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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

Docente: Ing. Alfredo Fernando Reyes Alumnos: Nilton CastillO Carrasco Luis Eder Perez Paico Wilson Viera Talledo Jull Gamboa Merino Oliver Ivan Gonzales More Ronald Miguel Morn Rivas

Curso: Ciencia de los materiales

Del griego: keramos, barro de alfarero o utencilios hechos de g g , barro cocido o cosa quemada Compuestos qumicos inorgnicos no metlicos. Constituidos por elementos metlicos y no metalicos. Enlazados principalmente por enlaces inicos. Presentan estructura cristalina y no cristalina Tienen un profundo efecto sobre nuetras vidas: las industrias electrnica, informtica, de comunicaciones, aeroespacial, etc.

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El enlace atmico es parcialmente o totalmente inico CARACTERISTICAS: Los iones metalicos Los iones no metalicos cationes aniones El valor de la carga electrica de los iones componentes, el cristal debe ser electricamente neutro. Los tamaos relativos de los cationes y aniones el cociente aniones, rC/rA es menor que la unidad. El numero de coordinacion esta relacionado con el cociente entre anion y cation.

ESTRUCCTURA CRISTALINA DEL TIPO AX El numero d cationes y aniones es el mismo. A i di el cation l de i i l i indica l i y X indica el anion.

ESTRUCTURA DEL CLORURO SODICO Numero de coordinacion: 6 Ejemnplos: NaCl, MgO, MnS, LiF y FeO

ESTRUCTURA DEL CLORURO SODICO

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ESTRUCTURA DEL CLORURO DE CESIO Numero de coordinacion: 8

ESTRUCTURA DEL SULFURO DE CINC (BLENDA) Tambien ll bi llamada estructura de la esfalerita d d l f l i Numero de coordinacion: 4 Ejemplos: ZnS, ZnTe y SiC ESTRUCTURA DEL CLORURO DE CESIO

ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL TIPO AmXp Donde m y/o p son diferentes de 1 Ejemplos: CaF2 (estructura cristalina de la fluorita), UO2, PuO2, ThO2 ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL TIPO AmBnXp Dos tipos de cationes (A y B) y un anion (X) ESTRUCTURA DEL SULFURO DE CINC (BLENDA) Ejm: BaTiO3 (Titanato de Bario, estructura cristalina de la perouskita)

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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA FLUORITA

ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA PEROUSKITA

SILICE Los silicatos son materiales compuestos principalmente por silicio y oxigeno, los dos elementos mas abundantes de la corteza terrestre. La mayor parte de suelos, rocas, arcillas y arebas son clasificados como silicatos Dioxido de ili i Di id d silicio o slice (SiO2) li Red tridimencional formados por tetraedros de silicio-oxigeno. Relacion entre atomos de Si y O es 1:2

Tetraedro de SiO44-

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VIDRIOS DE SILICE La silice puede tambien existir como solido no cristalino o vidrio con un alto grado de distribucion al azar (carateristica principal del estado liquido) Estructura con desorden considerable Se denomina slice f did o slice vtrea S d i li fundida li Se utilizan como: recipientes, ventanas, etc VIDRIO DE SILICE

SILICATOS En los silicatos uno, dos, o tres de los atomos de oxigeno del tetraedro SiO4- son compartidos por otros tetraedros para formar estructuras mas complejas. Ejemplos: forsterita (Mg2SiO4), arkemanita (Ca2MgSi2O7), arcilla caonita Al2(Si2O5)(OH)

SILICATO FORSTERITA

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DIAMANTE Es un elemento que existe en varias formas poliformicas, asi como en estado amorfo. Se clasifica sus formaciones poliformicas a veces como ceramico. Como lo son el grafito, el diamante y los fullerenos Polimorfo metaestable de carbono a temperatura ambiente y a presion atmosferica Estructura cristalina similar a la blenda Extremadamente duro, alta conductividad termica Son utilizados para desbastar y cortar otros materiales mas blandos Es policristalino, esta formado por granos muy pequeos y/o granos relativamente grandes.

GRAFITO Polimorfo del carbono. Su estructura esta formada pior capas de atomos de carbono dispuestos hexagonalmente. Propiedades: alta reistencia y buena estabilidad quimica a temperaturas elevadas. Se usa em elementos calefactorios de hornos electricos, como elctrodo para soldadura por arco, en crisoles metalurgicos, etc. DIAMANTE Y como refractarios baterias, etc en toberas de cohotes, elctrodos para

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FULLERENOS Descubierta n 1985 Existe en forma molecular, y consiste en una red esferica de 60 atomos de carbono, C60. En estado solido, las unidades C60 forman una estructura cristalina y se empaquetan formando una red FCC i li f d d

GRAFITO

DEFECTOS ATOMICOS PUNTUALES En los compuestos ceramicos pueden existir defectos atnicos que involucran a los tomos disolventes

Efecto Frenkel.- Un tipo de defecto est formado por una vacante catdica y un catin intersticial FULLERENOS

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Defecto Schottky.- Este efecto debe visualizarse como el creado por la eliminacin de un catin y un anin desde el interior del cristal y colocando a ambos en una superficie externa. it l l d b fi i t

Efecto Frenkel

IMPUREZAS EN CERAMICAS Puesto que hay tanto cationes como aniones, una impureza sustituir al tomo disolvente que sea ms similar en comportamiento elctrico; si el tomo de impureza forma normalmente un catin en un material cermico, lo ms probable es que sustituya al catin disolvente. Por ejemplo, en el , p cloruro sdico, las impurezas inicas Ca2+ y O2- sustituirn probablemente a los iones Na+ y Cl-, respectivamente

IMPUREZAS EN CERAMICAS

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El proceso de la fractura fragil consiste en la formacion y propagacion de fisuras a traves de la seccion de un material en una direccion perpendicular a la carga aplicada. El crecimiento de grietas normalmente ocurre a traves de los granos (o sea transgranular) y a lo largo de determinados planos cristagrficos. i t fi Cualquier grieta o imperfeccin limita la capacidad de un producto cermico para resistir un esfuerzo a tensin. Esto es debido a que una grieta concentra y amplifica el esfuerzo aplicado

En los cermicos las dislocaciones no se mueven a bajas temperaturas y no se observa deformacin plstica significativa. A temperaturas ms altas, el flujo viscoso y el deslizamiento de bordes de grano se convierten en mecanismos importantes de deformacin. El flujo viscoso ocurre en los vidrios y en los cermicos que contienen una mezcla de fases vtrea y cristalina: el deslizamiento de bordes de grano ocurre en cermicos que principalmente son cristalinos

(2da parte) Los cermicos cristalinos tienen buena resistencia a la termofluencia, por sus altos puntos de fusin Frecuentemente ocurre como resultado del deslizamiento de los bordes de grano. Conforme los granos se deslizan uno sobre otro, se pueden iniciar las grietas y finalmente causar la falla. Varios factores facilitan el deslizamiento de los bordes de grano y reducen la resistencia a la termofluencia FACTORES: Tamao de grano: los ms pequeos aumentan la termofluencia. Porosidad: los poros tambin facilitan el deslizamiento de los bordes de grano, entonces la tasa de termofluencia se incrementa. Impurezas: Diversas impurezas pueden provocar la formacin de fases en los bordes de grano. Temperatura: Las altas temperaturas reducen la resistencia de los bordes de grano, incrementan la velocidad de difusin y promueven la formacin de fases vtreas.

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Los vidrios forman un grupo familiar de cermicas, las aplicaciones tipicas son recipientes, ventanas, lentes, fibra de vidrio id i Son silicatos no cristalinos que contienes otros oxidos, principalmente CaO, Na2O, K2O Y Al2O3, los cuales influencian en las propiedades del vidrio. Las dos principales propiedades son la transparencia ptica y la facilidad con que pue den fabricarse fabricarse. Los materiales vitreos son sensibles a la temperatura, no solidifican de la misma manera que los materiales cristalinos. Al enfriar, el vidrio se hace cada vez mas viscoso de forma continua a medida que la temperatura disminuye. La combinacin de transparencia y dureza a temperatura ambiente con suficiente fuerza y una excelente resistencia a la corrosin en la mayora de los ambientes Es aislante y tiene la capacidad para suministrar un cierre hermtico.

El vidrio se produce calentando las materias primas a temperaturas elevadas por encima de la temperatura de fusion La mayoria de los vidrios comerciales son de la variedad slice-sosa-cal. (SiO2)+(Na2O)+(CaO) Existen cuatro mtodos di i E i d distintos para f b i fabricar productos d d de vidrio: prensado, soplado, estirado y formacion de fibras. El prensado se utiliza para la fabricacion de piezas con paredes relativamente gruesas tales como placas y platos Prensado de platos

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El soplado de vidrio se realiza a mano mano, especialmente en el caso de objetos de arte. Pero el proceso actualmente ha sido completamente l automatizado para la produccion de jarros de vidrio, botellas y bombillas de luz

El estirado se utiliza para conformar piezas largas, tales como lminas, barras lminas barras, tubos y fibras, todos los cuales tienen una fibras seccion constante

Las fibras de vidrio continuas se forman mediante una operacin de estirado mas sofisticada. Las fibras se forman haciendo pasar el vidrio fundido a traves de pequeos orificios en la base de la cmara

La mayoria de los vidrios inorgnicos pueden transformarse desde un estado no cristalino a un estado cristalino por el propio tratamiento a temperatura elevada. Este proceso denominado desvitrificacin En algunos vidrios esta formacin de desvitrificacion puede ser p q p p controlada hasta el punto de que puede producirse un material de grano muy pequeo, libre de tensiones residuales, denominado a menudo vitroceramica Sus aplicaciones son en articulos de cocina para utilizar en hornos, aisladores y como sustratos de circuitos integrados.

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Es uno de los materiales mas ampliamente utilizado, es barato y se encuentra en forma natural. A menudo es utilizado como es extraido sin ningun aumento

Se clasifican: vitroceramicas Productos estructurales de arcilla, ladrillos, baldosas, etc Porelanas, productos de alfareria, vajillas, porcelana fina, articulos sanitarios, etc.

Hidroplasticidad: sucede cuando a los minerales de arcilla se les aade agua y se hacen muy platicos. Son aluminosilicatos, formados por almina (Al2O3) y silice (SiO2), que contienen agua enlazada quimicamente. Tienen impurezas, normalmente oxidos (de bario, calcio, sodio, potasio y hierro) y tambien algo de materia rganica. Tienen una estructura en capas

Ademas de arcilla, muchos de estos productos tambien contienen ingredientes no plasticos. Los minerales no arcillosos son silex, o cuarzo finamente dividido y un fundente de feldespato. Las propiedades del proceso final estan determinado por las p p p p caractersticas de los tres constituyentes (arcilla, cuarzo y fundente) Una porcelana tipica puede contener aproximadamente 50% de arcilla, 25% de cuarzo y 25% de feldespato.

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Existen dos tecnicas: comformacion hidroplastica y moldeo en barbotina CONFORMACION HIDROPLASTICA La tecnica mas comn de confomacin hidroplastica es la extrusion, en la cual una masa espesa de cermica es forzada a traves del orificio de una matriz que tiene la geometria de la seccion deseada. Ejm: ladrillos, tuberias, bloques ceramicos y azulejos. Ejemplo de porcelana

MOLDEO EN BARBOTINA 1. 1 Se vierte dentro del molde la arcilla lquida (agua y arcilla) El arcilla). yeso absorve el agua, unindose a la arcilla y esta se solidifica sobre la pared interna del molde, aumentando su espesor. 2. Cuando el espesor ser el adecuado, se saca del molde la arcilla excedente, formando de este modo el vaco interno del objeto. 3. Despus de un cierto tiempo el pedazo toma consistencia, listo para ser extrado.Se pasa luego el terminado que esta compuesto de varios pasos. 4. El ltimo paso es pasar la esponja con agua para poder alisar la superficie, luego el objeto se hace secar, y se coce.

CONFORMACION HIDROPLASTICA

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SECADO A medida que un cuerpo cermico de arcilla se seca (en su superficie), tambien experimenta contraccin (en su parte interna molecular). La L velocidad d evaporacion superficial d b ser, como l id d de i fi i l debe maximo, igual a la velocidad de difusion del agua. De lo contrario se encoje y se deforma MOLDEO EN BARBOTINA

COCIDO Despues d l secado, un cuerpo es cocido usualmente a del d id l temperatura entre 900 y 1400 C, la temperatura de coccin depende de la composicin y de las propiedades deseadas de la pieza final Durante este proceso la densidad aumenta an mas y se mejora la resistencia mecnica.

Las propiedades sobresalientes de los materiales incuyen la capacidad de soportar altas temperaturas sin fundir o descomponerse y la capacidad de permanecer inertes sin reaccionar cuando son expuestos a medios agresivos.

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Los ingredientes primarios de estas ceramicas son mezclas de arcillas refractarias de alta pureza, almina y silice, con un 25% a un 45% de almina. La temepartura mas alta que puede alcanzar es 1587C aprox. Los ladrillos refractarios de arcilla se utilizan principalmente en la construccion de hornos, para confinar atmosferas muy calientes y para aislar termiamente miembros estructurales de temperaturas excesivas. Hornos refractarios

El principal ingrediente es la silice. Estos materiales, bien conocidos por su capacidad estructural a temperaturas elevadas Se utilizan ordinariamente en los techos arqueados de los hornos de produccion de acero y vidrio; para estas aplicaiones se alcanzan temnperaturas tan altas como 1650C Horno refractario

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Son utilizados para desgastar, desbastar o cortar otros materiales, los cuales son necesariamente mas blandos. Son muy duros y resistemntes al desgaste, y tienen cierto grado de tenacidad. Las ceramicas abrasivas mas comunes son el carburo de silicio, el carburo de tungsteno (WC), el oxido de aluminio y las arenas de slice Son utilizadas adheridas a muelas de desbaste y tambin como granos sueltos o como polvo (ejemplo: papel lija) Ceramicos abrasivos

Se clasifican como cementos inorganicos varios materiales cermicos familiares: yeso y caliza. La caracteristica de estos materiales es que cuando son mezclados con agua forman una pasta que despues fragua y se endurece. Este fenmeno es especialmente til porque permite producir con extrema facilidad estructuras slidas y rigidas que tengan casi todas las formas que se deseen. Se produce moliendo y mezclando intimamente minerales con contenidos de arcilla y caliza

Esquema de formacion del cemento

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APLICACIN EN MOTORES DE COMBUSTIN Las principales ventajas d estos nuevos materiales sobre l i i l j de i l b los metales y aleaciones metalicas convencionales son: capacidad de resistir temperaturas mas altas de operacin del motor, aumentando asi el rendimiento del combustible utilizado, excelentes resistencias al desgaste y a la corrosion, menores prdidas por friccin, capacidad de operar sin sistema de refrigeracion, menores densidades (menos peso), etc

Son materiales modernos, desarrollados, que han encontrado lugar prominente en nuestra tecnologia acanzada Las ceramicas avanzadas, son o pueden ser utilizadas en motores de combustion interna y en turbinas, como placas para blindajes, en empaquetamiento electronico, como h bli d j t i t l t i herramienta i t de corte, asi como en la conversion, almacenamiento y generacin de energia.

APLICACIN EN BLINDAJES CERMICOS Algunas de las nuevas ceramicas avanzadas son utilizadas en sistemas de blindaje para proteger al personal militar y a los vehculos de los proyectiles balisticos La mayoria de los blindajes de cermicas estan formados por una o mas placas cermicas juntas que se combian con una placa dctil y mas blanda de soporte Aplicacin en motores de combustin (cermicos) Materiles ceramicos de blindaje son: almina (Al2O3), carburo de silicio (SiC) y diboruro de titanio (TiB2)

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Ceramicas Avanzadas

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