color depende de las impurezas (óxido de hierro) y de los aditivos

que se empleen con la finalidad de ornamentar en la construcción.

Densidad y porosidad: son en todo análogas en lo definido para piedras naturales.

La densidad real es del orden de 2g/cm3.

Propiedades químicas:

Debido al tipo de enlace entre los átomos que lo conforman, los cerámicos

presentan uniones muy fuertes. Por ello, exhiben una gran dureza, así como

resistencia a altas temperaturas y choques térmicos. Por otro lado, los cerámicos

resisten a los componentes corrosivos y no se oxidan.

Sin embargo, es importante observar que, debido a la fuerte unión entre sus átomos,

los cerámicos son muy frágiles, ya que no existe la posibilidad de desplazar alguno

de sus átomos sin provocar la ruptura de la unión.

https://www.google.com.mx/search?q=ceramicos+quimica&es_sm=122&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=xmjlV

PPPK9P-

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Composición química Propiedades físicas

Florescencia de rayos X

Microscopia electrónica de

barrido

Espectrometría por absorción

atómica

Espectrometría de emisión

atómica por plasmo acoplado

por inducción.

Análisis por activación

neutrónica

Espectrometría con rayos

ultravioleta y/o luz visible.

Análisis térmico

Porosidad

Densidad

Caracterización cromática

Constitución de los materiales cerámicos.

Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas

Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino,

película, fibra, etc. Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea,

denominándose monofásicos. Los constituidos por muchos cristales de la misma

fase cristalina se denominan Policristalinos. Los monocristales que se refieren a

materiales constituidos por un solo cristal de una única fase.

Propiedades eléctricas:

Los materiales cerámicos se utilizan una gran variedad de aplicaciones eléctricas y

electrónicas. Muchos tipos de cerámicos se utilizan como aislantes eléctricos para

corrientes eléctricas de alto y bajo voltaje.

También encontramos varios tipos de condensadores. Otro tipo de cerámicos se

llaman piezoeléctrico pueden convertirse débiles señales de presión en señal

eléctrica, y viceversa.


Clasificación:

Dependiendo de la naturaleza y tratamiento de las materias primas y del proceso

de cocción, se distinguen dos grandes grupos de materiales cerámicos:

las cerámicas gruesas y cerámicas finas.

Materiales cerámicos porosos o gruesos. No han sufrido vitrificación, es

decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la

temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo

totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas.

Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con óxidos de

aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y

los 1.600 °C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar

agrietamientos ytensiones internas. Se obtienen productos que pueden

resistir temperaturas de hasta 3.000 °C.

Materiales cerámicos impermeables o finos: en los que se someten a

temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la

arena de cuarzo. Así, se obtienen productos impermeables y más duros

Estructura de Cerámicos:

La mayoría de compuestos cerámicos cristalizan en estructuras basadas en empaquetamiento BCC, FCC y HCP. Se puede examinar los intersticios en la estructura cristalina, definido como una cavidad poliédrica formada entre paquetes de átomos, los cuales existen como estructuras empaquetadas. En la siguiente figura se puede ver las estructuras más comunes.

PROPIEDADES COMUNES DE LOS AISLANTES

Constante dieléctrica.


Factor de pérdida

dieléctrico.


https://sites.google.com/site/forodehoraciocastellini/fisicoquimica/apuntes-de-clase-1/estructuras/estructura-de-ceramicos

Dichas estructuras se las puede agrupar en las siguientes categorías: 1. AX-categoría en la cual se incluye la sal de roca (ClNa), CsCl,

zincblenda y wurtsita. 2. AX2-categoría en la cual se incluye la fuorita (CaF2) y el rutilo (TiO2) 3. AmBnXp-categoría estas poseen más de un catión se encuentra el espinel

(FeAl2O4) y la perovskita (CaTiO3)

El empaquetado de esferas puede ocurrir en una de dos secuencias de planos para compuestos binarios y ternarios:



ABABABAB en este caso corresponde a redes HCP

ABCABC que corresponde a redes FCC


Dos tipos de sitios intersticiales existen entre las capas de iones empaquetados para este tipo de red, uno es sitio octaédrico




Como se puede apreciar en cada uno de los 6 vértices del sitio se ubica un anión. El otro es el sitio tetraédrico.




Donde en cada vértice del tetraedros se puede ubicar un anión y en su interior un catión. Esta es ubicación más frecuente para cationes en estructuras cerámicas. Cada sitio está definido por un poliedro de coordinación local que se forma para cualquier par de capas contiguas y no depende de la configuración de una tercera capa. Es decir la configuración próximo vecino de los átomos de oxígeno alrededor de un sitio octaédrico y tetraédrico de cationes es independiente de cual sea la estructura FCC o HCP derivadas.



Estructura perovskita:

Sistema de redes cristalina FCC con dos especies de catión, uno ocupando los

sitios de la esquina y el otro ocupando los sitios octaedrales. Una especie de

anión ocupa los sitios de la cara en la red cristalina.

http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-ionico/solidos-ionicos

Estructura espinela

Sistema de redes cristalinas FCC con dos especies de catión, una ocupa los sitios

tetraedrales y la otra ocupa los sitios octaedrales. Una especie de anión ocupa

los sitios de la cara y la esquina en la red cristalina.


Es la cantidad de capacidad de material para albergar energía a altos voltajes. La

rigidez dieléctrica viene definida como el voltaje por unidad de longitud (campo

eléctrico o gradiente del voltaje).

La rigidez dieléctrica se mide más cómodamente en voltios por mil (1 mil

=0.001pulg) o kilovoltios/mm. Si el dieléctrico está sujeto al gradiente de un voltaje.

http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-ionico/solidos-ionicos


Factor de pérdida dieléctrico.

Si el voltaje que se utiliza para mantener la carga en el condensador es sinusoidal,

tal como se genera por una corriente alterna, el voltaje induce la corriente a 90°

cuando un dieléctrico real se utiliza en el condensador, el voltaje es inducido por

una corriente de 90° -ʆ, donde el ángulo se llama ángulo de perdida dieléctrico.

Materiales aislantes cerámicos:

Los materiales cerámicos tienen propiedades eléctricas y mecánicas que los hacen

especialmente idóneos para muchas aplicaciones como aislantes en las industrias

eléctricas y electrónicas. Como: Porcelana eléctrica, estética, fosterita y alúmina.

Materiales cerámicos para condensadores:

Los materiales cerámicos se usan como materiales dieléctricos para condensadores

de disco cerámicos siendo, con mucho, el tipo de condensador cerámico más usual.

Semiconductores cerámicos:

Los cerámicos tienen propiedades semiconductoras que son importantes para el

funcionamiento de algunos dispositivos eléctricos. Uno de estos dispositivos es el

termistor o resistencia sensible térmicamente.

Cerámicos ferroelectricos:

Los dominios ferroelectricos, el efecto piezoeléctrico, material piezoeléctrico.

Constante dieléctrica:

Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede

ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico

externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los

materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales

dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.

Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la

mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso

industrial y electrónico y la baquelita. En cuanto a los gases se utilizan como

dieléctricos sobre todo el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre. Por lo anterior

los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma


.

http://www.gayatlacomulco.com/tutorials/fisica2/3.3.htm

http://www.unicrom.com/Tut_constante_dielectrica.asp

http://www.unicrom.com/Tut_constante_dielectrica.asp


Aplicaciones en ingeniería

La aplicación que se le da a los cerámicos en la ingeniería es en cerámicos

avanzados incluyen los carburos, los boruros, los nitruros y los óxidos.

Generalmente estos materiales se seleccionan tanto por sus propiedades

mecánicas como físicas a altas temperaturas.

Un extenso grupo de cerámicos avanzados se usa en aplicaciones no estructurales,

aprovechando sus únicas propiedades magnéticas, electrónicas y ópticas, su buena

resistencia a la corrosión a alta temperatura, su capacidad de servir como sensores

en la detección de gases peligrosos y por ser adecuados para dispositivos de

prótesis y otros “componentes de repuesto para el ser humano”. La Alúmina

(Al2O3): Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura

donde se requiere buena resistencia.

Por mencionar algunos ejemplos tenemos:

• Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y resistencia al calor.

• Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad térmica.

• Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad térmica y eléctrica.

• Aislantes en aparatos electrónicos.

• Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado.


• Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio.

• Vidrio.

Conclusión:

Al elaborar este proyecto concluimos que los materiales cerámicos han tomado un

papel importante a lo largo de la historia, tomando como ejemplo a Egipto que utilizo

los cerámicos como parte de sus creencias religiosas así como en Arabia saudita

que durante el siglo VIII introdujo una aplicación de esmalte blanco mal llamado

barniz empleando dióxido de estaño, en donde su principal característica es que

toda ella presenta un reflejo metálico, también podemos concluir que los cerámicos

juegan un papel muy importante en la actualidad ya que diversos productos que

utilizamos día a día están hechos con este tipo de material, un ejemplo son las

artesanías de barro, la porcelana, el cemento, telas y aislante para bujías. También

pudimos observar que los cerámicos son de suma importancia en la industria debido

a sus características físicas, químicas y eléctricas para la fabricación de carburo de

silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el óxido de

aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un

módulo de conducción térmica.

Se puede observar que existen diferentes tipos de estructuras, algunas con más

átomos que otras con diferente forma, etc. Cabe destacar que algunos tipos de

cerámicos se utilizan como aislantes eléctricos, para corrientes eléctricas de alto y

bajo voltaje, se determina que los materiales dieléctrico son malos conductores de

electricidad por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, tomando en

cuenta que todos los materiales dieléctricos son aislantes, pero no todos los

materiales aislantes son dieléctricos. Para finalizar nuestra investigación notamos

que los cerámicos son de gran utilidad en los diversos sectores tanto en el industrial

como artesanal ya que poseen características que los hacen especiales para la

fabricación de ciertos productos los cuales toman lugar en diferentes ámbitos, por

ejemplo en el área de electrónica donde tiene que haber materiales aislantes para

que no haya una descarga eléctrica o corto circuito, en el área de arquitectura debe

de haber una buena mezcla de sementó para que la construcción quede bien de tal

manera que la estructura quede firme.


BIBLIOGRAFIA:

WEB

http://quimicafundamental1d.blogspot.mx

https://sites.google.com/site/forodehoraciocastellini/fisicoquimica/apuntes-de-clase-1/estructuras/estructura-

de-ceramicos

http://descom.jmc.utfsm.cl/proi/materiales/CERAMICOS/CERAMICOS.htm

http://www.utp.edu.co/~publio17/ceramicos.htm

http://www.todacultura.com/ceramica/historia.htm

http://www.glynwed.es/ceramicas-ingenieria.html

http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/quimica-de-los-materiales/Material-de-clase/tema-6.-materiales-metalicos-

ceramicos-y-polimeros-ii

Fundamentos de materia en la ingenieria: Ceramica.Principales materiales ceramicos utilizados en...

quimicafundamental1d.blogspot.mx

Libro 1

Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales

Autor: William D. Callister Jr:

Editorial: Reverte

Libro 2

Fundamentos de la ciencia e ingeniería de los materiales

Autor: William F. Smith

Editorial: Mc Graw Hill (tercera edición)

http://quimicafundamental1d.blogspot.mx/p/ceramicaprincipales-materiales.html



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