Consulta Sobre Propiedades de Los Materiales Ceramicos Luis Felipe Guzmán Valencia 2120122008
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Consulta 3 propiedades de materiales cerámicos
Los diagramas de selección de materiales son ampliamente utilizados en el
diseño ingenieril, estos consisten de diagramas en dos dimensiones en los
cuales se grafcan propiedades mecánicas, térmicas y ísicas de los materiales;
por lo general en pares con una propiedades por eje; en estos se agrupan losdierentes grupos o amilias de materiales por ejemplo cerámicos o metales en
burbujas que permiten determinar el comportamiento de estos con respecto a
las propiedades grafcadas, un ejemplo de esto es mostrado en la fgura !
"ig! ! #ráfco de módulo de elasticidad $ densidad para amilias de materiales!
%or lo general cuando se lle&a a cabo un proceso de diseño, se 'an de tener en
cuenta dierentes propiedades a la 'ora de seleccionar un material a emplear
en un prototipo; por ejemplo para diseños que requieren de alta resistencia y
bajo peso el diagrama de resistencia s densidad puede ser un punto de partida
para lle&ar a cabo la preselección o selección de un material; solo se requiere
defnir un rango de &alores óptimos o deseados y escoger una de las m(ltiples
amilias de materiales mostradas por el grafco!
)sta acti&idad se centrara en la caracterización de la amilia de materialescerámicos que por clasifcación general se di&iden en dos las cerámicas
tradiciones y los cerámicos de a&anzada!
! *odulo de elasticidad + ensidadLa fgura - muestra en ella un amplio rango de módulos de elasticidad y
densidades para materiales de ingeniería, esto se agrupa como se dijo
anteriormente en amilias! e la ciencia de materiales, se sabe que la
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densidad depende de tres actores, entre esto y en menor medida, el
tamaño de los átomos, la orma en que estos se encuentra
empaquetados y en mayor medida el peso de estos átomos o iones; los
materiales cerámicos tiene por lo general una densidad algo menor que
los metales estos se debe a la presencia de elementos con bajo peso
atómico como lo son el o5ígeno, nitrógeno, carbono entre algunos otros,los cerámicos de a&anzada se encuentran algo más cerca en densidad a
los metales con rangos entre ! y - Mg
m3 al poseer estructuras
altamente cristalinas, poco porosas y presentar en ellos elementos como
silicio, aluminio, boro y zirconio con altos pesos moleculares; los
cerámicos tradicionales poseen una menor densidad en los y - Mg
m3
, esto se debe que su estructura por lo general es de carácter amoro yse presentan en ellos materiales de bajo peso molecular como el
carbono y nitrógeno!
"ig! -! #rafco *odulo de elasticidad + ensidad para materiales
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)l módulo de elasticidad de un material depende de dos &alores, la
uerza de los enlaces que lo conorman y la densidad o cantidad de estos
enlaces por unidad de &olumen; como se puede obser&ar los materiales
cerámicos son los que cuentan con el mayor módulo de elasticidad
respecto a las demás amilias; esto es debido a la carácter iónico de sus
enlaces, siendo los módulos de elasticidad para los cerámicos dea&anzada los más altos del todo el grafco, lo que se da producto de la
alta densidad de empaquetamiento de átomos que proporciona la
estructura cristalina; en los cerámicos tradicionales el módulo de
elasticidad es alto en comparación a las demás amilias pero es inerior
al de aquellos cerámicos de a&anza, esto se da debido al carácter
amoro de su estructura!
-! 6esistencia $ ensidad
%ara lo cerámicos la resistencia mostrada en la fgura 1 corresponde alos módulos de ruptura del material 7resistencia a la 8e5ión9; en orma
general los cerámicos se caracterizan por su alta resistencia; los
cerámicos de a&anzada son aquellos que cuentan con la mayor
resistencia de toda la fgura 1, esto se da producto de su estructura
cristalina, en la cual para lle&ar a cabo el procesos de ruptura se 'ace
necesario el mo&imiento de dislocaciones lo cual se pre&iene gracias la
característica iónica de sus enlaces que deben ser deormados y rotos
para lle&ar a la alla!
La densidad y la resistencia se relacionan gracias a la estructura
cristalina de los materiales, como se mencionó con anterioridad loscerámicos de a&anzada poseen mayor densidad y por ende mayor
resistencia gracias a su estructura cristalina, en contraste con los
cerámicos tradicionales a los cuales su estructura amora las otorga
menor densidad y resistencia!
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"ig! 1! #rafco 6esistencia $ ensidad para materiales
1! *ódulo de elasticidad + resistencia:omo se mencionó con anterioridad en la fgura se grafca el módulos
de ruptura para los materiales cerámicos; como se puede obser&ar en
esta, los cerámicos son de nue&o los materiales con mayor módulo de
elasticidad y resistencia de toda la tabla; esto se dan por la razones
e5plicadas anteriormente, como la relación e5istente entre módulo de
elasticidad, densidad de empaquetamiento y la uerza de los enlaces
iónicos, que a su &ez aumentan la resistencia del material, como la
estructura cristalina de los cerámicos de a&anzada también lo 'ace!
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"ig! ! #rafco *odulo de elasticidad + resistencia para materiales
!
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"ig! =! #rafco
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"ig! 4! #rafco !
La diusi&idad térmica al igual que la conducti&idad térmica gobierna el
8ujo de calor a tra&és de una material pero este 8ujo se encuentra en
estado transitorio, es decir antes de alcanzar el equilibrio térmico, esta
se obtiene de di&idir la conducti&idad térmica entre la densidad y el calor
especifco, por ende e5iste una relación de carácter lineal entre ambas,
'ec'o que se puede e&idenciar en la fgura >, se puede obser&ar
además que la diusi&idad térmicas de los cerámicos de a&anzada es
casi igual a la de algunos metales!
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"ig! >! #rafco :onducti&idad térmica $ diusi&idad térmica para
materiales
>! :oefciente de e5pansión térmica $ conducti&idad térmica:omo se e&idencia en la fgura el coefciente de e5pansión térmica es
bajo para los cerámicos, esto se debe a que sus enlaces no permiten la
e5pansión del material a altas temperaturas, como se e5plicó conanterioridad, la conducti&idad térmica en un cerámico depende de la
cristalinidad de su estructura, es por esto que los cerámicos de
a&anzada tiene una alta conducti&idad térmica!
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"ig! ?! #rafco :oefciente de e5pansión térmica $ conducti&idad térmica
para materiales
0! :oefciente de e5pansión térmica $ *odulo de elasticidad
)5iste una relación entre el coefciente de e5pansión térmica y el módulo
de elasticidad de una material que se modela bajo la ecuación
para la cual es coefciente de e5pansión térmica es
in&ersamente proporcional al módulo de elasticidad del material, por
medio de esta relación se puede e&idenciar porque los materiales
cerámicos que cuentan con los mayores módulos de elasticidad poseen
tan bajo coefciente de e5pansión térmica, en la fgura ? se e&idencia
entonces la disminución del coefciente respecto al aumento en el
módulos de elasticidad!
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"ig! /! #rafco :oefciente de e5pansión térmica $ *odulo de elasticidad
para materiales
?! 6esistencia $ *á5ima temperatura de ser&icioLa má5ima temperatura de ser&icio es aquella a la cual se considera
inseguro emplear un material, como se puede obser&ar en el grafco /,
los ceramicos son aquellos materiales que poseen una mayor
temperatura de ser&icio de todas las demás amilias de materiales, es
importante destacar a además que la resistencia de los cerámicos de
a&anzada es mayor en comparación a las de otros, por esta razón es
que estos son los materiales que por e5celencia son empleados a altastemperaturas!
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"ig! /! #rafco 6esistencia $ *á5ima temperatura de ser&icio para
materiales
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