MATERIALES CERAMICOS

MATERIALES CERAMICOS
En primera aproximación puede decirse que los materiales cerámicos son aquellos materiales químicamente definidos como inorgánicos y no metálicos, sin embargo, esta definición engloba a las rocas y a muchos minerales que se encuentran en la naturaleza que no son considerados como cerámicos
Pueden ser definidas también, como un compuesto sólido que se obtiene por la aplicación de calor y en ocasiones con la combinación de calor y presión, comprimiendo por lo menos dos elementos con la condición que uno de ellos es un no-metal o un elemento sólido no–metálico. El otro elemento(s) puede ser un metal(s) u otro elemento sólido no-metálico-
Un concepto un tanto simple fue dada por Kingery, quien señala que "una cerámica es un sólido inorgánico no-metálico" . En otras palabras lo que no es un metal, un semiconductor o un polímero, es una cerámica.
En general, se consideran únicamente como materiales cerámicos aquellos que han sido producidos por el hombre de forma artificial. Etimológicamente, cerámica es un término que viene del griego keramos, cuyo significado puede traducirse como hacer alfarería.
El término cerámica se utilizaba en el pasado para referirse al arte de producir artículos mediante la técnica de la alfarería. Las cerámicas tradicionales son materiales dedicados en general a la construcción (arcillas, cemento, gres...) y a usos aplicados en el hogar y la industria (loza, porcelana...). En la actualidad se incluye dentro de los materiales cerámicos a los óxidos, carburos, nitruros, boruros, y compuestos de ellos. Mientras que las cerámicas tradicionales tienen más de 3 000 años de antigüedad, la existencia de los compuestos cerámicos es mucho más reciente, sin que en muchos casos supere los 30 años. Las compuestos cerámicos se han desarrollado, modificando mediante nuevas técnicas de producción, alguno de los diferentes niveles de la estructura del material, desde el nivel atómico y la microestructura hasta la forma definitiva

 El presente trabajo tiene como objetivo principal dar a comprender las propiedades del vidrio y su comportamiento; así como que quién llegue a leer esta investigación comprenda lo útil que son los vidrios en la vida cotidiana.

Se abarcarán apartados con las propiedades tanto físicas, como químicas y demás con importancia acerca de los vidrios; posteriormente se hablará de aplicaciones y usos a futuro resaltando un tipo de vidrio en especial que es el vidrio uviol.

El trato sobre el vidrio uviol es breve ya que la información existente acerca de esta clase de material es poca, solamente se es mencionado su uso y comparaciones con respecto a otros materiales, más no existen fuentes que expresen sus propiedades exactas.
En la vida cotidiana los vidrios pueden convertirse en un material con el cual tenemos contacto siempre, sin excepción, tanto que las personas entienden muy bien los tipos de cuidados que se deben tener con artículos hechos de estos materiales y se podría decir que intuitivamente se entienden sus características y debido a eso tomen cuidados. Esta investigación servirá para que una persona común y corriente pueda entender incluso hasta las aplicaciones ya que esta hecho en un lenguaje al nivel de un estudiante universitario.

1. GENERALIDADES DE LOS VIDRIOS.
Los vidrios son materiales cerámicos no cristalinos; se denominan como materiales amorfos (desordenados o poco ordenados), inorgánicos, de fusión que se ha enfriado a una condición rígida sin cristalizarse. El vidrio es una materia inerte compuesta principalmente de silicatos. Es duro y resistente al desgaste, a la corrosión y a la compresión.
Anteriormente la materia prima para la fabricación del vidrio eran solamente las arcillas. Con el paso del tiempo se fueron implementando nuevos elementos a la fabricación del vidrio para obtener diferentes tipos.
En la actualidad muchos materiales desempeñan un papel importante, pero las arcillas siguen siendo fundamentales.

ESTRUCTURA ATOMICA

Las estructuras vítreas se producen al unirse los tetraedros de sílice u otros grupos iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero sólida (figura 1).

ÓXIDOS FORMADORES DE VIDRIOS

º, los tetraedros SiO4 se encuentran fusionados compartiendo vértices en una disposición regular produciendo un orden de largo alcance. En un vidrio corriente de sílice los tetraedros están unidos por vértices formando una red dispersa sin orden de largo alcance.
El óxido de boro B2O3, es un óxido formador de vidrio y forma sub-unidades que son triángulos planos con el átomo de boro ligeramente fuera del plano de los átomos de oxigeno. No obstante, en los vidrios de boro silicato a los que han adicionado óxidos alcalinos y alcalinotérreos, los triángulos de óxido de BO3- pueden pasar a tetraedros BO4-, en los que los cationes alcalinos y alcalinotérreos proporcionan la electro neutralidad necesaria. El óxido de boro es un aditivo importante para muchos tipos de vidrios comerciales, como vidrios de boro silicato y aluminio boro silicato. El óxido alumínico también es un óxido formador.

ÓXIDOS MODIFICADORES DE VIDRIOS

Los óxidos que rompen la red de vidrio se conocen como modificadores de red. Óxidos alcalinos como Na2O y K2O y óxidos alcalinotérreos como CaO y MgO son incorporados a los vidrios de sílice para reducir su viscosidad y así conseguir trabajar y modelar más fácilmente. Los átomos de oxígeno de estos óxidos entran en la red de la sílice en los puntos de unión de los tetraedros, rompiendo el entramado y produciendo átomos de oxigeno con un electrón desapareado. Los iones Na+ y K+ del Na2O y K2O no entran en la red pero permanecen como iones metálicos enlazados iónicamente en intersticios de la red. Estos iones promueven la cristalización del vidrio al llenarse algunos de los intersticios.

ÓXIDOS INTERMEDIARIOS EN VIDRIOS

Algunos óxidos no pueden formar vidrios por sí mismos, pero pueden incorporarse a una red existente. Estos óxidos son conocidos como: óxidos intermediarios. Los óxidos intermedios son adicionados al vidrio de sílice para obtener propiedades especiales. Por ejemplo, los vidrios de aluminio silicato pueden resistir mayores temperaturas que el vidrio común. El óxido de plomo es otro óxido intermediario que se incorpora a algunos vidrios de sílice. Dependiendo de la composición del vidrio, hay óxidos intermedios que deben actuar a veces como modificadores de la red, y otras como parte constitutiva de la red del vidrio.

TIPOS DE IMPERFECCIONES

Las Imperfecciones que presentan los vidrios, originadas en su proceso de obtención. Son normalmente causados por el hombre y estos son defectos de afino, homogeneidad, vitrificación y recocido.
Después de una ardua búsqueda se pudimos determinar que los 2 defectos son por masa o superficiales. Y clasificando dichos defectos se obtiene lo siguiente:

DEFECTOS POR MASA

• ESCORIAS

Son los granos de cualquier sustancia contenida en el vidrio y que no se han fundido en el curso de la fabricación. Pueden ser granos de materias primas que por un defecto de fusión no han salido del estado sólido o pueden ser cuerpos extraños.

• VETAS

Son causadas por la falta de homogeneidad del vidrio, debida a diferencias de composición o de enfriamiento. Se clasifican según la forma de presentarse (ondas, hilos y estrías).

• BURBUJAS

Son espacios gaseosos en el interior del vidrio y tienen forma esférica, ovoidal o lenticular según el procedimiento de fabricación.

DEFECTOS SUPERFICIALES

• PICADURAS

Es causado cuando un grano del abrasivo grueso utilizado ha hecho una erosión profunda que no se elimina ni con el pulido.

• RAYADO

Defecto producido por deficiencias en el pulido o como causa de roces con cuerpos duros durante el almacenado o en el transporte.

• AGUAS

Se encuentra en los vidrios planos no pulidos, a causa de la imperfección en lo plano de las superficies.

• MERMAS O CRECES

Defectos o excesos de dimensiones en los vidrios moldeados.

• REBABAS

Imperfecciones causadas por el mal encaje en las juntas de los moldes en el momento de la fabricación.

• GRIETAS

Fisuras de diferentes longitudes y profundidades, causadas principalmente por el enfriamiento radical bruto a partir de una temperatura inferior al punto de reblandecimiento o bien por la presión excesiva del émbolo en productos moldeados.
2. PROPIEDADES FISICAS
2.1 COLOR
En cuestiones del color en los vidrios, el color es originado por los elementos que se agregan en el proceso de fusión, llamados colorantes (Tabla 1).

ELEMENTO	COLOR
Óxido de cobalto	Rojo azulado
Óxido ferroso	Azul
Óxido férrico	Amarillo
Óxido de cromo	Verde grisáceo
Trióxido de cromo	Amarillo
Óxido de cobre	Verde azulado
Óxido de uranio	Verde amarillento fosforescente
Selenio elemental	Rosa
Sulfuro de cadmio coloidal	Amarillo

Tabla 1. Elementos que dan coloración al vidrio.

2.2 TEXTURA
La superficie de los vidrios puede variar en cuestiones de brillo, esto depende del proceso de fundido en el que se haya quedado. Un vidrio completamente fundido presenta un brillo, porque el vidrio se nivela y aplana cuando se funde, formando una superficie extremadamente lisa, dicha homogeneidad es una muy buena característica del material pues lo hace mas fácil de limpiar.
Cuando un vidrio no se funde completamente en el proceso de cocción o en su defecto su viscosidad es todavía alta, la superficie resulta ser rugosa y por lo tanto con tendencia a mate; el vidrio mate es a la vez opaco por el defecto en la aspereza de su superficie haciendo que no haya transparencia.

El vidrio mate puede hacerse a propósito si se somete al vidrio a un enfriado lento. Los vidrios mate son muy atractivos para usos artesanales, con la única ventaja que son difíciles de limpiar.

PESO

El peso en los vidrios difiere de acuerdo a su composición de los vidrios típicos según su uso (tabla 2).

Vidrios	SiO2	Al2O3	CaO	Na2O	B2O3	MgO	PbO	Otros
Sílice Fundido	99
Vycor	96				4
Pyrex	81	2		4	12
Jarras de vidrio	74	1	5	15		4
Vidrio para ventana	72	1	10	14		2
Vidrio Plano	73	1	13	13
Focos	74	1	5	16		4
Fibras	54	14	16		10	4
Termómetro	73	6		10	10
Vidrio de Plomo	67			6			17	10% K2O
Cristal óptico	50			1			19	13% BaO, 8% K2O, ZnO
Vidrio óptico	70			8	10			2% BaO, 8% K2O
Fibras de vidrio - F	55	15	20		10
Fibras de vidrio -S	65	25				10

Tabla 2. Composición de vidrios típicos (en porcentaje en peso)

MALEABILIDAD

Los vidrios presentan maleabilidad cuando se encuentran en su etapa de fundición pues pueden ser moldeados y es la etapa de maleabilidad del vidrio, pues es donde se les da las formas deseadas ya sea por moldes o por cualquier otro método. Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado (ver apéndice 2).

TIPOS DE VIDRIO

• VIDRIOS DE BORO SILICATO

La sustitución de óxidos alcalinos por óxido de boro en la red vítrea de la sílice da lugar a vidrios de más baja expansión. Cuando el B2O3 entra en la red de la sílice debilita su estructura y reduce considerablemente el punto de reblandecimiento de los vidrios de sílice. El efecto de debilitamiento se atribuye a la presencia de boros tri-coordinados planares. Los virios boro-silicatados (vidrios pyrex) se usan para equipos de laboratorio, tuberías, material de cocina, como equipo para procesos químicos, hornos y faros de lámparas reflectoras.
En la figura 2 se muestra la temperatura de templado de un vidrio pyrex contra el tiempo. Cuando la temperatura y el tiempo son bajos, en la figura se indica con puntos, y cuando tienen valores mayores, aparecen círculos cada vez más grandes. Esto quiere decir que, para el vidrio pyrex, cuando la temperatura de templado es alta y el tiempo largo, la diferencia entre el límite superior y el inferior es grande. El límite superior está determinado por la temperatura a la cual el vidrio es un líquido que fluye con facilidad. El límite inferior, también llamado punto de tensión, no está completamente definido, aunque lo han descrito como la temperatura a la que una pieza puede ser rápidamente enfriada sin que tenga una tensión permanente. Así, mientras más separados estén estos límites es mejor, porque el rango en el que podemos trabajar es mayor.

• VIDRIOS AL PLOMO

El óxido de plomo es normalmente un modificador de la red de la sílice, pero además puede actuar como un formador de la red. Los vidrios al plomo con altos contenidos de óxido de plomo son de baja fusión y se utilizan para soldar vidrios de cierre herméticos. Los vidrios de alto contenido en plomo son usados para proteger de la radiación de alta energía y encuentra aplicación para ventanas de radiación, carcasas de lámparas fluorescentes y lámparas de televisión. Por sus altos índices de refracción, los vidrios al plomo se emplean para algunos vidrios ópticos y para algunos vidrios decorativos.

• VIDRIOS DE BOTELLA

De composición parecida a la del vidrio común, pero con cierto porcentaje de óxido de hierro.

• VIDRIOS DE CRISTAL

Con adición de plomo o bario, lo que le confiere elevado brillo, mucho peso y sonido metálico, y el óptico, de transparencia, inalterabilidad, homogeneidad e isotropía tales que permiten su uso en la fabricación de lentes, prismas, espejos.