Materiales ceramicos. Materiales y materias primas.

Historia y Evolución de los Materiales Cerámicos

Introducción a la Cerámica

• La cerámica ha evolucionado desde las primeras piezas de alfarería hasta aplicaciones avanzadas en reactores nucleares y transbordadores espaciales.

• Los materiales cerámicos han influido en la metalurgia, la producción artística y la construcción, siendo fundamentales en la historia de diversas civilizaciones.

Desarrollo Histórico

• Desde las primeras civilizaciones, la humanidad ha estado ligada a la cerámica; el término "alfarería" se refiere a esta cerámica primitiva que surgió independientemente en varias regiones como Egipto y América.

• La alfarería se conocía ya en el 7000 a.C., con técnicas de cocción que variaban según las materias primas disponibles.

Avances Técnicos

• A comienzos de nuestra era, China desarrolló hornos para altas temperaturas, produciendo un material cerámico más resistente que llegó a Europa en el siglo XV.

• La relación entre los materiales cerámicos y la industria metalúrgica comenzó con la necesidad de moldes resistentes a altas temperaturas.

Influencia Cultural

• Marco Polo fue clave al introducir piezas chinas en Europa, lo que generó una obsesión por reproducir porcelana durante siglos.

• Durante el Renacimiento italiano, se dio un auge en la cerámica moderna gracias a los avances técnicos provenientes del mundo árabe.

Proceso de Fabricación

• El proceso tradicional para obtener materiales cerámicos incluye mezclar materias primas, conformar piezas crudas y realizar tratamientos térmicos esenciales para definir sus propiedades.

La Historia de la Porcelana y su Producción

Proceso de Fabricación de la Porcelana

• Los tratamientos posteriores a la cocción inicial incluyen el esmaltado, que requiere una segunda cocción, y la decoración, que implica un nuevo paso por el horno.

• En el siglo 17, Europa desconocía los detalles del proceso de obtención de porcelana; sin embargo, la afición de Augusto III y el hallazgo de un yacimiento llevaron a su producción en Sajonia.

• Dos alquimistas mezclaron caulín con feldespato a altas temperaturas, logrando crear gres vitrificado que dio origen a una nueva industria en Europa.

Desarrollo y Características de la Porcelana

• En 1709 se logró producir una porcelana similar a la china pero más densa, conocida como "porcelana verdadera" o "porcelana dura".

• La porcelana inglesa del siglo 18 utilizaba huesos calcinados como componente clave; sin embargo, las mejores porcelanas europeas actuales no alcanzan las características de las chinas antiguas.

Materias Primas en la Industria Cerámica

• Las materias primas tradicionales han evolucionado para convertirse en productos cerámicos como ladrillos, azulejos y vajilla.

• Las arcillas son fundamentales para la industria cerámica; son utilizadas principalmente para ladrillos y productos sanitarios.

• La cerámica blanca utiliza caolín, feldespato y cuarzo como materias primas esenciales.

Composición Química y Procesos Naturales

• El caolín es una arcilla pura compuesta por alúmina, óxido de silicio y agua; sus impurezas varían según otros minerales presentes.

• El cuarzo se utiliza molido en productos cerámicos; es el componente principal encontrado en arenas naturales.

Innovaciones Tecnológicas en Cerámica

• A lo largo de la historia se han utilizado más de 400 materias primas diferentes en la industria cerámica.

• La revolución industrial afectó tardíamente a los materiales cerámicos debido a su dependencia de las materias primas específicas.

Evolución y Aplicaciones de los Materiales Cerámicos

Importancia de los Materiales Cerámicos en la Industria

• Las industrias automotriz, electrónica, del vidrio y metalúrgica utilizan cada vez más materiales cerámicos debido a su capacidad para generar productos intermedios que son insumos esenciales para otras áreas.

• La evolución de los procesos de fabricación cerámica ha cobrado relevancia, superando incluso la importancia de las materias primas.

Procesos de Fabricación Cerámica

Conformado y Técnicas Iniciales

• El torneado mecánico es común en la producción de objetos simétricos como platos aisladores eléctricos; el calibrado se realiza con plantillas metálicas durante esta operación.

• En el prensado en seco, se aplican altas presiones (hasta mil megapascales) para compactar la pasta cerámica, lo que resulta en una mayor densidad del producto final.

Extrusión y Colado

• La extrusión permite crear ladrillos y tubos al pasar la pasta a través de una matriz; se corta en trozos con sección constante.

• El colado se utiliza para fabricar artículos sanitarios y productos huecos mediante una mezcla suspendida que se vierte en moldes de yeso.

Secado y Cocción

Proceso de Secado

• Después del conformado, es crucial eliminar el agua antes de la cocción para evitar daños; esto se logra mediante un calentamiento lento.

• A medida que el agua se evapora, ocurre contracción entre las partículas cerámicas.

Cocción: Consolidación del Material

• La cocción o sinterizado es fundamental para consolidar materiales pulverulentos sin llegar a su fusión; genera una liga vítrea que une las partículas sólidas.

• A temperaturas más altas durante la cocción, aumenta la cantidad de liga vítrea formada, mejorando propiedades como densidad y resistencia.

Esmaltado y Acabados Finales

Proceso de Esmaltado

• El esmaltado proporciona protección o decoración mediante una capa vítrea aplicada sobre el bizcocho; este proceso incluye ciclos térmicos específicos para asegurar adhesión.

• Existen técnicas como rociado o inmersión para aplicar esmaltes antes del segundo horneado necesario para su consolidación.

Innovaciones en Materiales Cerámicos Avanzados

Desarrollo Industrial desde los 70's

• La industria ha visto un notable desarrollo en pisos cerámicos especialmente diseñados para baños y cocinas mediante prensados secos seguidos por hornos túneles.

Avances en Materiales Cerámicos

Innovaciones en Recubrimientos Cerámicos

• Se menciona que recubrimientos de escasos micrones, como el nitruro carburo de titanio, mejoran la tenacidad y dureza de herramientas.

• Estos avances son resultado de la revolución científico-tecnológica desde mediados del siglo XX, generando nuevos procesos y productos.

Propiedades y Aplicaciones de los Cerámicos Avanzados

• Los cerámicos avanzados son insumos estratégicos para microelectrónica, vehículos espaciales, producción de energía y biotecnología.

• La fabricación implica un control riguroso de materias primas puras y sinterizado a altas temperaturas (1600-1900 °C).

Clasificación y Características

• Los materiales cerámicos se clasifican en óxidos (como alúmina y circona) y no óxidos (como sulfuros).

• Desde los años 80, se han incorporado materiales como el nitruro de silicio, utilizados en metalmecánica.

Usos Específicos en Diversas Industrias

• Los cerámicos no óxidos se aplican en motores de explosión interna; por ejemplo, álabes de turbinas.

• En la industria eléctrica y electrónica, los cerámicos avanzados tienen aplicaciones como capacitores y resistencias eléctricas.

Aplicaciones Biomédicas