6.2. Materiales cerámicos: tradicionales y avanzados

Los materiales cerámicos son aquellos productos (piezas, componentes, dispositivos, etc.) constituidos por compuestos inorgánicos, no metálicos, cuya característica fundamental es que son consolidados mediante tratamientos térmicos a altas temperaturas.

Se aglutinan en materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos avanzados.

• Los materiales cerámicos tradicionales están fabricados con materias primas de yacimientos naturales, con o sin proceso de beneficiación para eliminar impurezas al objeto de aumentar su pureza, tales como los materiales arcillosos.
  
  Sus características más importantes son:
• El conformado puede ser manual y el proceso de cocción se realiza en hornos tradicionales (horno túnel, hornos ascendentes, etc).
• La microestructura de la mayoría de los materiales cerámicos tradicionales presentan un tamaño de grano grueso y una alta porosidad, visible al microscopio óptico de no muchos aumentos (La microestructura se puede estudiar u observar a niveles de microscopía óptica).
• La densidad llega únicamente a alcanzar valores del orden del 10 al 20 % menor que la densidad teórica del material.
• El nivel de los defectos en un material cerámico tradicional es del orden de milímetros.

• Los materiales cerámicos avanzados están fabricados con materias primas artificiales que han sufrido un importante procesado químico para conseguir una pureza alta y una mejora de sus características físicas.
  
  Sus características más importantes son: 
• El proceso de conformado se realiza con equipos sofisticados, que incluyen la utilización de alta temperatura y presión.
• La microestructura es de grano fino y se tiene que resolver o estudiar por medio de la microscopía electrónica.
• La densidad llega a alcanzar valores del orden del 99 o 100 % de la densidad teórica del material.
• El nivel de los defectos en un material cerámico avanzado es del orden de las micras.

Existen muchos materiales cerámicos diferentes, pero todos ellos tienen una serie de características en común:

• Son materiales duros y frágiles.
• Son muy resistentes al desgaste, por eso, se usan para fabricar herramientas de corte.
• Son muy resistentes a la oxidación y a la corrosión.
• Son inertes y biocompatibles, de ahí que sean muy útiles en la fabricación de prótesis y articulaciones en medicina.
• Poseen puntos de fusión altos, motivo por el cual resisten temperaturas más elevadas que los metales.
• Son económicos, debido a que la materia prima de la que están compuestos es muy barata, aunque su proceso de fabricación resulte elevado.

EL VIDRIO

El vidrio se obtiene de una mezcla de arena de sílice (SiO₂), con fundentes (Na₂CO₃), y estabilizantes, como caliza (CaCO₃), se añaden, cada vez en mayor medida, cascos de vidrio procedente de envases de vidrio reciclado, la mezcla funde en torno a 1.500 C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación.

Es un material inorgánico, amorfo, transparente, duro y frágil, empleado para fabricar una gran cantidad de productos, ventanas, lentes, botellas,…

Los tipos de vidrio más significativos son:

• Soda-Cal. Es el más utilizado.

• Plomo.

• Borosilicato.

• Fibra de vídrio.

• Fibra óptica.

EL CEMENTO

El cemento es un aglomerante (especie de pegamento) en forma de polvo que tiene la propiedad de endurecer (fraguar) una vez que se le ha añadido agua y se ha dejado secar, incluso en ausencia de oxígeno. Cuando fragua adquiere una buena resistencia a la compresión.

Hay diversos tipos de cementos pero los más importantes son:

• Cemento natural.
• Cemento Portland.

El proceso de fabricación del cemento consta de cuatro pasos:

1. Extracción y molienda de la materia prima.
2. Homogeneización de la materia prima.
3. Producción del Clinker.
4. Molienda de cemento.

El hormigón es una mezcla de cemento, grava, arena y agua, que va solidificando progresivamente, y que soporta muy bien los esfuerzos de compresión, y poco los esfuerzos de cortadura y de tracción.

Para solventar el problema de mal resistencia a la tracción, se dota al hormigón de diferentes materiales que trabajan frente a la acción de las cargas a que está sometida, en especial el acero que cumple la misión de soportar los esfuerzos de tracción y cortadura, a los que se someten las estructuras. Este tipo de hormigón se conoce con el nombre de hormigón armado.

Otro tipo de hormigón es el hormigón pretensado, que son unas vigas de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de tracción previos a su puesta en servicio. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón a los esfuerzos de tracción.

EL YESO

El yeso es sulfato de calcio dihidratado (CaSO₄·2H₂O), se comercializa molido, en forma de polvo, se obtiene del aljez, una piedra natural sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, pero debido a impurezas puede presentar tonalidades grises, castaño o rosado.

El yeso es uno de los minerales mas ampliamente utilizados en el mundo. Una vez amasado con agua, se aplica directamente, y fragua a gran velocidad.

Sus aplicaciones más importantes son:

• Es muy empleado en construcción para, enlucidos, como pasta de agarre y de juntas, en estucados y como soporte para pintura al fresco.
• En prefabricados, para tabiques (pladur), y placas de escayola para techos.
• En traumatología como férulas para inmovilizar huesos y favorecer la regeneración ósea en las fracturas.
• En la elaboración de tizas para escritura.
• En los moldes para reproducción de esculturas.
• En la fabricación de cemento, como elemento aditivo.
• Es mal conductor del calor y la electricidad, por lo que se usa como aislante térmico.