Los
materiales cerámicos son imposibles de fundir y de mecanizar por medios
tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, en
las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso,
produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a
tracción, por los poros y un módulo de Young y una fragilidad elevados y
al tener un enlace interatómico (iónico y/o covalente), es imposible de
realizar. Existen materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un
ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada
por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los
poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos
poros, la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de
los poros
Podemos clasificarlos de diferentes formas pero la más práctica es según su porosidad:
Materiales porosos:
No
han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir
el cuarzo como la arena. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo
totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más
importantes:
- Arcilla cocida.
De color rojizo debido al óxido de hierro de las arcillas que la
componen. La temperatura de cocción es de entre 700 a 1.000 °C. Si una
vez cocida se recubre con óxido de estaño (similar a esmalte blanco), se
denomina loza estannífera. Se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas,
jarrones, cazuelas, etc.
- Loza italiana.
Se fabrica con arcilla entre amarillenta y rojiza mezclada con arena,
pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción
varía entre 1.050 a 1.070 °C.
- Loza inglesa.
Fabricada de arcilla arenosa de la que se elimina mediante lavado el
óxido de hierro y se le añade sílex (25-35%), yeso, feldespato (bajando
el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la
pasta. La cocción se realiza en dos fases:
- Cocido entre 1.200 y 1.300 °C.
- Se extrae del horno y se cubre de esmalte. El resultado es análogo a las porcelanas, pero no es impermeable.
- Refractarios.
Se trata de arcillas cocidas porosas en cuyo interior hay unas
proporciones grandes de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. La
cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C. El enfriamiento se
debe realizar lenta y progresivamente para no producir agrietamientos ni
tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir
temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son:
- Ladrillos refractarios, que deben soportar altas temperaturas en el interior de hornos.
- Electrocerámicas: Con las que en la actualidad se están llevando a cabo investigaciones en motores de automóviles, aviones, generadores eléctricos, etc., con vistas a sustituir elementos metálicos por refractarios, con los que se pueden obtener mayores temperaturas y mejor rendimiento. Una aplicación no muy lejana fue su uso por parte de la NASA para proteger la parte delantera y lateral del Challenger en el aterrizaje.
Materiales cerámicos impermeables o semipermeables:
Se
los ha sometido a temperaturas bastante altas en las que se vitrifica
completamente la arena de cuarzo. De esta manera se obtienen productos
impermeables y más duros. Los más destacados:
- Gres cerámico común.- Se obtiene a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos.
- Gres cerámico fino. Obtenido a partir de arcillas refractarias (conteniendo óxidos metálicos) a las que se le añade un fundente (feldespato)
con objeto de rebajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un
horno a unos 1.300 °C. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se
impregnan los objetos de sal marina. La sal reacciona con laarcilla y forma una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico.
- Porcelana. Se obtiene a partir de una arcilla muy pura, denominada caolín, a la que se le añade fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex).
Son elementos muy duros soliendo tener un espesor pequeño (de 2 a 4
mm), su color natural es blanco o translucido. Para que el producto se
considere porcelana es necesario que sufra dos cocciones: una a una
temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y otra a más alta temperatura
pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el
hogar (pilas de cocina, vajillas, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.). Según la temperatura se distinguen dos tipos:
- Porcelanas blandas. Cocidas a unos 1.000 °C, se sacan se les aplica esmalte y se vuelven a introducir en el horno a una temperatura de 1.250 °C o más.
- Porcelanas duras. Se cuecen a 1.000º C, a continuación se sacan, se esmaltan, y se reintroducen en el horno a unos 1.400 °C o más. Si se decoran se realiza esta operación y luego se vuelven a introducir en el horno a unos 800 °C.
- Materiales refractarios.- Según la norma Europea DIN 51060/ISO/R 836,
considera resistente al calor aquel material que se reblandece a una
temperatura inferior de 1,500°C; y refractario, aquel material que se
reblandece con un mínimo de temperatura de 1,500°C y alta refractariedad
para aquel material que se reblandece a un temperatura mínima de
1,800;°C.
Y
en general un material refractario es aquel que tiene una aplicación a
temperatura por arriba de los 600°C. Los materiales cerámicos son
incandescentes si se le aplican 30W.
Para completar la información sobre materiales cerámicos consultar las entradas de Tundra Lera en el blog de materiales para zonas húmedas
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