Cerámicas y polímeros: tipos, características y aplicaciones

Qué es una Cerámica?

Proviene de la palabra griega keramikos, cuyo significado es cosa quemada.
Los materiales cerámicos son inorgánicos, materiales no metálicos que constan de elementos metálicos y no metálicos enlazados entre sí principalmente por enlaces iónicos y/o enlaces covalentes. La composición química de los materiales cerámicos varía considerablemente, desde los compuestos simples hasta mezclas de muchas fases complejas enlazadas.                 

Carácterísticas:

Alta Dureza y Frágiles Tenacidad y Ductilidad Bajas Resistencia al Desgate- Estabilidad  Química- Aislantes Térmicos y Eléctricos-Temperaturas de Fusión Relativamente Altas-Estructura es más compleja que los metales

Vidrio:

Pertenece a un grupo familiar de los cerámicos dentro de los cuales destacan las ventanas, vidrios, lentes entre otros. Son silicatos no cristalinos que contienen usualmente otros óxidos como el CaO, Na2O, K2O y Al2O3, los cuales tienen gran relevancia en las propiedades del vidrio y su color. Su propiedad más importante en la ingeniería es la respuesta que tiene a al calor y no se cuenta con una temperatura definida para la cual el líquido se transforma en sólido.

Productos de Arcilla:

Es uno de los cerámicos más ampliamente utilizados. Se encuentra en gran abundancia y es fácil de trabajar. Se dividen principalmente en dos clases: Productos Estructurales (ladrillos, azulejos, alcantarillas, etc.) y Mercancías-Blancos (porcelanas, porcelana China, cerámica, etc.)

Refractarios:

Se caracterizan por la capacidad que tienen para resistir altas temperaturas sin fundirse o descomponerse. Aislante térmico y tiene amplia funcionalidad en diversas aplicaciones.

Cerámicas Abrasivas:

Son utilizados para moler, desgaste o cortar sobre otro material. El primer requisito de este material es la dureza o resistencia al desgaste en adición a una elevada tenacidad. El diamante, carburo de silicio, carburo de tungsteno, arena sílica, oxido de aluminio/corondon, son alguno de los ejemplos más típicos de los materiales cerámicos abrasivos.

Los cementos, yeso y la cal se encuentran en este grupo. Una de las carácterísticas principales para estos materiales es que cuando se mezclan con agua adquieren una forma pastosa la cual subsecuente mente se endurece al secarse. Son utilizados entre otros para uniones de fase, por ejemplo entre los ladrillos para construcción.

Cerámicas Avanzadas:

Son recientemente utilizados y manufacturados en un rango limitado de aplicaciones específicos. Usualmente sus propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas, así como la combinación de dichas propiedades son explotadas. Dentro de las aplicaciones típicas se encuentran máquinas térmicas, armaduras cerámicas, embalajes o empaquetados electrónicos.

Estructura Cristalina:

Las carácterísticas de los iones que determinan la estructura cristalina de los cerámicos: El valor de la carga eléctrica de los iones componentes. Los tamaños relativos de los cationes y aniones.

Estructura Tipo AX:

Cuando el número de aniones y cationes es el mismo a menudo se refiere como un compuesto AX donde A es el catión y X es el anión.

Cloruro Sódico o de Sodio (NaCl)

, celdilla unidad  de la estructura cristalina con número de coordinación 6 para ambos iones.

Sulfuro de Cinc o Blenda(ZnS)

, número de coordinación 4 para ambos iones. Los vértices y caras son ocupados por iones de S y el Zn ocupa el interior de las posiciones tetraédricas. Estructura igual;

ZnTe, SiC. ZnSe, CdS, InSb

Estructura Tipo Am Bn Xp:

Ocurre cuando los compuestos cerámicos tienen más de un tipo de catión.

Estructuras Silicatosas:

Son compuestos principalmente por Si y O, los dos elementos más abundantes en la corteza terrestre, por lo que se encuentran en suelos, arcillas, rocas y arenas. Se clasifican como silicatos y el bloque de construcción básico es el ion tetraédrico SiO₄^-4 Existen tres formas cristalinas polimorficas primarias de la sílice: cuarzo, cristobalita y tridimita

Procesamiento:

Se producen por compactado de polvos o partículas a una temperatura suficiente mente alta.  Los pasos básicos son: preparación del material, formación o vaciado, tratamiento térmico por secado y cocción por calentamiento de la pieza cerámica hasta una temperatura lo bastante alta para que las partículas se unan.

Homopolímeros:

Son macromoléculas que están formadas por monómeros idénticos, esto e, que se encuentran formados por la repetición de unidades del mismo monómero, la celulosa y el caucho son homopolímeros naturales, mientras que el PVC y el polietileno son sintéticos.

Copolímeros:

Están constituidos por 2 o mas monómeros diferentes, como por ejemplo, la seda como copolimero natural, y la baquelita como sintético. Se subdividen dependiendo de la forma en la que están ordenados loa monómeros en; Al Azar, Alternado, en bloque e Injertado. Se claisifcan;

Lineales:

Se forman cuando el monómero que lo origina tiene 2 puntos de “ataque” (de uníón), de modo que la polimerización ocurre en una sola dirección, pero en ambos sentidos.

Polímero Termoplástico:

Se compone de largas cadenas producidas al unir moléculas pequeñas o monómeros y se comportan típicamente de forma plástica y dúctil. Al ser calentados se ablandan y se conforman en flujo viscosos lo que permite una gran cantidad de aplicaciones y su reciclaje se realiza con facilidad

Polímero Termoplástico: Polietileno (PE) Transparente, químicamente inerte, gran resistencia eléctrica, blando, impermeable, de baja densidad. Se obtiene por la polimerización del etileno ( CH2=CH2). Existen dos variedades: Polietileno de alta densidad HDPE

Polietileno de baja densidad HDPE

Contiene cadenas ramificadas y grados de polimerización más bajo. Tiene menor densidad, resistencia, rigidez y punto de fusión pero mayor flexibilidad

Polipropileno (PP) Transparente y claro, químicamente resistente, fácil de colorear, gran resistencia eléctrica, densidad menos a la del agua, más rígido y de punto de fusión más elevado que el polietileno, resistente al choque y la tracción, impermeable. Se obtiene por polimerización del propileno (CH2=CHCH3)

Policloruro de Vinilo (PVC)

Plástico incoloro pero fácil de colorear, elevada resistencia química, difícil de trabajar por su alta viscosidad, resistente duro y rígido, baja tenacidad, inestable a la luz y calor. Los plastificantes separan las cadenas poliméricas dando un PVC más flexible y de menor resistencia. Proviene de la polimerización de acetileno y ácido clorhídrico (CH2=CHCl)

Poliestireno (PS)

Plástico transparente, fácil de colorear, elevada resistencia química, poco resistente al calor, aislante térmico y eléctrico, procede de la polimerización del CH2=CH-    

y se clasifican en dos:

Poliestireno Rígido

El cual es resistente, frágil y con sonido metálico al golpear

Poliestireno (PS)

Poliestireno Expandido:

Durante su proceso de elaboración produce un gas que queda atrapado en su estructura y luego se volatiza dejando huecos. Proporciona un material blando y esponjoso por lo que se utiliza ampliamente para aislante térmico.

Metacrilato (PMMA)

El polimetacrilato de metilo se caracteriza por su elevada transparencia, aunque es fácil d colorear. Inalterable químicamente, rígido y frágil, se raya fácilmente y no resiste las altas temperaturas. Procede del ácido acrílico (CH2=CH-COOH) y metilacrilico