ceramicos y vidrios

1. Ing. Pablo Huaraca Rojas
*

2. *
IDENTIFICAR, ANALIZAR Y
EVALUAR LOS MATERIALES DE
CERAMICOS Y VIDRIOS, PARA
SELECCIONAR ADECUADAMENTE
LOS MATERIALES DE INGENIERÍA.

3. *
1. CERAMICA
2. ESTRUCTURA CRISTALINA DE CERÁMICA.
3. PROPIEDADES DE CERÁMICA
4. CLASIFICACIÓN DE CERÁMICA POR SU
APLICACIÓN
5. ARCILLA.
5.1. ESTRUCTURAS DE ARCILLA.
5.2. PORCELANAS
6. REFRACTARIOS
7. ABRASIVOS
8. CEMENTO
9. CERÁMICA AVANZADA
10. VIDRIO
10.1. FABRICACIÓN DE VIDRIO.
10.2. MATERIAS PRIMAS PARA EL VIDRIO
10.3. TIPOS DE VIDRIO.

4. *
Los materiales cerámicos
son compuestos químicos o
soluciones complejas que
contienen elementos
metálicos y no metálicos.
El termino cerámica
proviene de la palabra
griega keramicos que
significa cosa quemado.
Las propiedades deseables
de estos materiales se
obtienen después de un
tratamiento térmico a alta
temperatura denominado
de cocción.

5. *CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
CERÁMICOS POR SU APLICACION

6. ESTRUCTURA CRISTALINA COMPLEJA DE
CERAMICA

7. ESTRUCTURA CRISTALINA MAS COMUNES DE LOS
MATERIALES CERAMICOS

8. REPRESENTACION ESQUEMATICA DE LAS
POSICIONES DE IONES EN UN VIDRIO DE
SILICATO CON SOSA

9. PROPIEDADES MECANICAS DE CERAMICA
Las propiedades mecánicas de los cerámicos son
inferiores a los metálicos, La principal desventaja es
la tendencia a la fractura catastrófica de forma
frágil, con poca absorción de energía.
FRACTURA FRAGIL EN CERAMICOS
A temperaturas ambientes tanto la cerámica
cristalina y cerámica no cristalina se rompen antes
de cualquier deformación plástica en respuesta a
una fuerza de tracción.

10. COMPORTAMIENTO TENSION - FLEXION DE
CERAMICA
La tensión máxima o tensión de fractura en el
ensayo de flexión se denomina módulo de rotura o
resistencia a la flexión

11. COMPORTAMIENTO TENSION - FLEXION DE
CERAMICA

12. MODULOS DE ROTURA (RESISTENCIA A LA
FLKEXION) Y MODULOS DE ELASTICIDAD DE
CERAMICOS

13. DIAGRAMA ESFUERZO DEFORMACION DE
CERAMICOS

14. INFLUENCIA DE LA POROSIDAD EN EL MODULO
DE ELASTICIDAD

15. DUREZA DE MATERIALES CERAMICOS

16. *
*Son materiales inorgánicos de carácter no
metálico
*Estructura: Poli cristalinas y/o amorfa
*Tipo de unión química: iónico y/o covalente
*Punto de fusión: alto Tf
*Rigidez, resistencia estructural
*Son duros y frágiles (baja tenacidad y ductilidad)
*Buenos aislantes eléctricos y térmicos
Los materiales cerámicos …

17. *¿EN QUÉ DESTACAN LOS
MATERIALES
CERÁMICOS?
*Buena resistencia a la corrosión, al desgaste al
deterioro y a la degradación. Uso para recubrir
bordes entrantes de maquinaria agrícola.
*Son inertes y biocompatibles
*Debido a su alto Tf, son útiles en motores,
turbinas.

18. Historia
Usualmente se encuentran objetos de arcilla
cocida en las ruinas de toda civilización antigua,
y puede afirmarse con seguridad que el uso de la
arcilla data de una época anterior a la historia
registrada. La abundancia de la arcilla y la
simpleza de su manufactura explican
probablemente la aparición de los materiales de
arcilla cocida para construcción en un periodo
tan antiguo.
ARCILLA

19. PRODUCTOS DE ARCILLA.
Material cerámico crudo más ampliamente usado. Se encuentra en
forma natural en gran abundancia, con frecuencia se utiliza tal como
se ha extraído.
Es fácilmente trabajable, cuando se mezcla agua y arcilla en las
proporciones adecuadas, obteniéndose una masa plástica que es
muy fácil darle diversas formas. La pieza conformada se seca para
eliminar parte de la humedad después de lo cual se cuece a una
temperatura elevada para mejorar sus resistencia mecánica.
Los productos de arcilla se pueden clasificar en dos grandes grupos:
Elementos estructurales de arcilla y porcelanas.

20. PROPIEDADES FISICAS DE ARCILLA.
Capacidad de absorción
Tamaño
Hidratación e hinchamiento
Plasticidad
Refractariedad
Fusibilidad
Porosidad
Color

21. ESTRUCTURAS DE ARCILLA.
LADRILLOS Y TEJAS.
TIPO DE PASTA: SENCILLO, CONSTITUIDO POR UNA O VARIAS ARCILLAS CALCÁREO-
FERRUGINOSAS.
CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO: MÁS O MENOS POROSO, CON COLOR VARIABLE,
DESDE EL AMARILLO HASTA EL ROJO INTENSO.
TIPOS DE PRODUCTO: LADRILLO MACIZO O HUECO, TEJAS, BOVEDILLAS, CELOSÍAS,
ETC.

22. ESTRUCTURAS DE ARCILLA.
BALDOSA (LOZA). Y TUBERIAS

23. PORCELANA DE ARCILLA.
La porcelana es un material cerámico producido de forma artesanal o
industrial y tradicionalmente blanco, compacto, duro, translúcido,
impermeable, resonante, de baja elasticidad y altamente resistente
al ataque químico y al choque térmico, utilizado para fabricar los
diversos componentes de las vajillas y para jarrones, lámparas,
esculturas y elementos ornamentales y decorativos. Desarrollado por
los chinos en el siglo VII u VIII e históricamente muy apreciado en
Occidente, pasó largo tiempo antes de que su modo de elaboración
fuera reinventado en Europa.

24. *
*La palabra abrasión significa el desgaste
por fricción de una superficie contra
otra, la abrasión en la odontología es útil
para alisar una superficie áspera, como
para preparación para el pulido.
*La cerámicas abrasivas se usan para
desgastar, desbastar o cortar otros
materiales más suaves.

25. *
Las substancias
abrasivas usadas en
odontología son:
Esmeril
Óxido de aluminio
Granate
Pómez
Kieselguhr

26. *
*Oxido de estaño
*Arena
*Tiza
*Oxido crómico
*Carburos
*Diamante
*Silicato de circonio

27. *Dan buenos resultados como
abrasivos; Ejemplos: el
carburo de silicio y el
carburo de boro; ambos se
obtienen al calentar silicio y
boro a grandes temperaturas
para efectuar su unión con
el carbono. El silicio se
sintetiza y aglomera con una
sustancia aglutinante y se
forman ruedas o discos
abrasivos, que en su mayoría
se usan para cortar la
estructura dentaria.
CARBUROS

28. *
*Se compone básicamente de un óxido natural de aluminio
denominado corindón. Contiene varias impurezas, como el
óxido de hierro, que tambien actúa como abrasivo.

29. * *Es el abrasivo más
duro y eficaz del
esmalte dentario,
compuesto de
fragmentos de
diamante. Estos se
impregnan en un
aglutinante o en una
sustancia cementante
sobre un soporte
metálico formando
piedras de diamante y
discos.

30. *
*Las cerámicas refractarias tienen capacidad
de resistir altas temperaturas. Sin fundir o
descomponerse y su capacidad de
permanecer sin reaccionar e inertes cuando
se exponen a ambientes agresivos.

31. *
*Los refractarios de arcilla son mezclas de
arcilla de alta pureza, alúmina y sílice que
generalmente contiene 25 a 45 % en peso
de alúmina. Puede trabajar hasta 1587 °C.

32. *
*Los refractarios de sílice comúnmente se
utiliza en techos de hornos de producción de
acero y vidrio. Pueden trabajar hasta 1600
°C.

33. *
*Los refractarios básicos ricos en periclasa (MgO)
, pueden contener calcio, cromo y hierro.
Resistentes al ataque por escorias que
contienen altas concentraciones de MgO y CaO.
*Se usa en alto horno para la producción de
acero.

34. *
*Los refractarios especiales tienen alúmina,
sílice, magnesia, oxido de berilio, circonio.
*Se usa para resistencias eléctricas de
calefactores, como material de crisol.

35. *
*El cemento es un conglomerante formado a partir de
una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y
posteriormente molidas, que tiene la propiedad de
endurecerse al contacto con el agua. El cemento es
un material inorgánico finamente pulverizado, que al
agregarle agua, ya sea sólo o mezclado con arena,
grava u otros materiales similares, tiene la propiedad
de fraguar y endurecer incluso bajo el agua, en
virtud de reacciones químicas durante la hidratación
y que una vez endurecido, conserva su resistencia y
estabilidad.

36. *
*Prehistoria: Se utilizaron bloques de piedra de gran tamaño y
cuya estabilidad dependía de su colocación.
*Egipto: Se utilizan ladrillos adobe colocados en forma regular
pegándolos con una capa de arcilla del Nilo.
*Grecia y Roma: Se utiliza cal mezclada con arena para hacer
mortero en la isla de creta. Los romanos adaptaron y mejoraron
esta técnica para lograr construcciones de gran durabilidad
como son el Coliseo Romano y Panteón Roma
Los Griegos fueron los primeros en percatarse de las
propiedades cementantes de los depósitos volcánicos al ser
mezclados con cal y arena

37. *
*1756: John Smeaton, un ingeniero inglés, encuentra las
proporciones para el cemento.
Aparecen los primeros concretos.
*1800 - 1850:
Este periodo fue caracterizado por la aplicación de tres
materiales: el acero, el cristal y el concreto que permitirían la
industrialización de la producción, la prefabricación, el rápido
montaje y la pronta recuperación de capital.
* 1873: Se construye el primer puente haciendo uso de concreto.
* 1876: El Ing. Mazas aplica por primera vez el cálculo de los elementos de
concreto, fundamentando las bases de las resistencias de materiales.
* 1877: Se funda la primera asociación para fijar especificaciones del Cemento
Portland, en Alemania para controlar la calidad del producto.
* 1900: Las pruebas básicas del cemento son estandarizadas.
* 1903:Se comienzan a introducir las innovaciones del concreto armado a la
arquitectura e ingeniería

38. *EL PROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO
COMPRENDE CUATRO ETAPAS PRINCIPALES
*Extracción y molienda de la materia prima
*Homogeneización de la materia prima
*Producción del CLINKER
*Molienda de cemento

40. *COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO
*Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de silicato
tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y
silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto
con pequeñas cantidades de compuestos de hierro y magnesio.
Para retardar el proceso de endurecimiento se suele añadir
yeso.
*Los compuestos activos del cemento son inestables, y en
presencia de agua reorganizan su estructura. El endurecimiento
inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato
tricálcico, el cual forma una sílice (dióxido de silicio) hidratada
gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan,
uniendo las partículas de arena o piedras —siempre presentes
en las mezclas de argamasa de cemento— para crear una masa
dura.

41. La sílice puede existir como
sólido amorfo o vidrio
Los vidrios inorgánicos más
comunes (recipientes,
ventanas) llevan óxidos
(B2O3, CaO, Na2O) que
saturan valencias
favoreciendo el estado
amorfo
*

42. *¿Son vidrio y cristal lo
mismo?
*Estructura amorfa *Estructura regular

43. *¿Qué es el Vidrio?
oEl Vidrio es una sustancia amorfa.
oSe halla en un estado vítreo.
oDuro, frágil y transparente
oPunto de fusión 1.500 ºC de
temperaturas con boratos o fosfatos.
oLo componen 3 sustancias comunes
como lo son : arena de sílice (SiO2),
carbonato sódico (Na2CO3) y caliza
(CaCO3), con boratos o fosfatos.
oSe encuentra en la naturaleza, por
ejemplo como obsidiana o tectitas.
oEs un material apto para ser
reciclado.
oTransparencia óptica
Sílice cristalino y
amorfo

44. *Fabricación del Vidrio
La fabricación del vidrio, para cualquier tipo de vidrio, es
siempre la misma en lo único que difiere es la calidad del
material usado para la fabricación de este, las etapas del
proceso son:
oPreparación de las materias primas.
oFusión.
oFormado del Vidrio
oRecocido
oAcabado

45. * Esquema industrial general del proceso de fabricado del
vidrio.

46. * Materias primas para la fabricación del vidrio
* ARCILLAS: Ejm. Al2O3.2 SiO2.2H2O
* CARBONATO SÓDICO: Na2CO3
* PIEDRA CALIZA: CaO
* ÓXIDO DE BORO: B2O3
* ÓXIDO PLOMOSO: PbO
* COLORANTES, etc.
Estructura del silicoaluminato en una arcilla

47. BOROSILCATO CALIZO SEGURIDAD
FIBRA DE VIDRIO PIREX
TIPOS DE VIDRIOS

48. TIPOS DE VIDRIOS

49. CARACTERÍSTICAS
MECÁNICAS
 Resistencia a la compresión
 Resistencia a la tracción
 Resistencia a la flexión
 Tensiones de trabajo admisibles
 Dilatación Lineal
 Emisividad
 Coeficientes de intercambio
superficial
 Coeficiente U
CARACTERÍSTICAS
MECÁNICAS
 Transmisión
 Absorción
 Reflexión
 Factor solar
CARACTERÍSTICAS
ÓPTICAS
PRINCIPALES
CARACTERISTICAS

50. TIPOS DE VIDRIOS
POR SU COMPOSICIÓN:
SÓDICO CÁLCICO:
o SILICE: Vitrificante.
o SODIO: Fundente
o CALCIO: Estabilizador.
o Mas barato de obtener.
o Se funde con facilidad.
DE PLOMO:
o PLOMO: Mantiene
transparencia pero
aumenta densidad.
o Funde a bajas
temperaturas.
o Propiedad aislante.
o Ácido clorhídrico ataca
con facilidad.
DE BOROSILICATO:
o Silice y boro
o B2O3 : Vitrificante.
o Productos de laboratorio y
cocina.
DE SILICE:
o Silice, Oxido de Boro.
o Es el más duro y más
costoso de trabajar.
o Soporta altas
temperaturas.

51. POR SU FABRICACIÓN: VIDRIOS TRATADOS TÉRMICAMENTE
o VIDRIO RECOCIDO:
Enfriamiento que evita tensiones residuales, se puede modificar después
del proceso; se puede cortar taladrear, etc.
o VIDRIO TERMOENDURECIDO:
 Calentamiento y enfriamiento.
 Mayor resistencia física.
 Se rompe en trozos mucho más grandes.
 No se corta ni taladra después del proceso.
o TEMPLADO:
 A T = cte, cerca al punto de reblandecimiento.
 Resistente, y se rompe en pedazos no cortantes.
 No se puede hacer modificaciones después del proceso.
 Fabricación química y térmica.
TIPOS DE VIDRIOS

52.  VIDRIOS LAMINADOS:
o Dos láminas de vidrio float y unidas
por capa de polivinil de butiral (PVB).
o Vidrio de seguridad o antirrobo,
aislante acústico.
o Filtra 99% de radiación ultravioleta.
 VIDRIO ARMADO:
o Malla metálica en el interior.
o Vidrio de seguridad, estética,
decoración
TIPOS DE VIDRIOS

53.  SERIGRAFIADO:
o Capa de esmalte en una de
sus caras con algún diseño.
o Durable y estable.
 MATEADO:
o Capa superficial con textura rugosa.
o Evita visión clara.
o Estética y de privacidad.
TIPOS DE VIDRIOS

54. *VITROCERAMICA
La mayoría de los vidrios inorgánicos pueden transformarse desde
un estado no cristalino a un estado cristalino mediante un
tratamiento térmico a temperatura elevada apropiado. Este
proceso se denomina cristalización o desvitrificación y el producto
resultante es un material policristalino de grano fino denominado
vitroceramica
PROPIEDADES:
• Resistencia mecánica relativamente
alta
• Coeficiente de dilatación térmico
bajo
• Tolerancias de temperatura
relativamente altas
• Buena compatibilidad biológica.
• Pueden ser transparentes u opacas.
• Puede usarse en cubierta de hornos,
para mesa, aislante eléctrico, etc.

55. Composición y características de algunos vidrios comerciales
Composición (% en peso)
Tipo de vidrio SiO2 Na2O CaO Al2O3 B2O3 Otros Características y aplicaciones
Silice fundida > 99,5 Alta T de fusión, bajo coeficiente de dilatación
96 % sílice 96 4
Resistente al choque térmico y al ataque químico
(laboratorio)
Boro silicato 81 3.5 2.5 13
Resistente al choque térmico y al ataque químico
(horno) (PIREX)
Recipientes
(sosa +cal) 74 16 5 1 4MgO Baja temperatura de fusión
Fibra de vidrio 55 16 15 10 4MgO
Fácilmente estirada en fibras-parachoques de
automóviles
Vidrio optico,
silex 54 1 37 PbO, 8K2O
Alta densidad y alto índice de refracción-lentes
ópticos
Vitroceramica 43.5 14 30 5.5
6.5 TiO2; 0.5
As2O3
Fácil fabricación; resistente, resistente al choque
térmico-piezas para horno

56. *CERAMICAS AVANZADAS
*Las cerámicas avanzadas se utilizan en los sistemas de
comunicación de fibra óptica, en los sistemas micro
electromecánicos, como cojinetes por ejemplo

57. *
*tiene una resistencia a la oxidación extraordinaria a
temperatura incluso por encima del punto de fusión del acero. A
menudo el SiC se utiliza como recubrimiento para metales, para
compuestos de carbono y otros cerámicos a temperaturas
extremas.

58. *
*Utilizado como combustible de reactores nucleares.

59. *
*Utilizado como material para bolas de rodamientos.

60. *
*La fibra óptica se hace de sílice de una pureza extrema.