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De cerámica

Este artículo está sobre los materiales de cerámica. Para el arte fino, vea Arte de cerámica.

La palabra de cerámica se deriva de Griego κεραμικός de la palabra (keramikos). Las cubiertas del término inorgánico no metálico materiales que son formados por la acción del calor. Encima hasta de los años 50 o así pues, el más importantes de éstos eran los tradicionales arcillas, hecho en cerámica, ladrillos, azulejos y similares, junto con cementos y cristal. Arcilla- la cerámica basada se describe en el artículo encendido cerámica. A material compuesto de de cerámica y metal se conoce como cermet. La palabra de cerámica puede ser un adjetivo, y se puede también utilizar como un sustantivo referir a un material de cerámica, o producto de la fabricación de cerámica. Cerámica se puede también utilizar como sustantivo singular referir 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 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 de la novela.

Sociedad americana para probar y los materiales (ASTM) define un artículo de cerámica como “un artículo que tenía esmaltar o unglazed el cuerpo de cristalino o la estructura en parte cristalina, o del cristal, que el cuerpo se produce esencialmente de inorgánico, las sustancias nas-metálico y cualquiera se forma de una masa fundida que solidifique en refrescarse, o es formada y madurada simultáneamente o posteriormente por la acción del calor.”[1]

Contenido

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:

Ejemplos de la cerámica del whiteware

Clasificación de la cerámica técnica

La cerámica técnica se puede también clasificar en tres categorías materiales distintas:

Cada uno de estas clases puede desarrollar características materiales únicas

Ejemplos de la cerámica técnica

Características de la cerámica

Características mecánicas

Los materiales de cerámica están generalmente iónico o covalente los materiales consolidados, y pueden ser cristalino o amorfo. Un material ligado por cualquier tipo de enlace tenderá a fractura antes de cualesquiera deformación plástica ocurre, que da lugar a pobres dureza en estos materiales. Además, porque estos materiales tienden para ser porosos, poros y el otro acto microscópico de las imperfecciones como concentradores de la tensión, disminuyendo la dureza más lejos, y la reducción fuerza extensible. Éstos combinan para dar faltas catastróficas, en comparación con normalmente mucho el más apacible modos de fallo de metales.

Estos materiales demuestran deformación plástica. Sin embargo, debido a la estructura rígida de los materiales cristalinos, hay muy pocos sistemas disponibles del resbalón para dislocaciones para moverse, y deformen tan muy lentamente. Con los materiales (vidriosos) no cristalinos, viscoso el flujo es la fuente dominante de la 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 es semiconductores. La mayor parte de éstos están metal de la transición óxidos que son semiconductores de II-VI, por ejemplo óxido del cinc.

Mientras que hay charla de hacer el azul LED de óxido del 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 un seguro voltaje del umbral. El voltaje a través del dispositivo alcanza una vez el umbral, hay a interrupción de la estructura eléctrica en la vecindad del límites de grano, que da lugar a su resistencia eléctrica el caer de varios megohmios abajo a algunos cientos ohmios. La ventaja principal de éstos es que pueden disipar muchos de energía, y ellos uno mismo reajustado - después del voltaje a través del dispositivo cae debajo del umbral, sus vueltas de la resistencia a ser alto.

Esto los hace ideales para oleada-protección usos. 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 adentro subestaciones eléctricas, contra donde se emplean para proteger la infraestructura relámpago huelgas. 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 polycrystalline, su resistencia eléctrica cambia. Con templar a las mezclas posibles del gas, los dispositivos muy baratos pueden ser producidos.

Superconductividad

Bajo algunas condiciones, tales como temperatura extremadamente baja, un cierto objeto expuesto de la cerámica superconductividad de alta temperatura. La razón exacta de esto no se sabe, pero hay dos familias importantes de cerámica superconducting.

Ferroelectricity y sobreconjuntos

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

El efecto piezoeléctrico es generalmente más fuerte en los materiales que también exhiben pyroelectricity, y todos los materiales pyroelectric son también piezoeléctricos. Estos materiales se pueden utilizar al inter convertido entre la energía termal, mecánica, y/o eléctrica; por ejemplo, después de síntesis en un horno, un cristal pyroelectric permitió para refrescarse bajo ninguna tensión aplicada acumula generalmente una carga estática de millares de voltios. Tales materiales se utilizan adentro 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, el pyroelectricity se ve lo más fuertemente posible en los materiales que también exhiben efecto ferroelectric, en que un dipolo eléctrico estable puede ser orientado o ser invertido aplicando un campo electrostático. Pyroelectricity es también una consecuencia necesaria del ferroelectricity. Esto se puede utilizar para almacenar la información adentro condensadores ferroelectric, elementos de ESPOLÓN ferroelectric.

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

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 metal pesado titanates. La temperatura crítica de la transición se puede ajustar sobre una amplia gama por variaciones en química. En tales materiales, la corriente pasará a través del material hasta calefacción del julio lo trae a la temperatura de la transición, en que 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 la transición, el material dieléctrico la respuesta 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 Titanates con temperaturas críticas lejos debajo de la temperatura ambiente han llegado a ser sinónimos con “de cerámica” en el contexto de los condensadores de cerámica por apenas esta razón.

Clasificación de la cerámica

Cerámica no cristalina: La cerámica no cristalina, siendo cristales, tiende para ser formada de derretimientos. El cristal es formado 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 más últimos hacen esta clase llegar a ser en parte cristalina, el material que resulta se conoce como a cristal-de cerámica.

Cerámica cristalina: Los materiales de cerámica cristalinos no son favorables a una gran gama del proceso. Los métodos para tratar de ellos tienden para bajar en una de dos categorías - marca el de cerámica en la forma deseada, por la reacción in situ, o “formando” polvos en la forma deseada, y entonces sinterización para formar un cuerpo sólido. Técnicas de formación de cerámica incluya formar a mano (a veces incluyendo un proceso de la rotación llamado el “lanzar”), deslice el bastidor, el bastidor de la cinta (usado para hacer los condensadores de cerámica muy finos, el etc.), el moldeado de inyección, las 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 uso más común de este método está en la producción del cemento y del concreto. Aquí, los polvos deshidratados se mezclan con agua. Esto comienza las reacciones de la hidración, que dan lugar a largo, los cristales que se enclavijan 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 el buen mezclarse no es posible, que tiende para 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, por ejemplo deposición de vapor químico, y es muy útil para las capas.

Éstos tienden para producir cerámica muy densa, pero tan lentamente.

métodos Sinterizar-basados

Los principios de sinterización- los métodos basados son simples. Una vez que un objeto áspero ligado (llamado un “cuerpo verde”) se haga, se cuece al horno en un horno, donde difusión los procesos hacen el cuerpo verde contraerse. 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 algo porosidad la izquierda, 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. A veces orgánico carpetas por ejemplo 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, entonces presión. (La formulación de estos añadidos químicos orgánicos es un arte en sí mismo. Esto es particularmente importante en la fabricación de la cerámica del alto rendimiento tal como ésos usados por los mil millones para electrónica, en condensadores, inductores, sensores, etc. Las formulaciones especializadas más de uso general de electrónica son detalladas en el libro “bastidor de la cinta,” por R.E. Mistler, y otros., Amer. Soc de cerámica. [Westerville, Ohio], 2000.) Un libro comprensivo en el tema, para mecánico así como usos de la electrónica, es “añadidos orgánicos y proceso de cerámica,” al lado de D. J. Shanefield, editores de Kluwer [Boston], 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, usando 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 - a fase líquida sinterización. 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 agudo para mucho más largo que el de un cuchillo de acero, aunque es más frágil y puede ser encajado a presión cayéndolo en una superficie dura.
  • Las bolas de cerámica se pueden utilizar para substituir el acero en rodamientos de bolas. Su dureza más alta significa que son mucho menos susceptibles al desgaste y pueden 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 detenedor de 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 los años 80 tempranos, Toyota producción investigada del adibático motor de cerámica 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 per'rdida de peso importante y por lo tanto una mayor eficacia de combustible. Eficacia de combustible del motor es también más alto en la temperatura alta, como se muestra cerca Carnot teorema. En un motor metálico convencional, mucha de la energía lanzada del combustible se debe disipar como calor inútil 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 conduce a las grietas, que pueden conducir a la falta de equipo potencialmente peligrosa. Tales motores son posibles en ajustes del laboratorio, pero la masa-producción es irrealizable con tecnología actual.
  • El trabajo se está haciendo en desarrollar las piezas de cerámica para turbina de gas motores. Actualmente, incluso láminas hechas de aleaciones avanzadas del metal utilizado en la sección caliente de los motores requiera refrescándose y limitándose cuidadoso de temperaturas de funcionamiento. Los motores de turbina hechos con cerámica podían funcionar más eficientemente, dando a avión mayores gama y carga útil para una cantidad del sistema de combustible.
  • Recientemente, ha habido los avances en cerámica que incluyen bio-cerámica, tal como implantes dentales y huesos sintéticos. 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 finos en el cuerpo sin el rechazamiento o reacciones inflamatorias. Debido a esto, están de gran interés para la entrega del gene y ingeniería del tejido fino andamios. La mayoría de la cerámica hydroxy de la apatita es fuerza mecánica muy porosa y carencia y se utiliza 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 los tornillos plásticos ortopédicos para ayudar 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 fuerte, completamente denso del nano para los dispositivos ortopédicos del cojinete del 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.
  • De cerámica de alta tecnología se utiliza en la relojería para producir cajas de reloj. El material es valorado por los relojeros para su peso ligero, rasguñar-resistencia, durabilidad y alisa tacto. IWC es una de las marcas de fábrica que iniciaron el uso de de cerámica en relojería. El caso de la edición superior del arma de IWC 2007 del reloj del piloto Cronógrafo doble se hace a mano en de cerámica negro de alta tecnología.[2]

Vea también

Mire para arriba De cerámica en
Wiktionary, el diccionario libre.

Referencias

  1. ^ Baldosa cerámica y estándares de piedra
  2. ^ De cerámica en relojería

Acoplamientos externos

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