El de cerámica del de la palabra se deriva de la palabra griega κεραμικός (keramikos del ). El término cubre los materiales nos-metálico inorgánicos que son formados por la acción del calor. Encima hasta de los años 50 o así pues, el más importantes de éstos eran las arcillas tradicionales hechas en la cerámica, azulejos de los ladrillos y similares, junto con los cementos y el vidrio . La cerámica basada de la arcilla se describe en el artículo sobre la cerámica . Un material compuesto del metal de cerámica y se conoce como cerametal . El de cerámica de la palabra puede ser un adjetivo, y se puede también utilizar como un sustantivo para referir a un material de cerámica, o producto de la fabricación de cerámica. La cerámica del es un sustantivo singular que refiere al arte de hacer cosas fuera de los materiales de cerámica. La tecnología de la fabricación y del uso de materiales de cerámica es parte del campo de la ingeniería de cerámica .

Muchos materiales de cerámica son duros, porosos y frágiles. El estudio y el desarrollo de la cerámica incluye métodos para atenuar los problemas asociados a estas características, y para acentuar las fuerzas de los materiales así como para investigar usos nuevos.

La sociedad americana para la prueba y los materiales que (ASTM) define un artículo de cerámica como “ un artículo que tiene un cuerpo esmaltado o unglazed cristalino o de la estructura en parte cristalina, o del vidrio, que el cuerpo se produce esencialmente de inorgánico, las sustancias nas-metálico y cualquiera se forma de una masa fundida que solidifique en el enfriamiento, o es formada y madurada simultáneamente o posteriormente por la acción del calor .”

Tipos de materiales de cerámica

Para la conveniencia los productos de cerámica se dividen generalmente en cuatro sectores, y éstos se demuestran abajo con algunos ejemplos:
El estructural, incluyendo los ladrillos, instala tubos el piso del y los azulejos de azotea * materiales refractarios, tal como guarniciones del horno, radiantes del fuego de gas, acero y crisoles de vidriero
Whitewares, incluyendo el vajilla, los azulejos de la pared, los objetos decorativos del arte y las mercancías sanitarias
El técnico, también se conoce como la ingeniería, avanzada, Special, y en Japón, cerámica fina. Tales artículos incluyen los azulejos usados en el programa de la lanzadera de espacio, la protección balística de los inyectores del mechero de gas, pelotillas de uranio del óxido del combustible nuclear, los implantes biomédicos, las láminas de la turbina del motor de jet, y los conos de nariz del misil . Las materias primas no incluyen con frecuencia las arcillas.

Ejemplos de la cerámica estructural

Ladrillos de la construcción
Azulejos del piso y de la azotea
El de las aguas residuales instala tubos

Ejemplos de la cerámica del whiteware

China de hueso
Loza de barro, que se hace a menudo de la arcilla, del cuarzo y del feldespato .
Porcelana, que se hacen a menudo del caolín
Gres

Clasificación de la cerámica técnica

La cerámica técnica se puede también clasificar en tres categorías materiales distintas:
Alúmina, Zirconia de los óxidos
No-óxidos: Siliciuros de los nitruros de los boruros de los carburos * haber reforzado de partículas de los compuestos, combinaciones de óxidos y de no-óxidos.

Cada una de estas clases puede desarrollar características materiales únicas

Ejemplos de la cerámica técnica

El titanato del bario (mezclado a menudo con el titanato del estroncio) exhibe la ferroelectricidad, significando que sus respuestas mecánicas, eléctricas, y termales están juntadas a una otra y también historia-dependiente. Es ampliamente utilizado en los condensadores de cerámica electromecánicos de los transductores y los elementos del almacenaje de datos . Las condiciones del límite de grano pueden crear efectos del PTC en los elementos de calefacción
Óxido de cobre, un superconductor de alta temperatura del calcio del estroncio del bismuto
Carburo ( C del boro B ₄), que se utiliza en las placas de cerámica en un poco de personales, helicóptero y armadura del tanque.
El nitruro del boro es estructural el isoelectrónico al carbón y adquiere formas físicas similares: un grafito - como uno usado como lubricante, y un diamante - como uno usado como abrasivo.
Ferrita (FE ₃O₄), que es el ferrimagnético y se utiliza en los centros magnéticos de los transformadores eléctricos y de la memoria de centro magnético .
El titanato zirconato del plomo es otro material ferroeléctrico.
Diboride ( MgB sub>2) del magnesio, que es un superconductor poco convencional .
Sialons /oxinitruros de aluminio del silicio de alta resistencia, alta choque termal/resistencia del producto químico/de desgaste, cerámica de la baja densidad usada en la dirección fundida no ferrosa del metal, pernos de la autógena y la industria química.
Carburo de silicio ( SiC, que se utiliza como Susceptor en hornos de la microonda, un abrasivo de uso general, y como material refractario .
Nitruro de silicio ( N ₄ de Si₃), se utiliza que como un polvo abrasivo .
La esteatita (silicatos del magnesio) se utiliza como aislador eléctrico .
Óxido de uranio (UO sub>2), usado como combustible en los reactores nucleares
O _7-x del Cu ₃ del óxido de cobre ( Y [[vagos del bario ]] ₂) del bario del itrio, otro superconductor de alta temperatura .
Óxido de cinc ( ZnO, que es un semiconductor, y utilizado en la construcción de los varistores
El dióxido de circonio (zirconia), que en forma pura experimenta muchos cambios de fase entre la temperatura ambiente y el práctico que sinterizan temperaturas de, puede ser químicamente " stabilized" en varias diversas formas. Su alta conductividad del ion del oxígeno lo recomienda para el uso en las pilas de combustible en otra variante, que las estructuras metaestables de pueden impartir la transformación que endurece para los usos mecánicos; la mayoría de las láminas de cerámica del cuchillo se hacen de este material.

Características de la cerámica

Características mecánicas

Los materiales de cerámica son generalmente el los materiales enlazados iónicos de o covalente, y pueden ser el cristalino o el amorfo. Un material ligado por cualquier tipo de enlace tenderá a la fractura antes de que ocurra cualquier deformación plástica, que dé lugar a la dureza pobre en estos materiales. Además, porque estos materiales tienden a ser porosos, los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como concentradores de la tensión, disminuyendo la dureza más lejos, y reduciendo la fuerza extensible . Éstos combinan para dar a las faltas catastróficas en comparación con los modos de fallo normalmente mucho más apacibles de metales.

Estos materiales demuestran a la deformación plástica . Sin embargo, debido a la estructura rígida de los materiales cristalinos, hay muy pocos sistemas de resbalón disponibles para las dislocaciones a moverse, y así que deformen muy lentamente. Con los materiales (vidriosos) no cristalinos, el que fluyen viscosos es la fuente dominante de deformación plástica, y es también muy lento. Por lo tanto se descuida en muchos usos de materiales de cerámica.

Características eléctricas

Semiconductores

Hay un número de cerámica que son los semiconductores la mayor parte de que éstos son los óxidos del metal de transición que son los semiconductores de II-VI, tales como óxido de cinc .

Mientras que hay charla de hacer el azul LED del óxido de cinc, los ceramicists están los más interesados de las características eléctricas que demuestran efectos del límite de grano.

Uno del más ampliamente utilizada de éstos es el varistor. Éstos son los dispositivos que exhiben la característica las gotas de esa resistencia agudamente en cierto voltaje del umbral. El voltaje a través del dispositivo alcanza una vez el umbral, hay una avería de la estructura eléctrica en la vecindad de los límites de grano, que da lugar a su resistencia eléctrica que cae de varios megohmios abajo a ohmios de unas centenas que la ventaja principal de éstos es que ella puede disipar mucha energía, y ella &mdash del reajuste del uno mismo; después del voltaje a través de las gotas del dispositivo debajo del umbral, su resistencia vuelve a ser alta.

Esto les hace el ideal para los usos de la oleada-protección . Pues hay control sobre la tolerancia del voltaje y de la energía del umbral, encuentran uso en todas las clases de usos. La mejor demostración de su capacidad se puede encontrar en las subestaciones eléctricas en donde los emplean para proteger la infraestructura contra huelgas del relámpago . Tienen respuesta rápida, son mantenimiento bajo, y no degradan apreciable del uso, haciéndoles los dispositivos virtualmente ideales para este uso.

La cerámica semiconductora también se emplea como sensores del gas cuando los varios gases se pasan sobre un de cerámica policristalino, su resistencia eléctrica cambia. Con la adaptación a las mezclas de gases posibles, los dispositivos muy baratos pueden ser producidos.

Superconductividad

Bajo algunas condiciones, tales como extremadamente - baja temperatura, una cierta superconductividad del objeto expuesto de la cerámica. La razón exacta de esto no se sabe, pero hay dos familias importantes de cerámica superconductora.

Ferroelectricidad y sobreconjuntos

La piezoelectricidad, un acoplamiento entre la respuesta eléctrica y mecánica, es exhibida por una gran cantidad de materiales de cerámica, incluyendo el cuarzo usado al tiempo de la medida en los relojes y la otra electrónica. Tales dispositivos utilizan ambas características del piezoelectrics, usar electricidad para producir un movimiento mecánico (que acciona el dispositivo) y después usar este movimiento mecánico para producir la electricidad (que genera una señal). La unidad de tiempo medida es el intervalo natural requerido para que la electricidad sea convertida en energía mecánica y la parte posterior otra vez.

El efecto piezoeléctrico es generalmente más fuerte en los materiales que también exhiben la piroelectricidad, y todos los materiales pyroelectric son también piezoeléctricos. Estos materiales se pueden utilizar al convertido inter entre la energía termal, mecánica, y/o eléctrica; por ejemplo, después de síntesis en un horno, un cristal pyroelectric permitido refrescarse bajo ninguna tensión aplicada aumenta generalmente una carga estática de millares de voltios. Tales materiales se utilizan en los sensores de movimiento donde está bastante la subida minúscula de la temperatura de un cuerpo caliente que entra en el cuarto para producir un voltaje mensurable en el cristal.

Alternadamente, la piroelectricidad se considera lo más fuerte posible en los materiales que también exhiben el efecto ferroeléctrico, en el cual un dipolo eléctrico estable puede ser orientado o ser invertido aplicando un campo electrostático. La piroelectricidad es también una consecuencia necesaria de la ferroelectricidad. Esto se puede utilizar para almacenar la información en elementos ferroeléctricos de los condensadores del RAM ferroeléctrico .

El mas comunes tales materiales son el titanato zirconato del plomo y el titanato del bario. Aparte de las aplicaciones mencionadas anteriormente, su respuesta piezoeléctrica fuerte se explota en el diseño de transductores de alta frecuencia de los altavoces para el sonar, y los actuadores para la fuerza atómica y los microscopios el hacer un túnel de la exploración

Coeficiente termal positivo

Los aumentos en temperatura pueden hacer límites de grano llegar a ser repentinamente aisladores en algunos materiales de cerámica semiconductores, sobre todo mezclas de los titanatos de metales pesados que la temperatura de transición crítica se puede ajustar sobre una amplia gama por variaciones en química. En tales materiales, la corriente pasará a través del material hasta que la calefacción del julio lo traiga a la temperatura de transición, en cuyo punto el circuito estará quebrado y el flujo actual cesará. Se utiliza tal cerámica mientras que los elementos de calefacción automáticos adentro, por ejemplo, la posterior-ventana descongelan los circuitos de automóviles.

En la temperatura de transición, la respuesta dieléctrica del material llega a ser teóricamente infinita. Mientras que una carencia del control de la temperatura eliminaría cualquier uso práctico del cercano material su temperatura crítica, el efecto dieléctrico sigue siendo excepcionalmente fuerte incluso en temperaturas mucho más altas. Los titanatos con temperaturas críticas lejos debajo de la temperatura ambiente han llegado a ser sinónimos con el " ceramic" en el contexto de los condensadores de cerámica por apenas esta razón.

Clasificación del de la cerámica

Cerámica no cristalina del : La cerámica no cristalina, siendo vidrios, tiende a ser formada de derretimientos. El vidrio es shaped cuando completamente fundido, echando, o cuando en un estado caramelo-como de la viscosidad, por métodos tales como soplar a un molde. Si tratamientos térmicos posteriores hacen esta clase llegar a ser en parte cristalina, el material resultante se conoce como Vidrio-de cerámica.

Cerámica cristalina del : Los materiales de cerámica cristalinos no son favorables a una gran gama de proceso. Los métodos para tratar de ellos tienden a bajar en una de dos categorías - hacer el de cerámica en la forma deseada, por la reacción in situ, o por el " forming" polvos en la forma deseada, y después la sinterización de formar un cuerpo sólido. Las técnicas de formación de cerámica incluyen formar a mano (incluyendo un proceso de la rotación llamó a veces el " throwing"), bastidor de resbalón, bastidor de la cinta (usado para hacer los condensadores de cerámica muy finos, el etc.), moldeo a presión, variaciones acuciantes, y otras secas. (Véase también las técnicas de formación de cerámica. Los detalles de estos procesos se describen en los dos libros enumerados abajo.) Algunos métodos utilizan un híbrido entre los dos acercamientos.

Fabricación in situ

El más de uso común de este método está en la producción de cemento y de concreto. Aquí, los polvos deshidratados se mezclan con agua. Esto comienza las reacciones de la hidración, que resultan adentro de largo, enclavijando los cristales que forman alrededor de los agregados. En un cierto plazo, éstos dan lugar a un sólido de cerámica.

El problema más grande con este método es que la mayoría de las reacciones son tan rápidamente que la buena mezcla no es posible, que tiende a prevenir la construcción en grande. Sin embargo, los sistemas en reducida escala pueden ser hechos por las técnicas de la deposición, donde los varios materiales se introducen sobre un substrato, y reaccionar y formar el de cerámica en el substrato. Esto pide prestadas técnicas de la industria del semiconductor, tal como deposición de vapor químico, y es muy útil para las capas.

Éstos tienden a producir cerámica muy densa, pero hacen tan lentamente.

métodos Sinterizar-basados

Los principios de métodos sinterizar-basados son simples. Una vez que un objeto áspero ligado (llamado un " body" verde;) se hace, él se cuece al horno en un horno, donde los procesos de la difusión hacen el cuerpo verde encogerse. Los poros en el cierre del objeto para arriba, dando por resultado un producto más denso, más fuerte. La leña se hace en una temperatura debajo del punto de fusión del de cerámica. Hay virtualmente siempre una cierta porosidad dejada, pero la ventaja verdadera de este método es que el cuerpo verde se puede producir de cualquier manera imaginable, y todavía se sinterice. Esto le hace una ruta muy versátil.

Hay millares de refinamientos posibles de este proceso. Algo del más común implica el presionar del cuerpo verde dar al densification una ventaja y reducir el tiempo de la sinterización necesario. Las carpetas a veces orgánicas tal como alcohol de polivinilo se agregan para mantener el cuerpo verde unido; éstos queman durante la leña (en 200-350°C). Los lubricantes a veces orgánicos se agregan durante presionar para aumentar el densification. No es infrecuente combinar éstos, y agrega carpetas y los lubricantes a un polvo, después presiona. (La formulación de estos añadidos químicos orgánicos es un arte en sí mismo. Esto es particularmente importante en la fabricación de cerámica del alto rendimiento tal como ésos usados por los mil millones para la electrónica, en los condensadores, los sensores etc. Las formulaciones especializadas más de uso general de electrónica se detallan en el " del libro; Grabar el bastidor, " por R. Mistler, y otros, Amer.) Un libro comprensivo en el tema, para mecánico así como usos de la electrónica, es " Añadidos orgánicos y proceso de cerámica, " por D. Shanefield, Kluwer Publishers, 1996.

Una mezcla se puede utilizar en lugar de un polvo, y después echó en una forma deseada, secada y después sinterizada. De hecho, la cerámica tradicional se hace con este tipo de método, usar una mezcla plástica trabajada con las manos.

Si una mezcla de diversos materiales se utiliza junta en un de cerámica, la temperatura de la sinterización está a veces sobre el punto de fusión de un componente de menor importancia - una fase líquida del que sinteriza. Esto da lugar a tiempos más cortos de la sinterización comparados a la sinterización de estado sólido.

Otros usos de la cerámica

La cerámica se utiliza en la fabricación de cuchillos. La lámina del cuchillo de cerámica permanecerá aguda durante mucho más tiempo que la de un cuchillo de acero, aunque sea más frágil y pueda ser encajada a presión cayéndolo en una superficie dura.
La cerámica del

tal como alúmina y el carburo del boro se han utilizado en los chalecos acorazados balísticos para rechazar el fuego del rifle del grande-calibre. Tales placas se saben comúnmente como los partes movibles protectores (SAPI) de los Pequeño-brazos. El material similar se utiliza para proteger las carlingas de algunos aeroplanos militares, debido a el peso bajo del material.
Las bolas de cerámica del

se pueden utilizar para substituir el acero en rodamientos de bolas. Su dureza más alta significa que son mucho menos susceptibles usar y puede los cursos de la vida a menudo más que triples. También deformen menos bajo significado de la carga que tienen menos contacto con las paredes del retén del cojinete y que pueden rodar más rápidamente. En usos muy de alta velocidad, el calor de la fricción durante el balanceo puede causar los problemas para los cojinetes del metal; problemas que son reducidos por el uso de la cerámica. La cerámica es también más químicamente resistente y se puede utilizar en los ambientes mojados donde aherrumbrarían los cojinetes de acero. La desventaja principal a usar cerámica es un coste perceptiblemente más alto. En muchos casos sus características eléctricamente aisladores pueden también tener valores en cojinetes.

en el principios de los 80, Toyota investigó la producción de un motor de cerámica adibático que puede funcionar en una temperatura sobre del °F 6000 (°C) 3300. Los motores de cerámica no requieren un sistema de enfriamiento y por lo tanto permitir una perdida de peso importante y por lo tanto una mayor eficacia del combustible. La eficacia del combustible del motor es también más alta en la temperatura alta, como se muestra por teorema de de Carnot. En un motor metálico convencional, mucha de la energía lanzada del combustible se debe disipar como calor residual para prevenir una fusión de las piezas metálicas. A pesar de todas estas características deseables, tales motores no están en la producción porque la fabricación de partes de cerámica en la precisión y la durabilidad indispensables es difícil. La imperfección en el de cerámica lleva a las grietas, que pueden llevar a la falta de equipo potencialmente peligrosa. Tales motores son posibles en ajustes del laboratorio, pero la producción en serie es irrealizable con tecnología actual.
El trabajo del

se está haciendo en desarrollar las piezas de cerámica para los motores de la turbina de gas . Actual, incluso las láminas hechas de avanzaron las aleaciones del metal que usados en la sección caliente de los motores requieren refrescándose y limitando cuidadoso de temperaturas de funcionamiento. Los motores de turbina hechos con cerámica podían funcionar más eficientemente, dando a aviones mayores gama y carga útil para una cantidad del sistema de combustible.

recientemente, allí ha sido los avances en cerámica que incluyen bio-cerámica, tal como implantes dentales y huesos sintéticos. El Hydroxyapatite, el componente mineral natural del hueso, se ha hecho sintético de un número de fuentes biológicas y químicas y se puede formar en los materiales de cerámica. Los implantes ortopédicos hechos de estos materiales enlazan fácilmente para deshuesar y otros tejidos en el cuerpo sin el rechazamiento o reacciones inflamatorias. Debido a esto, están de gran interés para la entrega del gene y los andamios de la ingeniería del tejido. La mayoría de la cerámica hidroxi de la apatita es fuerza mecánica muy porosa y carencia y se utiliza para cubrir los dispositivos ortopédicos del metal para ayudar en la formación de un enlace para deshuesar o como llenadores del hueso. También se utilizan como llenadores para que los tornillos plásticos ortopédicos ayuden en la reducción de la absorción de la inflamación y del aumento de estos materiales plásticos. El trabajo se está haciendo para hacer los materiales de cerámica del hydroxapatite cristalino nano fuerte, completamente denso para los dispositivos ortopédicos del cojinete de peso, substituyendo el metal extranjero y los materiales ortopédicos plásticos por un mineral natural sintético del hueso. Estos materiales de cerámica se pueden utilizar en última instancia como reemplazos del hueso o con la incorporación de los collagens de la proteína, huesos sintéticos.

Ver también

Cerámica (arte)
Técnicas de formación de cerámica
el Vidrio-de cerámica-a-metal sella
Porcelana
Cerámica
Geopolymers
prueba flexural de tres puntos
Base de datos de los diagramas de equilibrios de fase

.

Zenithic

Collin County, Texas

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