Materiales cerámicos: características, tipos, ejemplos
Los materiales cerámicos son todos aquellos sólidos inorgánicos no metálicos que se caracterizan por tener una mezcla de enlaces iónicos y covalentes, y por forjarse en hornos a muy altas temperaturas. Sus apariencias son variopintas, presentando texturas arcillosas, transparentes, vítreas, coloridas, etc., las cuales comparten en común una inusual dureza.
Químicamente, las cerámicas consisten en esencia de óxidos, carburos y nitruros, abarcando por lo tanto infinitas posibilidades y composiciones de mezclados. Siempre han estado presentes en la historia de la humanidad, desde el barro, los ladrillos, la alfarería y la porcelana, hasta las baldosas superconductoras y refractarias utilizadas en sofisticadas aplicaciones tecnológicas.
En nuestros hogares los materiales cerámicos componen las baldosas de los pisos y tejados, la loza de los platos, el vidrio de las ventanas, la dureza de los retretes y lavamanos, incluso el cemento y todas las pastas solidificadas que sirvieron para construir las edificaciones que habitamos.
Los materiales cerámicos también están dentro de dispositivos como los relojes de cuarzo, los ordenadores, los televisores, los micrófonos, y son además elementos indispensables en la aeronáutica y la arquitectura. Sus usos tan variados y dispares solo reflejan la gran diversidad entre las propiedades de distintas cerámicas.
Índice del artículo
- 1 Propiedades de los materiales cerámicos
- 2 Tipos de materiales cerámicos
- 3 Aplicaciones
- 4 Ejemplos de materiales cerámicos
- 5 Referencias
Al haber tantas cerámicas, resulta difícil establecer propiedades que puedan describirlas a todas, pues siempre habrá varias excepciones. No obstante, la mayoría comparte en común las siguientes propiedades generales:
Las estructuras cristalinas de los materiales cerámicos no pueden amoldarse para contrarrestar, elásticamente, las fuerzas físicas que procuran quebrar sus sólidos. Por lo tanto, son quebradizos, frágiles.
Los enlaces en los materiales cerámicos son muy fuertes, por lo que sus átomos se encuentran firmemente confinados en sus respectivas posiciones. Esto les confiere una gran dureza, aun cuando sean sólidos quebradizos.
Los materiales cerámicos por lo general no son buenos conductores del calor ni de la electricidad, por lo que se comportan como aislantes. Sin embargo, muchas cerámicas contradicen esta característica, habiendo entre ellas excelentes conductores térmicos y eléctricos, así como semiconductores.
Los materiales cerámicos son débiles ante las compresiones, lo cual los hacen sólidos poco tenaces.
Las cerámicas destacan por ser sólidos considerablemente inertes, resistiendo solventes orgánicos y sustancias corrosivas sin perder su calidad.
Muchas cerámicas son transparentes, aunque también las hay translúcidas y opacas.
Una de las principales características de los materiales cerámicos es su alta resistencia térmica, ya que funden a muy altas temperaturas. Es por esta razón que se consideran sólidos refractarios, elaborados para soportar las llamas y temperaturas por encima de los 1.000 °C.
Los materiales cerámicos se caracterizan por ser muy duraderos. Pruebas de esto lo vemos perfectamente en los ladrillos de viejas construcciones, así como en las baldosas de los pisos, las cuales resisten durante el paso de los años la fricción de los muebles al ser arrastrados, los golpes de los objetos que caen sobre ellas, las pisadas, etc.
Al igual que como sucede con las características, no es fácil clasificar los materiales cerámicos de un modo satisfactorio y definitivo. Es por eso que se expondrá aquí los tipos en que usualmente se clasifican las cerámicas.
Las cerámicas cristalinas son todas aquellas que se obtienen a patir del fuego y de múltiples procesos, como el de la sinterización, la cual consiste en compactar los polvos producidos para dar formar a un sólido final.
Sus estructuras son ordenadas, ya sea que se traten de cristales iónicos o de redes tridimensionales de enlaces covalentes.
Las cerámicas no cristalinas son todas aquellas de apariencia vítrea, por lo que se tratan de vidrios. En términos generales, se obtienen mediante la solidificación y enfriamiento de los sólidos fundidos que se mezclan para dar lugar al material cerámico. Sus estructuras son desordenadas, amorfas.
Los materiales cerámicos también pueden clasificarse en tradicionales o modernos.
Los tradicionales son todos aquellos que se conocen desde hace milenios y están hechos a base arcilla o sílice, perfilando entre ellos las arcillas y porcelanas junto a sus variantes.
En cambio, los modernos son aquellos que han venido surgiendo desde hace 100 años a causa de las nuevas demandas tecnológicas e industriales. Entre ellos tenemos los carburos, los semiconductores y las cerámicas compuestas.
Existen numerosos productos cerámicos de uso especializado o casero:
- Ladrillos, tuberías, tejas, suelos de apartamentos.
- Radiadores de gas, revestimiento de hornos.
- Utensilios de cocina: cuchillos, azulejos, vajillas.
- Cerámica técnica-avanzada: protección balística, blindaje de vehículos, implantes biomédicos, azulejos cerámicos del transbordador espacial.
Las cerámicas, específicamente los óxidos de titanio y circonio, pueden utilizarse como biomateriales en la suplantación de piezas dentales y huesos.
Algunos materiales cerámicos son extraordinariamente duros, por lo que se destinan para fabricar taladros y herramientas de corte, con los cuales se mecanizan, cortan y moldean metales u otros sólidos. Asimismo, suelen ser materiales abrasivos, con los cuales se pulen diversas superficies.
Los motores eléctricos están compuestos de imanes hechos a base de cerámica ferrita.
Existen materiales cerámicos que tienen propiedades fosforescentes, y por lo tanto se utilizan en dispositivos electrónicos para producir luces LEDS.
Al ser malos conductores del calor o la electricidad, se utilizan como aislantes por ejemplo en contenedores alimenticios para mantenerlos calientes por mayor tiempo, o en transformadores y generadores eléctricos para controlar los altos voltajes.
Para finalizar se enlistarán varios ejemplos de materiales cerámicos, siendo modernos la mayoría de ellos:
-Al2O3, alúmina
-Si3N4, nitruro de silicio
-TiN, nitruro de titanio
-Grafito
-Diamante
-SiO2, sílice
-Vidrio Pyrex
-ITO, óxido de estaño e indio
-Zafiro
-Fibras ópticas
-ReO3, trióxido de renio
-GaN, nitruro de galio
-SiC, carburo de silicio
-ZrO2, circonia o dióxido de circonio
-Gres
-B4C, carburo de boro
-MoSi2, disiliciuro de molibdeno
-YBCO o YBa2Cu3O7, óxido de itrio, bario y cobre
-BaTiO3, titanato de bario
-Óxidos de boro
-BN, nitruro de boro
-MgB2, diboruro de magnesio
-Sialon, oxinitruro de aluminio y silicio
-UO2, óxido de uranio
-ZnO, óxido de cinc
-SrTiO3, titanato de estroncio
-CdS, sulfuro de cadmio
-MgNb2O9Pb3, niobato de plomo y magnesio
-Zeolitas
Las cerámicas basadas en óxidos pueden ser estructuralmente complejas, pues incluyen sólidos no estequiométricos y sinfines de combinaciones. Asimismo, los ejemplos citados pueden estar o no dopados con átomos de metales, metaloides o no metales, lo cual modifica sus propiedades y, por lo tanto, sus aplicaciones finales.
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