Estructura y Propiedades de los Materiales Cerámicos: Composición, Enlaces y Aplicaciones

Materiales Cerámicos: Composición y Estructura

Los materiales cerámicos están compuestos por la combinación de átomos metálicos y no metálicos.

Tipos de Enlaces Químicos

La cohesión de los materiales cerámicos se basa en dos tipos principales de enlaces:

• Enlace Covalente: Los átomos comparten electrones (e⁻).
• Enlace Iónico: Los átomos ceden y aceptan electrones (e⁻).

Estructuras de los Materiales Cerámicos

Estructura Cristalina

Las estructuras cerámicas cristalinas se forman a partir de un metaloide (como el silicio y el oxígeno solos), constituyendo la sílice (dióxido de silicio, SiO₂), o combinados con cationes metálicos para formar silicatos.

En la sílice, las uniones son predominantemente covalentes. Debido a la elevada energía que representan estos enlaces, la sílice es muy difícil de fundir o deformar. Con la misma base de SiO₂, existen varias formas cristalinas. Las más comunes son:

• Cuarzo
• Tridimita
• Cristobalita

Estructura Amorfa o Vítrea (Vidrio)

Cuando una estructura como la sílice es fundida, no llega a constituir un líquido verdadero, sino que adquiere el aspecto de una masa semifluida o viscosa que fluye con dificultad. Esto se debe a las fuertes uniones químicas que impiden la fácil movilidad de los electrones, ya que la energía de unión entre los átomos es tan elevada que no se logra su total separación.

Al enfriarse, a los átomos les resulta casi imposible ordenarse para volver a una estructura cristalina. En estas condiciones, la sílice constituye una estructura amorfa, conocida como vidrio.

Modificadores y Aditivos de la Sílice

La adición de otros elementos a la sílice modifica sus propiedades y su temperatura de fusión:

Sílice + Silicato de Sodio (Na) o Potasio (K)

Disminuye la temperatura de fusión, permitiendo el ablandamiento y una mayor fluidez en estado viscoso. Se utiliza en la fabricación de coronas y porcelanas, facilitando el modelado y la obtención de esmaltes.

Sílice + Aluminio

Genera una estructura amorfa con una descompensación eléctrica que produce debilidad frente a los ácidos, generando reacciones.

Sílice + Boro

Produce estructuras termorresistentes.

Sílice + Bario

Genera estructuras impermeables a los Rayos X (RX).

El Fenómeno de la Anisotropía

La anisotropía es un fenómeno que se presenta en los materiales con estructura cristalina. Consiste en que ciertas propiedades y procesos físicos (por ejemplo, el índice de refracción, la conductividad térmica y las propiedades elásticas, entre otras) pueden medirse con resultados diferentes, dependiendo de la dirección en que se mida u observe el material sobre su masa.

Propiedades Generales de los Cerámicos

• No poseen nube electrónica libre.
• Son aislantes eléctricos y térmicos.
• Son rígidos y duros.
• Poseen un elevado módulo de elasticidad.
• No absorben energía luminosa.

Clasificación por Propiedades Específicas

• Vidrios de Boro: Termorresistentes.
• Vidrios de Bario: Impermeables a los RX.
• Óxidos: Materiales translúcidos.