CERAMICOS TRADICIONALES Y CERAMICOS MODERNOS

Las cerámicas son materiales sólidos que no son ni metales ni polímeros aunque pueden tener elementos metálicos y orgánicos como constituyentes o aditivos. Las cerámicas se pueden presentar en forma amorfa, vítrea, monocristalina, policristalina o combinaciones de algunas de ellas. Estos materiales tienen dos características importantes: su capacidad de resistir al calor y su resistencia al ataque químico; debidas a la fortaleza del enlace entre sus átomos. La investigación busca ahora la solución de su principal defecto: la tendencia que muestran a romperse o fragilidad.

Los recientes avances no sólo han permitido mitigar el problema de fragilidad, sino que han proporcionado un mayor control sobre aspectos de composición y micro estructura que rigen otras propiedades físicas. Tal control facilita el diseño de materiales cerámicos que satisfagan exigencias químicas, térmicas, mecánicas y eléctricas específicas, de las que ningún otro material puede dar cuenta. De hecho, han desempeñado un papel decisivo en el desarrollo de nuevas tecnologías, como ordenadores y telecomunicaciones, y continuarán protagonizando las tecnologías del futuro.

Los avances tecnológicos son controladores clave de la economía mundial hoy en día. Los materiales contribuyen en dos terceras partes de las innovaciones tecnológicas actuales, y en especial los cerámicos juegan muchos aspectos importantes en la tecnología moderna. Necesidades y oportunidades para los cerámicos son particularmente evidentes en áreas tales como computación, comunicaciones, aplicaciones militares, medicina, disminución de la contaminación y transporte. Entre la gran cantidad de avances que en el siglo XX estimularon el progreso de los cerámicos están el desarrollo general de la ciencia y la tecnología, el incremento de nuevas industrias, los adelantos en tecnología militar, y concerniente a la salud, la seguridad y el ambiente. Es útil reflexionar sobre los avances de los cerámicos en términos de tres grandes aspectos. Primero, el incremento de tecnologías nuevas en este campo, conocidos como materiales con propiedades diferentes y mejoradas; que, estimuló el desarrollo de nuevos cerámicos para algunas necesidades específicas. Segundo, los avances en las técnicas para la caracterización de materiales, lo que propicio la aparición de cerámicos totalmente nuevos, así como la introducción de mejoras en las propiedades de cerámicos ya existentes. Tercero, los avances en ingeniería eléctrica y mecánica han sido aplicados a los procesos existentes de producción de cerámicos. La innovación frecuentemente involucra una combinación de estos tres efectos.

1. CERAMICA TRADICIONALSe puede definir como aquella que tiene como base a los silicatos, principalmente los materiales arcillosos, los cementos y los vidrios. Entre las cerámicas tradicionales podemos citar: Las vasijas de barro cocido, la porcelana, los ladrillos, las tejas, los vidrios, entre otros. El arte de fabricar piezas conformando y cociendo materiales arcillosos ha sido practicado por las más antiguas civilizaciones hasta nuestros días. Los sectores industriales que trabajan con la cerámica tradicional son las industrias de la porcelana, de los sanitarios, de la alfarería y como no, la industria de la cerámica estructural (ladrillos, bovedillas, tejas, adoquines). También se deben incluir en esta clasificación la industria de los refractarios. Su fabricación es realizada con materias primas de yacimientos naturales (con o sin beneficio), el conformado puede ser manual y el proceso de cocción se realiza en hornos tradicionales. En cuanto a la estructura, en su gran mayoría presentan tamaños de grano grueso y una alta porosidad fácilmente visible.

2. CERÁMICAS MODERNAS O AVANZADASSon fabricados con materias primas artificiales que han sufrido un proceso químico para conseguir alta pureza y mejora de sus características físicas. El proceso de conformado se realiza con equipos sofisticados que incluyen la utilización de altas temperaturas, presiones, entre otras. Su micro estructura es de grano fino imposible de observar a simple vista. Estos materiales dependiendo de sus materias primas y composiciones pueden poseer excelente propiedades mecáni-cas, eléctricas magnéticas u ópticas aún bajo condiciones extremas.

3. APLICACIONES TECNOLÓGICAS DE LAS CERAMICAS AVANZADASSi bien las cerámicas tradicionales representan la mayor parte de la producción de materiales cerámicos, ocurre que se han desarrollado nuevos materiales cerámicos, denominados “cerámicas avanzadas”, que han encontrado un lugar prominente en nuestra tecnología avanzada. En particular, las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas, así como la combinación de estas propiedades únicas de las cerámicas han sido explotadas en muchas aplicaciones.

Motores de Combustión Interna de automóviles. Las principales ventajas de estos nuevos materiales sobre los metales y aleaciones metálicas convencionales son:

- Capacidad de resistir temperaturas más altas de operación del motor, aumentando el rendimiento del combustible usado;

- Excelentes resistencias al desgaste y a la corrosión; - Menores pérdidas por fricción; - Capacidad de operar sin sistema de refrigeración;- Menores densidades, que resultan en una disminución del peso del motor.- Además, y debido a su excelente resistencia al desgaste, los componentes cerámicos no requieren una lubricación

exhaustiva.

Tales motores están todavía en la fase de desarrollo experimental; sin embargo, ya se han ensayado bloques de mo-tor cerámicos, así como válvulas, camisas cilíndricas, pistones, cojinetes y otros componentes. Además, la investiga-ción también se lleva a cabo en turbinas de gas que emplean rotores cerámicos, estatores, regeneradores y cámaras de combustión. Considerando sus características físicas y químicas tan deseables antes mencionadas, los materia-les cerámicos avanzados llegarán, en el futuro, a utilizarse también en motores de reacción de aviones.

Blindajes. Algunas de las nuevas cerámicas avanzadas son utilizadas en sistemas de blindaje para proteger al per-sonal militar y a los vehículos de los proyectiles balísticos. La principal consideración en estas aplicaciones es el peso del material protector necesario para obstruir el impacto del proyectil.

La mayoría de los blindajes de cerámicas están formados por una o más placas cerámicas juntas que se combinan con una placa dúctil y más blanda de soporte. Cuando se produce el impacto, las placas deben ser suficientemente duras para fracturar el proyectil de alta velocidad, el cual, al impactar también produce la fractura de la placa cerámi-ca. La estructura del blindaje debe absorber el resto de la energía cinética por deformación y, además, frenar la pe-netración del proyectil y los fragmentos dinámicos.

Industria Aeroespacial. Algunos materiales cerámicos pueden soportar temperaturas extremadamente altas sin perder su solidez. Son los denominados materiales refractarios. Generalmente tienen baja conductividad térmica por lo que son empleados como aislantes. Por ejemplo, partes de los cohetes espaciales son construidos de azulejos ce-rámicos que protegen la nave de las altas temperaturas causadas durante la entrada a la atmósfera.

Aislamiento eléctrico y comportamiento dieléctrico: Los cerámicos son buenos aislantes eléctricos. Cuando son combinados con fuerza, permite usarlos en la generación de energía y transmisión. Las líneas de alta tensión son ge-neralmente sostenidas por torres de transmisión que contienen discos de porcelana, los cuales son lo suficientemen-te aislantes como para resistir rayos y tienen la resistencia mecánica apropiada como para sostener los cables.

Biomédica: Huesos, dientes, materiales de implante Óptica/Fotónica: Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes, ..etc Electrónica: Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes,..etc Energía: Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear

3. ASPECTOS ECONÓMICOSLos incentivos económicos y la necesidad de progreso tecnológico obligan a concentrarnos en tres áreas: las cerámicas, los materiales híbridos y los semiconductores. Las nuevas cerámicas estructurales son livianas y capaces de resistir el uso prolongado y el calor, cualidades que permiten su utilización en componentes que saquen un mayor rendimiento al combustible, incrementen la productividad de los procesos y faciliten la energía, pudiéndose utilizar incluso combustibles de menor calidad. Tales expectativas crearán, en los próximos años, un marco propicio para el rápido crecimiento del mercado de las cerámicas, rentabilizando las inversiones.

ACTIVIDAD PARTE I. 1. PALABRAS CLAVE. Defina los siguientes conceptos

• Materiales cerámicos • Cerámica avanzada • Materiales metálicos • Materiales polímeros • Materiales híbridos • Materiales refractarios• Materiales compuestos • Semiconductores • Ductilidad • Fragilidad • Aleación • Estructura atómica• Estructura cristalina • Estructura vítrea o amorfa • Microestructura• Macroestructura • Elasticidad • Sinterización • Policristalino • Monocristalino