CERÁMICO AVANZADOS Y SU ESTRUCTURA CRISTALINA

HERNANDEZ PEREZ MARTHA LIDIA

Resumen:

Los materiales cerámicos suelen estar compuestos por al menos dos elementos unidos formando óxidos, carburos, nitruros o boruros, mediante enlaces iónicos o covalentes, dependiendo del tipo de cerámico. Por otra parte, suelen formar microestructuras cristalinas en los que cada grano es un cristal aproximadamente perfecto, pero con una estructura mucho más complicada que en los metales. La estructura cristalina de cada grano, orientado de forma diferente, puede producir un incremento de resistencia a la propagación de defectos a través del material.La pureza de los materiales puede llegar a ser muy elevada, encontrándose por ejemplo, alúminas desde el 85% al 99.9%.Los materiales cerámicos tienen usualmente tras el proceso de fabricación una microestructura fina consistente en pequeños granos cristalinos de unas pocas micras de tamaño.

Abstract:

Ceramic materials are usually composed of at least two elements joined to form oxides , carbides, nitrides or borides , by ionic or covalent bonds , depending on the type of ceramic . On the other hand , they tend to form crystalline microstructures in which each grain is a perfect crystal approximately , but with a much more complicated than in the metal structure. The crystal structure of each grain oriented differently, can result in increased resistance to the propagation of defects through the material .The purity of the materials can be very high , being for example alumina from 85% to 99.9% .Ceramic materials are usually after the manufacturing process a thin microstructure consisting of small crystalline grains of a few microns in size .

Palabras clave:

Cerámicas: Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada.

Estructura cristalina: La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son

empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio

Enlace: Es la interacción física responsable de las interacciones entre átomos, moléculas e iones, que tiene una estabilidad en los compuestos diatómicos y poliatómicos.

Introducción:

Los materiales cerámicos suelen estar compuestos por al menos dos elementos unidos formando óxidos, carburos, nitruros o boruros, mediante enlaces iónicos o covalentes, dependiendo del tipo de cerámico. Por otra parte, suelen formar microestructuras cristalinas en los que cada grano es un cristal aproximadamente perfecto, pero con una estructura mucho más complicada que en los metales. La estructura cristalina de cada grano, orientado de forma diferente, puede producir un incremento de resistencia a la propagación de defectos a través del material.La forma más usual en la que se fabrican estos materiales es en forma monolítica, aunque también se encuentran en forma de compuestos de dos o más componentes. El procesado de estos cerámicos se puede hacer de múltiples formas, partiendo de polvos, a veces añadiendo alguna pequeña cantidad de un aglutinante, y finalmente comprimiéndolos casi siempre a altas temperaturas. Con un buen procesado se llega a obtener una porosidad prácticamente nula. La pureza de los materiales puede llegar a ser muy elevada, encontrándose por ejemplo, alúminas desde el 85% al 99.9%.Los materiales cerámicos tienen usualmente tras el proceso de fabricación una microestructura fina consistente en pequeños granos cristalinos de unas pocas micras de tamaño. En la Tabla 1.3 se muestra el tamaño de grano típico de algunos materiales cerámicos.

Durante el proceso, los pequeños granos no se orientan en ninguna dirección predeterminada, sino de una forma aleatoria. Esta distribución al azar hace que a escala macroscópica, las propiedades mecánicas que presentan sean isotrópicas. El proceso de compactación y prensado de polvos puede dar lugar a cierta porosidad en el producto final. Maximizar las propiedades mecánicas implica reducir la porosidad al mínimo, pues los poros son pequeños defectos que pueden actuar como concentradores de tensión e iniciadores del fallo prematuro del material

[1]

Cuerpo:

Carburos

Carburo de titanio (TiC)

Es un material cerámico, en forma de polvos grises o de sólido cristalino, negro, brillante, extremadamente duro, de 9 a 9,5 en la escala de Mohs.

El carburo de titanio pertenece a los llamados compuestos intersticiales, esto le permite tener muy buena conductividad eléctrica a pasar de ser una cerámica, tiene un coeficiente de temperatura positivo. La estructura de compuesto está formada por átomos de carbono incrustados en un la

retícula del titanio metálico. Posee una estructura cristalina cúbica similar a la del cloruro de sodio con una considerable anchura de fase La composición de los componentes a menudo no es estequiométrica y oscila entre TiC1,0-TiC0,3 o TiC0.47, según otros autores. Esta estequiométrica permite que espacios de los átomos no metálicos quedar sin relleno. Ocupación completa es difícil, no del todo logrado TiC0,98.[2]

Carburo de silicio SiC

Enlace covalente (12% iónico) fuertemente direccionado

Estructura cristalina: polimorfos β y α. Distintos Politipos: Estructura cúbica ( β-SiC) a = 4.3596 Ǻ (3C)

Estructuras hexagonal y romboédrica ( α-SiC): Hexagonal: (a = 3.078 Ǻ; c = n x 5.518 Ǻ) 2H, 4H, 6H Romboédrico: (a = 3.073 Ǻ; c = 37.7 Ǻ) 15R Densidad (3.21 g/cm 3) y propiedades mecánicas idénticas[6]

OXIDO

El óxido de aluminio o alúmina (Al 2O3)

En sus varios niveles de pureza es el material cerámico avanzado que más se usa.[3] La forma más común de óxido de aluminio cristalino se conoce como corindón, que constituye la forma termodinámicamente estable. Los iones oxígeno prácticamente forman una estructura hexagonal compacta con iones aluminio llenando dos tercios de los intersticios octaédricos. Cada centro de iones Al3+ es octaédrico. En términos de sucristalografía, el corindón adopta una red trigonal de Bravais con un grupo espacial de R-3c (número 167 en las Tablas Internacionales). La celda primitiva contiene dos unidades de la fórmula de óxido de aluminio.

El óxido de aluminio también existe en otras fases, incluyendo las fases γ y η, la

fase monoclínica θ, la fase hexagonal χ, la fase ortorrómbica κ y la fase δ, que

puede ser tetragonal u ortorrómbica. Cada uno tiene una estructura y propiedad

cristalina únicas. La forma cúbica γ-Al2O3 tiene importantes aplicaciones técnicas.

El llamado β-Al2O3resultó ser NaAl11O17.

El óxido de aluminio fundido cerca del punto de fusión es casi 2/3 tetraédrico (es

decir, 2/3 de aluminio están rodeados por 4 oxígenos vecinos), y 1/3 5-coordinado,

muy poco (<5 %) del Al-O octaédrico se encuentra presente.5 Alrededor del 80 %

de los átomos de oxígeno son compartidos entre tres o más poliedros de Al-O, y la

mayoría de las conexiones interpoliédricos están compartidas en las esquinas, con

el restante 10 a 20 % distribuidas en los bordes. El desglose de los octaedros tras

la fusión va acompañado de un aumento de volumen relativamente grande (~

20 %), la densidad del líquido cercana al punto de fusión es de 2.93 g/cm3.[4]

Nitruro

Nitruro de silicio Si3N4

Estructura Cristalina Enlace covalente (30% iónico). Dos polimorfos: α, β. Estructura hexagonal Se descompone a temperaturas altas (1700ºC, N 2+Si fundido) (1880ºC en 1 bar N2) Dificultad para ser sinterizado. Aditivos SIALON: Si6-zAl z O z N8-z Adición de alúmina (Al 2 O 3). Material duro pero frágil. No fase vítrea.[5]

Conclusión:

Los cerámicos avanzados se pueden clasificar de varias formas, por ejemplo, óxidos, nitruros y carburos, cada uno de ellos tiene diferentes estructuras lo cual le da propiedades diferentes a cada material y por lo tanto el uso también es diferente. Existen dos características que componen los materiales cerámicos cristalinos que determinan la estructura cristalina: el valor de la carga eléctrica de los iones componentes y los tamaños relativos de los cationes y aniones. El cristal debe ser eléctricamente neutro, o sea todas las cargas positivas de los cationes deben ser equilibradas por un número igual de cargas negativas de los aniones. Las estructuras estables de los materiales cerámicos se forman cuando los aniones que rodean un catión están todos en contacto con el catión.[6]

BIBLIOGRAFIA

1.- http://www.monografias.com/trabajos81/introduccion-materiales ceramicos/introduccion-materiales-ceramicos2.shtml#ixzz3nTAZPrRs

2.- https://es.wikipedia.org/wiki/Carburo_de_titanio

3.-http://www.ceramtec.es/materiales-ceramicos/oxido-de-aluminio/

4.- https://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAmina¿

5.- http://www4.tecnun.es/asignaturas/pulvimetal/docs/Tema14.pdf

6.http://www.academia.edu/6881635/MATERIALES_CER%C3%81MICOS_AVANZADOS