LOS MATERIALES CERAMICOS Y VIDRIOS

LOS MATERIALES CERÁMICOS Y VIDRIOS




INTRODUCCIÓN
Es necesario comprender no solamente los materiales cerámicos tradicionales tales
como el hormigón, vidrio, losa cerámica y ladrillos, sino también a los mas modernos, tales 
como materiales para láser, vidrios sensibles a la luz, etc. Cuando se encuentra la palabra
cerámico, muchos piensan en las vajillas de losa y en las porcelanas, estos usos no están
lejos del significado de la palabra griega original material sometido al fuego.
ESTRUCTURA CRISTALINA DEL CERÁMICO
Los cerámicos y los vidrios son materiales sólidos no metálicos e inorgánicos
constituidos por elementos metálicos tales como el silicato o el boro y no metálicos tales
como el oxígeno, carbón o nitrógeno enlazados principalmente mediante enlaces irónicos
y/o covalentes. Las composiciones químicas de los materiales cerámicos varían
considerablemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas
enlazadas.
Los materiales cerámicos son típica mente duros y frágiles con baja tenacidad y
ductilidad. Se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a
la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión
relativamente altas y, así mismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los
medios mas agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces. Debido a estas
propiedades los materiales cerámicos son indispensables para muchos de los diseños de
ingeniería. Los cerámicos son predominantemente de estructura cristalina a diferencia del
vidrio que tiene una estructura no cristalina amorfa. Muchos vidrios se forman por un
proceso de someter a altas temperaturas una muestra de arena de cuarzo (SiO2) para luego 
enfriarla rápidamente obteniendo un material claro no cristalino denominado sílice tendido 
o vidrio. En contraste los cerámicos no se obtienen por un proceso de fundición, sino por la 
unión de partículas finas que constituyen un sólido. Algunos ejemplos y propiedades de
vidrios y cerámicos de muestran en la Tabla 1.
En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden
clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de
uso específico en ingeniería. Normalmente, los cerámicos tradicionales están constituidos
por tres componentes básicos: arcilla, sílice y feldespato. Ejemplos de cerámicos
tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en la industria de la construcción y las
porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica. Las cerámicas ingenieriles, por el
contrario, están constituidas por compuestos puro o casi puros, tales como el óxido de
aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC), y nitruro de silicio (Si3N4). Ejemplos de
aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología de punta son el carburo de silicio en 
las áreas de alta temperatura de la turbina de un motor y el óxido de aluminio en la base del 
soporte para los circuitos integrados de los chips en un módulo de conducción térmica.
En cuanto a las propiedades térmicas de los cerámicos la mayoría tienen bajas 
conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces covalentes y son buenos aislantes
térmicos. Debido a su alta resistencia al calentamiento, son usados como refractarios


En la Tabla 2 se comparan algunas características de los metales y cerámicos.
Características Metales Cerámicos
Elementos 
presentes
Un solo metal o fases metálicas con enlaces
metálicos.
Metálicos y no metálicos con enlaces iónicos 
y/o covalentes.
Disposición de 
los átomos
Disposición regular en planos en planos de
empaqueta miento compactos conduce a que
ocurra deslizamiento debido a esfuerzos, los
que proporciona ductilidad.
La disposición de los átomos como el tipo de 
enlace son diferentes. La disposición regular 
de los átomos determina la vía de la fractura 
y la ruptura. El plano de la fractura está
íntimamente relacionado con la forma en que 
están colocados los planos de los átomos, lo
que conlleva a un rotura frágil.
Resistencia a la 
corrosión
Baja resistencia a la corrosión en
comparación a los cerámicos.
Alta resistencia a la corrosión y al uso.
Punto de fusión Temperaturas de fusión son inferiores. Temperatura de fusión entre 1600 y 4000°C.
Rigidez Material dúctil. Material rígido, bajo peso.


PROCESAMIENTO DE CERÁMICOS
Los productos cerámicos mas tradicionales y técnicos son manufacturados
compactando polvos o partículas en matrices que son posteriormente calentados a enormes 
temperaturas para enlazar las partículas entre si. Las etapas básicas para el procesado de
cerámicas por aglomeración de partículas son: (1) preparación del material; (2) moldeado o 
fundido; (3) tratamiento térmico por secado (normalmente no es requerido) y horneado por 
calentamiento de la pieza a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas
enlazadas.
PREPARACIÓN DE MATERIALES
Las materias primas para estos productos varían, dependiendo de las propiedades
requeridas por las piezas de cerámica terminadas. Las partículas y otros constituyentes,
tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o en húmedo. Para
productos cerámicos que no necesitan tener propiedades muy críticas tales como ladrillos
comunes, la mezcla de los ingredientes con agua es una práctica común. Para otros
materiales cerámicos se emplean además aditivos.
TECNICAS DE CONFORMADO
Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden ser
conformados mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o líquidas. Los
procesos de conformado en frío son predominantes en la industria del cerámico pero los
procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. Prensado, moldeo y
extrusión son los métodos de modelado de cerámicas que se utilizan mas comúnmente