Materiales Cerámicos: Composición, Propiedades y Procesos de Fabricación

Materiales Cerámicos: Naturaleza y Origen

El cerámico artificial más antiguo conocido por el hombre. Su desarrollo fue impulsado principalmente por los chinos, quienes perfeccionaron la cocción en horno.

Propiedades de los Materiales Cerámicos

• Mayor dureza
• Menor densidad
• Estabilidad térmica
• Rigidez
• Resistencia al desgaste
• Menor conductividad térmica (aislante)
• Baja conductividad eléctrica (aislante)
• Mayor resistencia al ataque químico
• Resistencia a la oxidación y a la corrosión
• Mayor resistencia a la temperatura de fusión (refractarios)

Inconvenientes

• Reproducibilidad

Materias Primas Plásticas

La principal materia prima plástica es la arcilla.

Caolinita

La caolinita, un óxido de aluminio, posee una estructura laminar que permite la inserción de H₂O entre sus láminas, facilitando así su plasticidad y capacidad de moldeo.

Tipos de Hidratación

• Hidratación químicamente combinada: Agua de constitución.
• Rodeando las partículas minerales: Agua de composición zeolítica.
• Rellenando los huecos entre los granos: Agua de moldeo.

Tipos de Arcillas

• Magras: Poco plásticas, tienden a cuartearse.
• Grasas: Muy plásticas, tienden a adherirse.

Materias Primas No Plásticas

Desgrasantes

Se añaden a las arcillas grasas para reducir su plasticidad y evitar el cuarteo.

• Arena de cuarzo
• Feldespato
• Chamota

Fundentes

Reducen la temperatura de fusión de la mezcla cerámica.

• Carbonato cálcico
• Sosa y potasa

Quemantes

Aumentan la porosidad del material y facilitan la sinterización (compactación de granos de polvo a sólido).

• Serrín
• Carbón
• Poliestireno expandido

Plastificantes

Aumentan la plasticidad de la pasta cerámica (existen varios tipos).

Tipos de Pastas Cerámicas

• Gres: Compuesto de cuarzo y feldespato. Es compacto y puede presentar colores naturales o artificiales.
• Loza: Blanca y porosa, con capacidad de absorción de agua.
• Porcelana: Compacta y blanca.

Procesos de Fabricación Cerámica

1. Mezclado de materias primas
2. Conformación (colado, extrusión, prensado)
3. Secado
4. Cocción

Métodos de Conformación

• Prensado Uniaxial: Compactación en molde rígido.
• Prensado Isostático (en frío o en caliente): Utiliza un molde blando que se introduce en una cámara de flujo para aplicar presión constante. Se emplea para geometrías más complejas. Sinterización.

Colada

La barbotina (suspensión líquida de arcilla) se vierte en un molde poroso.

Inyección

Método de conformación para piezas complejas.

Extrusión

Mediante un tornillo sin fin, permite la creación de piezas huecas a través de alta presión.

Aglutinantes

Sustancias que ayudan a unir las partículas de la pasta cerámica.

Secado

Proceso crucial para eliminar el agua de moldeo. Debe realizarse uniformemente y siempre por debajo de 100°C para evitar deformaciones o grietas.

Cocción

La cocción es un proceso fundamental que requiere uniformidad de la temperatura, control de la curva de cocción y una atmósfera controlada. Durante este proceso, ocurren las siguientes transformaciones:

• Entre 300°C y 400°C: Pérdida del agua zeolítica.
• A partir de los 400°C: Pérdida del agua de constitución.
• A los 700°C: Descomposición de los minerales arcillosos.
• Entre 800°C y 900°C: Aparición de minerales de alta temperatura.
• Más de 900°C: Inicio de la vitrificación.
• 1050°C: Segunda cocción a baja temperatura (para ciertos tipos de cerámicas).
• 1100°C: Vitrificación completa.
• 1250°C: Segunda cocción a alta temperatura (para ciertos tipos de cerámicas).
• La porcelana y el gres se cuecen a 1800°C.