polimeros y ceramicos

5/17/2018 POLIMEROS Y CERAMICOS - slidepdf.com

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

QUIMICA BASICA

POLÍMEROS Y CERÁMICOS

GRUPO: 1CM5

INTEGRANTES: CAMACHO RANGEL ANAID

CRUZ SANTIAGO ERIKA

MOCTEZUMA ALVAREZ KARINA

MORENO GONZALEZ ANGÉLICA

ORTEGA TAPIA HECTOR ELIHÚ

Prof. (a): INGENIERA ALINE M. ORTEGA MARTÍNEZ

FECHA DE ENTREGA: 30 DE NOBIEMBRE DE 2011



INDICE

POLIMEROS

Concepto de: Polímero, Monómero, Homopolímero, Copolímero…………………3

Tipos de cadena: Lineal, Ramificada, Tridimensional y Enlazada…………………4

Clasificación de polímeros………………………………………………………………6

Fibras……………………………………………………………………………………...10

Elastómeros……………………………………………………………………………....21

Plásticos…………………………………………………………………………………..24

Principales polímeros utilizados en ingeniería y su aplicación……………………..27

CERÁMICOS

Antecedentes……………………………………………………………………………..29

Definición………………………………………………………………………………….30

Clasificación………………………………………………………………………………31

Estructura química……………………………………………………………………….33

Propiedades Físicas……………………………………………………………………..33

Propiedades Químicas…………………………………………………………………..34

Propiedades Eléctricas: Constante dieléctrica y Rigidez Dieléctrica………………34

Propiedades Térmicas…………………………………………………………………..34

Materiales aislantes…………………………………………………………………… ...35

Materiales semiconductores……………………………………………………………35Aplicación en la ingeniería………………………………………………………………39



POLÍMEROS

Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse aotras moléculas pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formarmacromoléculas de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.

Un polímero es una molécula muy grande o macromolécula constituida por launión repetida de muchas unidades pequeñas (monómeros) a través de enlacescovalentes.

*Etimológicamente:La palabra polímero esta constituida por las raíces griegas poli, que significamuchos, y mero, que significa parte; es decir, los polímeros son moléculas de altopeso molecular integradas por muchas partes o elementos unidos por un enlacecovalente.Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares.Por lo tanto no son especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión

definido.Un polímero es un material constituido al combinar varios meros o unidades.Los polímeros son materiales que consisten en moléculas gigantes omacromoléculas en cadena con pesos moleculares promedio de10000 a más de1000,000 g/mol y que se forman al unir muchos meros o unidades medianteenlace químico.Una definición general de polímeros es: a cualquier sustancia natural o sintéticaque posee un alto peso molecular, comúnmente superior a 10 000g/mol, se le dael nombre de sustancia macromolecular o polímero.Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructuramolecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el

número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros,trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos.La mayoría de los polímeros, sólidos o líquidos, son orgánicos basados en elcarbono; sin embargo, también pueden ser inorgánicos.Existen diferentes términos usados en la industria de polímeros, los cualescorresponden a diferentes modos de clasificación y en general destacan algunacaracterística especial del material.Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que contienenuna sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los homopolímeros, además, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de lacadena o en ramificaciones.

Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales, como es elcaso de algunos muy importantes en los que participa el estireno.Estas combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedadesde los polímeros y lograr nuevas aplicaciones.

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TIPOS DE CADENALos diferentes estudios acerca de los polímeros han demostrado que su estructuraes en forma de cadena, integrada por unidades estructurales repetitivas entre sipor medio de enlaces covalentes. El primer trabajo relacionado con la formulaciónde esta teoría fue el de Staudinger en 1920.

La unidad repetitiva corresponde químicamente a la del monómero en el caso deprocesos de polimerización por adición, y es ligeramente diferente en los procesosde polimerización por adición, ya que en este último caso se eliminan lasmoléculas pequeñas (por ejemplo agua) durante la reacción.La representación esquemática de un segmento de cadena polimérica sería lasiguiente:

La estructura de las cadenas poliméricas puede ser lineal, ramificada oentrecruzada. Sus correspondientes representaciones serían:

Polímeros Lineales.En un polímero lineal las unidades monoméricas se unen unas a otras formandocadenas sencillas. Estas largas cadenas son flexibles y se comportan como una

masa de fideos, esquematizada en la figura, donde cada círculo representa unaunidad monomérica. Las cadenas de los polímeros lineales pueden unirse entre sípor fuerzas de van der Waals. Polietileno, cloruro de polivinilo, poliestireno, poli(metacrilato de metilo), nilón y fluorocarbonos son algunos polímeros de estructuralineal.

Polímeros ramificados.Se sintetizan polímeros cuya cadena principal está conectada lateralmente conotras cadenas secundarias, como está esquematizado en la figura. Son losllamados polímeros ramificados. Las ramas, que forman parte de la cadenamolecular principal, son el resultado de las reacciones locales que ocurren durantela síntesis del polímero. La eficacia del empaquetamiento de la cadena se reducecon las ramificaciones y, por tanto, también disminuye la densidad del polímero.



Polímeros entrecruzados.En los polímeros entrecruzados, cadenas lineales adyacentes se unentransversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes, como está representado en la figura. El entrecruzamiento se realiza durante la síntesis o porreacciones químicas irreversibles que normalmente ocurren a elevada

temperatura. A menudo el entrecruzamiento va acompañado por la adiciónmediante enlace covalente de átomos o moléculas a las cadenas. Muchos de losmateriales elásticos de caucho están entrecruzados.

Polímeros reticulados.

Las unidades monoméricas trifuncionales, que tienen tres enlaces covalentesactivos, forman redes tridimensionales (figura) en lugar de las cadenas linealesgeneradas por las unidades monoméricas bifuncionales. Los polímeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan polímeros reticulados. Unpolímero entrecruzado, prácticamente, se puede clasificar como polímeroreticulado. Estos materiales tienen propiedades mecánicas y térmicas específicas.Los polímeros epoxi y los fenol-formaldehido pertenecen a este grupo.Conviene recordar que algunos polímeros no pertenecen a un solo grupo. Porejemplo, un polímero predominantemente lineal puede tener algún númerolimitado de ramas y de entrecruzamiento o de reticulación bidimensional.



CLASIFICACION DE POLIMEROS

Los polímeros pueden clasificarse de diferentes maneras, y a su vez, esasclasificaciones, pueden subdividirse en otras. Partiremos de lo más básico a lo

más complejo:

De acuerdo a su origen: Naturales y sintéticosLos polímeros naturales son todos aquellos que provienen de los seres vivos, ypor lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad deellos. Las proteínas, los polisacáridos, los ácidos nucleicos son todos polímerosnaturales que cumplen funciones vitales en los organismos y por tanto se les llamabiopolímeros.Otros ejemplos son la seda, el caucho, el algodón, la madera (celulosa), la quitina,etc.…

Los polímeros sintéticos son los que se obtienen por síntesis ya sea en unaindustria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómerosnaturales, mientras que los polímeros semisinteticos son resultado de lamodificación de un monómero natural. El vidrio, la porcelana, el nailon, el rayón,los adhesivos son ejemplos de polímeros sintéticos, mientras que la nitrocelulosao el caucho vulcanizado, lo son de polímeros semisinteticos.

Rayón



Celuloide

La síntesis de polímeros se dio en el 1869 al obtener celuloide a partir de lacelulosa; años después, al descubrirse la estructura de la seda, se creo la sedaartificial llamada nailon. Hoy en día, al fabricarse polímeros se le pueden agregarciertas sustancias que modifican sus propiedades, ya sea flexibilidad, resistencia,dureza, elongación, etc.

De acuerdo al tipo de monómeros: Homopolímeros y copolimeros

Los homopolímeros son macromoléculas que están formadas por monómerosidénticos, la celulosa y el caucho son homopolímeros naturales, mientras que elPVC y el polietileno son sintéticos.Los copolimeros están constituidos por 2 o mas monómeros diferentes, como porejemplo, la seda como copolímero natural, y la baquelita como sintético.

Ahora bien, en los copolimeros encontramos una sub clasificación, que dependede la forma en que estén ordenados los monómeros:

Al azar: Es cuando los monómeros no presentan orden alguno, por tantopresentan un patrón azaroso.Alternado: Se observa un patrón de monómeros alternados.En bloque: Son los que presentan un patrón alternado, pero bloques o“paquetes”. Injertado: Es cuando se ve una cadena principal formada por un solo monómero,y contiene ramificaciones formas por el otro monómero unidas a la cadenaprincipal.



Según su forma: Lineales o Ramificados

Los monómeros al unirse pueden dar diferentes formas de polímeros, lo queinfluye en sus propiedades, por ejemplo, el material blando y moldeable tiene unaforma lineal con cadenas unidas por interacciones (fuerzas) débiles, mientras que

un polímero rígido y frágil tiene una estructura ramificada, y así vemos muchasotras características.Los lineales se forman cuando el monómero que lo origina tiene 2 puntos de“ataque” (de unión), de modo que la polimerización ocurre en una sola dirección,pero en ambos sentidos.Los polímeros ramificados, se forman debido a que, a diferencia del lineal, estostiene 3 o más puntos de “ataque”, de tal forma que la polimerización ocurre enforma tridimensional, en las 3 direcciones del espacio. Dentro de los polímerosramificados encontramos 3: los con forma de estrella, de red y de dendritas.

Según sus propiedades mecánicas: Resistencia*, dureza* y elongación*(* Las mas importantes).

Un polímero puede ser resistente a la compresión o al estiramiento, es decir,puede soportar golpes sin perder su forma o no estirarse con facilidad,respectivamente. También hay ciertos polímeros que son resistente al impacto, ypor tanto no se destruyen al golpearlos; a su vez hay otros que presentan

resistencia a la flexión: los doblamos con facilidad; y finalmente podemosencontrar resistencia a la torsión, que son los que recuperan su forma luego dehaberlos torcido.Un ejemplo de resistencia al estiramiento son las cuerdas (específicamente susfibras), ya que por lo general están sujetadas a tensión y es necesario que no seextiendan al aplicarles esta fuerza. En sí, la resistencia es la medida de la cantidadde tensión necesaria para romper el polímero.



En cuanto a dureza, un polímero puede ser rígido o flexible. El primer tipo suelenser resistentes y casi no sufren deformaciones, pero al no ser duros, se quiebrancon facilidad; el segundo tipo, por el contrario, aguantan bastante bien ladeformación y no se rompe tan fácilmente como los rígidos.En lo que a elongación respecta, los polímeros llamados elastómeros pueden ser

estirados entre un 500% y un 1.000% y aun así volver a su longitud original sinhaber sufrido rotura alguna. Al fin y al cabo, la elongación es el cambio de formaque sufre un polímero cuando es sometido a tensión; es la capacidad deestiramiento sin que se rompa.

En lo que a plásticos respecta, encontramos termoplásticos y termoestables:

Antes de comenzar, un plástico, en resumidas cuentas, es un polímeroprincipalmente sintético que se puede moldear en algún momento de suelaboración, ante la aplicación de fuerzas relativamente débiles a temperaturasmoderadas; así encontramos plásticos como el caucho (natural), el celuloide

(semisinteticos) y todos los sintéticos, como el polietileno.Los termoplásticos son materiales rígidos a temperatura ambiente, pero sevuelven blandos y moldeables al elevar la temperatura, por lo que se puedenfundir y moldear varias veces, sin que por ello cambie sus propiedades, esto loshace reciclables. Son termoplásticos debido a que sus cadenas, sean lineales oramificadas, no están unidas, o sea, presentan entre sus cadenas “fuerzas”intermoleculares, que se debilitan con un aumento en la temperatura,provocándose el reblandecimiento. Están presentes en el poliestireno, elpolietileno; la seda, la lana, el algodón (fibras naturales), el poliéster y la poliamida(fibras sintéticas).Los termoestables son materiales rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica.

Una vez que son moldeados no se pueden volver a cambiar en la que a formarespecta, porque no se ablandan cuando se calientan, volviéndolos esto noreciclables. Son termoestables porque sus cadenas están interconectadas pormedio de ramificaciones que son mas cortas que las cadenas principales. Laenergía calórica es la principal responsable del entrecruzamiento que da unaforma permanente a este tipo de plásticos y es por esto que no pueden volver aprocesarse. Los encontramos en la baquelita, el PVC y el plexiglás.



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FIBRAS

Son todas aquellas fibras obtenidas por el hombre por medio de métodosquímicos.Las fibras logradas por transformación química de productos naturales son fibras

artificiales que as u vez se dividen en:

Celulósicas: Regeneradas, como son el rayón de viscosa y el rayón cupramonio. Modificadas, como el rayón acetato. Proteicas regeneradas a partir de caseína, cacahuate, maíz, algas marinas.

Sintéticas:Se denominan fibras sintéticas las que se obtienen a partir de determinadassustancias, sin intervención de la naturaleza, como los derivados del petróleo uotros compuestos.

Polímeros Regenerados, como alginatos. Sintéticos de adición termoplásticos, como polivinílicos y poliacrílicos. Sintéticos de condensación termoestables, como poliésteres y poliamidas.

Una fibra polimérica es un polímero cuyas cadenas están extendidas en línearecta (o casi recta) una al lado de la otra a lo largo de un mismo eje, tal comousted ve en la figura.

Los polímeros ordenados en fibras como éstas, pueden ser hilados y usados comotextiles. Las prendas que usted usa, están hechas de fibras poliméricas. Tambiénlas alfombras. También las sogas. Aquí tenemos algunos de los polímeros quepueden ser empleados como fibras:

PolietilenoEl polietileno es probablemente el polímero que más se ve en la vida diaria. Esel plástico más popular del mundo. Éste es el polímero que hace las bolsas de

almacén, los frascos de champú, los juguetes de los niños, e incluso chalecos aprueba de balas. Por ser un material tan versátil, tiene una estructura muy simple,la más simple de todos los polímeros comerciales. Una molécula del polietileno noes nada más que una cadena larga de átomos de carbono, con dos átomos dehidrógeno unidos a cada átomo de carbono. Eso es lo que muestra la figura de laparte superior de la página, pero puede representarse más fácilmente como en lafigura de abajo, sólo con la cadena de átomos de carbono, de miles de átomos delongitud:



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En ocasiones es un poco más complicado. A veces algunos de los carbonos, enlugar de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas depolietileno. Esto se llama polietileno ramificado, o de baja densidad, o LDPE.Cuando no hay ramificación, se llama polietileno lineal, o HDPE. El polietilenolineal es mucho más fuerte que el polietileno ramificado, pero el polietilenoramificado es más barato y más fácil de hacer.

El polietileno lineal se produce normalmente con pesos moleculares en el rango de200.000 a 500.000, pero puede ser mayor aún. El polietileno con pesosmoleculares de tres a seis millones se denomina polietileno de peso molecularultra-alto, o UHMWPE. El UHMWPE se puede utilizar para hacer fibras que sontan fuertes que sustituyeron al Kevlar para su uso en chalecos a prueba de balas.Grandes láminas de éste se pueden utilizar en lugar de hielo para pistas depatinaje.



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El polietileno es un polímero vinílico, hecho a partir del monómero etileno. Aquí

está un modelo del monómero etileno. Para ser sinceros, parece una cierta clasede osito de juguete del arte contemporáneo.El polietileno ramificado se hace por medio de una polimerización vinílica porradicales libres. El polietileno lineal se sintetiza por medio de un procedimientomás complicado llamado polimerización Ziegler-Natta. El UHMWPE se fabricaempleando la polimerización catalizada por metalocenos.

PolipropilenoEl polipropileno es uno de esos polímeros versátiles que andan a nuestroalrededor. Cumple una doble tarea, como plástico y como fibra. Como plástico seutiliza para hacer cosas como envases para alimentos capaces de ser lavados en

un lavaplatos. Esto es factible porque no funde por debajo de 160º

C.El polietileno, un plástico más común, se recalienta a aproximadamente 100oC, loque significa que los platos de polietileno se deformarían en el lavaplatos.Como fibra, el polipropileno se utiliza para hacer alfombras de interior y exterior, laclase que usted encuentra siempre alrededor de las piscinas y las canchas demini-golf. Funciona bien para alfombras al aire libre porque es sencillo hacerpolipropileno de colores y porque el polipropileno, a diferencia del nylon, noabsorbe el agua.Estructuralmente es un polímero vinílico, similar al polietileno, sólo que uno de loscarbonos de la unidad monomérica tiene unido un grupo metilo. El polipropileno sepuede hacer a partir del monómero propileno, por polimerización Ziegler-Natta y

por polimerización catalizada por metalocenos.

Nylon



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Los nylons son unos de los polímeros más comunes usados como fibra. En todomomento encontramos nylon en nuestra ropa, pero también en otros lugares, enforma de termoplástico. El verdadero éxito del nylon vino primeramente con suempleo para la confección de medias femeninas, alrededor de 1940. Fueron ungran suceso, pero pronto se hicieron muy difíciles de conseguir, porque al año

siguiente los Estados Unidos entraron en la Segunda Guerra Mundial y el nylonfue necesario para hacer material de guerra, como cuerdas y paracaídas. Peroantes de las medias o de los paracaídas, el primer producto de nylon fue el cepillode dientes con cerdas denylon.

Los nylons también se llaman poliamidas, debido a los característicos gruposamida en la cadena principal. Las proteínas, tales como la seda a la cual el nylonreemplazó, también son poliamidas. Estos grupos amida son muy polares ypueden unirse entre sí mediante enlaces por puente de hidrógeno. Debido a ésto ya que la cadena de nylon es tan regular y simétrica, los nylons son amenudo cristalinos, y forman excelentes fibras.

En las animaciones de esta página, el nylon se llama nylon 6.6, porque cadaunidad repetitiva de la cadena polimérica, tiene dos extensiones de átomos decarbono, cada una con una longitud de seis átomos de carbono. Otros tipos denylon pueden tener diversos números de átomos de carbono en estasextensiones.Los nylons se pueden sintetizar a partir de las diaminas y los cloruros de diácido.El nylon 6.6 se hace con los monómeros cloruros del adipoilo y hexametiléndiaminas.



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Ésta es una forma de hacer nylon 6.6 en el laboratorio. Pero en una plantaindustrial de nylon, se lo fabrica generalmente haciendo reaccionar el ácidoadípico con la hexametilén diaminas.

Otra clase de nylon es el nylon 6. Es muy parecido al nylon 6.6, excepto que tienesólo un tipo de cadena carbonada, de seis átomos de largo.

Se hace a partir del monómero caprolactama, por medio de una polimerización porapertura de anillo. El nylon 6 no se comporta de manera diferente al nylon 6.6. Laúnica razón por la que se fabrican los dos tipos, es porque DuPont patentó elnylon 6.6 y otras compañías tuvieron que inventar el nylon 6 para poder entrar enel negocio del nylon.Una familia de nylons que tiene su propia página, son las aramidas.



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PoliésterLos poliésteres son los polímeros, en forma de fibras, que fueron utilizados en losaños '70 para confeccionar toda esa ropa maravillosa que se usaba en lasconfiterías bailables, de la clase que usted ve a la derecha. Pero desde entonces,las naciones del mundo se han esforzado por desarrollar aplicaciones más

provechosas para los poliésteres, como esas formidables botellas plásticasirrompibles que contienen su gaseosa favorita, como la botella azul en la figura deabajo. Como puede apreciar, los poliésteres pueden sertanto plásticos como fibras. Otro lugar en donde usted encuentra poliéster es enlos globos. No los baratos que se utilizan como bombitas de carnaval, ésos sehacen de caucho natural. Estoy hablando de los elegantes que usted ve cuandoestá en el hospital. Éstos se hacen de una película de poliéster hecha por DuPontllamada Mylar. Los globos se hacen con una mezcla compuesta por Mylar y papelde aluminio. Los productos como éstos, hechos de dos clases de materia prima,se llaman compósitos.

Una familia especial de poliésteres son los policarbonatos.Los poliésteres tienen cadenas hidrocarbonadas que contienen uniones éster, deahí su nombre.

La estructura de la figura se denomina poli (etilén tereftalato) o PET para abreviar,porque se compone de grupos etileno y grupos tereftalato. Entiendo

que tereftalato no es una palabra sencilla de pronunciar, pero con práctica ustedserá capaz de hacerlo con sólo una leve sensación de dificultad.

Los grupos éster en la cadena de poliéster son polares, donde el átomo deoxígeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa y el átomo de carbono delcarbonilo tiene una carga positiva. Las cargas positivas y negativas de los diversosgrupos éster se atraen mutuamente. Esto permite que los grupos éster de cadenasvecinas se alineen entre sí en una forma cristalina y debido a ello, den lugara fibras resistentes.El inventor que descubrió primero cómo hacer botellas de PET fue NathanielWyeth. Es hermano de Andrew Wyeth, el famoso pintor. Pero otros habíanintentado antes. Lea esta historia sobre alguien que pudo haber sido la primerapersona en intentar hacer una botella irrompible.



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Kevlar y NomexLas aramidas pertenecen a una familia de nylons, incluyendo el Nomex y elKevlar. El Kevlar se utiliza para hacer objetos tales como chalecos a prueba debalas y neumáticos de bicicleta resistentes a las pinchaduras. Creo que si fuera

necesario, con el Kevlar hasta se podrían hacer neumáticos de bicicleta a pruebade balas.Las mezclas de Nomex y de Kevlar se utilizan para hacer ropas anti-llama. ElNomex es el que protege de morir quemados a los conductores de grandescamiones y de tractores, en el caso de que sus trajes se incendien. Gracias alNomex, una parte importante de la cultura americana puede ser practicada conseguridad. (Los polímeros juegan otro papel en esos inmensos camiones, bajo laforma de elastómeros con los cuales se fabrican sus gigantescos neumáticos).Las mezclas de Nomex-Kevlar también protegen a los bomberos.El Kevlar es una poliamida, en la cual todos los grupos amida están separados porgrupos para -fenileno, es decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en

posiciones opuestas entre sí, en los carbonos 1 y 4. El Kevlar se muestra en lafigura grande, en la parte superior de esta página.

El Nomex, por otra parte, posee grupos meta- fenileno, es decir, los grupos amida

se unen al anillo fenilo en las posiciones 1 y 3.

El Kevlar es un polímero altamente cristalino. Llevó mucho tiempo encontraralguna aplicación útil para el Kevlar, dado que no era soluble en ningún solvente.Por lo tanto, su procesado en solución estaba descartado. No se derretía pordebajo de los 500oC, de modo que también se descartaba el hecho de procesarloen su estado fundido. Fue entonces cuando una científica llamada StephanieKwolek apareció con un plan brillante.Las aramidas se utilizan en forma de fibras. Forman fibras aún mejores que laspoliamidas no aromáticas, como el nylon 6,6.



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PoliacrilonitriloEl poliacrilonitrilo se utiliza para... bueno... no mucho, realmente, excepto parahacer otro polímero, la fibra de carbono. Pero los copolímeros que contienenprincipalmente poliacrilonitrilo, se utilizan como fibras para hacer tejidos, comomedias y suéteres, o también productos para ser expuestos a la intemperie, como

carpas y otros. Si la etiqueta de cierta prenda de vestir dice "acrílico", entonces esporque la prenda está hecha con algún copolímero de poliacrilonitrilo.Generalmente son copolímeros de acrilonitrilo y metil acrilato, o acrilonitrilo y metilmetacrilato:

A veces también hacemos los copolímeros a partir de acrilonitrilo y cloruro devinilo. Estos copolímeros son retardantes de llama y las fibras hechas de ellos sellaman fibras modacrílicas .

Pero la gran cantidad de copolímeros de acrilonitrilo no termina aquí. Elpoli(estireno-co -acrilonitrilo) (SAN) and el poli(acrilonitrilo-co -butadieno-co- -estireno) (ABS), se utilizan como plásticos.

El SAN es un simple copolímero al azar de estireno y acrilonitrilo. Pero el ABS esmás complicado. Está hecho por medio de la polimerización de estireno yacrilonitrilo en presencia de polibutadieno. El polibutadieno tiene enlaces doblescarbono-carbono en su estructura, los que pueden también polimerizar. Así queterminamos con una cadena de polibutadieno, conteniendo cadenas de SAN.



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CelulosaLa celulosa es uno de los muchos polímeros encontrados en la naturaleza. Lamadera, el papel y el algodón contienen celulosa. La celulosa es unaexcelente fibra. La madera, el algodón y la cuerda de cáñamo están constituidasde celulosa fibrosa. La celulosa está formada por unidades repetidas delmonómero glucosa. Ésta es la misma glucosa que su cuerpo metaboliza para vivir,pero usted no puede digerirla en la forma de celulosa. Dado que la celulosa estáconstituída por un monómero del tipo de los azúcares, se la denominapolisacárido.

La celulosa ocupa un lugar importante en la historia de los polímeros porquefue utilizada para hacer algunos de los primeros polímeros sintéticos, talescomo el nitrato de celulosa, acetato de celulosa y rayón Poliuretanos

Los poliuretanos son los polímeros mejor conocidos para hacer espumas. Si eneste momento usted está sentado en una silla tapizada, el almohadón está hecho



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probablemente, de una espuma del poliuretano. Los poliuretanos son más queespumas.Los poliuretanos componen la única familia más versátil de polímeros que existe.Pueden ser elastómeros y pueden ser pinturas. Pueden ser fibras y pueden seradhesivos. Aparecen en todas partes. Un poliuretano maravillosamente extraño es

el spandex.Por supuesto, los poliuretanos se llaman así porque en su cadena principalcontienen enlaces uretano .

La figura muestra un poliuretano simple, pero un poliuretano puede ser cualquier

polímero que contenga un enlace uretano en su cadena principal. Incluso existenpoliuretanos más sofisticados.

Los poliuretanos se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con di alcoholes.



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A veces, el di alcohol se sustituye por una diaminas y el polímero que obtenemoses una poliurea, porque contiene más bien un enlace urea, en lugar de un enlaceuretano. Pero generalmente se los llama poliuretanos, porque probablemente nose venderían bien con un nombre como poliurea.

Los poliuretanos son capaces unirse perfectamente por enlace por puente dehidrógeno y así pueden ser muy cristalinos. Por esta razón se utilizan a menudopara hacer copolímeros en bloque con polímeros de estructura similar al caucho.Estos copolímeros en bloque tienen características de elastómeros termoplásticos.



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ELASTÓMEROS

Los elastómeros son materiales basados en polímeros de comportamiento elásticoy de consistencia flexible (experimentan grandes deformaciones con esfuerzosmoderados) y resilencia elevada.

Elastómero es una elegante palabra que significa simplemente "caucho". Entre lospolímeros que son elastómeros se encuentran el poliisopreno o caucho natural, elpolibutadieno, el poliisobutileno, y los poliuretanos. La particularidad que destaca alos elastómeros es su facilidad para rebotar. Pero decir "que rebotan" es pocopreciso. Seamos más específicos. Lo particular de los elastómeros es que puedenser estirados hasta muchas veces su propia longitud, para luego recuperar suforma original sin una deformación permanente.

PoliisoprenoUno de los polímeros naturales mejor conocidos es el poliisopreno, o cauchonatural. Los antiguos mayas y aztecas lo extraían del árbol de la Hevea y lo

empleaban para hacer botas de lluvia y las pelotas que utilizaban en un juegosimilar al básquet. Es lo que llamamos un elastómero, es decir, después de serestirado o deformado, recupera su forma original. Normalmente, el caucho naturales tratado para producir entrecruzamientos, lo que lo convierte en un elastómeroaún mejor.

El poliisopreno es un polímero dieno, o sea un polímero formado a partir de unmonómero que contiene dos enlaces dobles carbono-carbono. Como la mayoríade los polímeros dieno, tiene un enlace doble carbono-carbono en la cadenapolimérica. El poliisopreno puede extraerse de la savia del árbol de la Hevea, perotambién puede sintetizarse por medio de la polimerización Ziegler-Natta. Este esun raro ejemplo de un polímero natural que puede hacerse casi tan bien como lohace la naturaleza.



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Polibutadieno

El polibutadieno fue uno de los primeros tipos de elastómeros sintéticos, o caucho,en ser inventados. No fue necesario un gran esfuerzo de imaginación para llegar aél, al igual que el poliisopreno, muy similar al caucho natural. Es adecuado para

las aplicaciones que requieren exposición a bajas temperaturas. Los neumáticosse hacen a menudo con mezclas de polibutadieno y de otras clases de caucho.Las correas, mangueras, juntas y otras piezas de automóvil se hacen depolibutadieno, porque éste tiene mejor resistencia a las bajas temperaturas queotros elastómeros. Muchos polímeros pueden llegar a ser quebradizos a bajastemperaturas debido a un fenómeno llamado transición vítrea. ¡Conducir eninvierno puede ser bastante malo si se quebraran las mangueras y las juntas! Uncaucho duro llamado poli (estireno-butadieno-estireno), o caucho SBS, es uncopolímero que contiene polibutadieno.

El polibutadieno es un polímero dieno, o sea un polímero hecho a partir de unmonómero que contiene dos enlaces dobles carbono-carbono, específicamentebutadieno. Se obtiene por medio de una polimerización Ziegler-Natta.

Poliisobutileno El poliisobutileno es un caucho sintético, o elastómero. Es especial porque es elúnico caucho impermeable a los gases, es decir, es el único caucho que puedemantener el aire por largos períodos. Usted puede haber notado que los globos sedesinflan después de algunos días. Esto es porque están hechos de poliisopreno,que no es impermeable a los gases. Dado que el poliisobutileno mantiene el aire,se utiliza para hacer cosas como cámaras para neumáticos y pelotas de básquet.

El poliisobutileno, a veces llamado caucho butilo, y otras veces PIB, es un apolímero vinílico, de estructura muy similar al polietileno y al polipropileno exceptoque uno de los carbonos está sustituido por dos grupos metilo. Se hace a partir delmonómero isobutileno, por polimerización vinílica catiónica.



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Generalmente, una cantidad pequeña de isopreno se agrega al isobutileno. Lapolimerización se realiza a -100 ºC. Esto es porque la reacción es tan rápida queno podemos controlarla, a menos que trabajemos a esa temperatura.El poliisobutileno fue desarrollado primeramente a principios de los años '40. Enaquella época, el caucho más extensamente usado era el caucho natural,poliisopreno. El poliisopreno era un excelente elastómero, fácil de aislar de lasavia del árbol de Hevea. Las enormes plantaciones prosperaron en Malasia, queplantó árboles de Hevea para proveer las necesidades mundiales de caucho. Sólohabía un pequeño problema y era que Malasia acababa de ser conquistada por elEjército Imperial Japonés, el cual se encontraba en guerra con los EstadosUnidos. Antes de que la guerra concluyera, morirían más de sesenta millones depersonas. Privadas del caucho natural, las naciones aliadas pensaronrápidamente y aparecieron con el PIB. Obviamente funcionó, porque los aliadosganaron la guerra.Bueno, en realidad no inventamos el poliisobutileno durante la guerra. Había sidoinventado mucho antes de la guerra por químicos de Alemania. ¡Vaya ironía! Perono prestó mucha utilidad hasta que los químicos americanos idearon una manerade entrecruzarlo. Lo que hicieron fue copolimerizar el isobutileno con una pequeñacantidad de isopreno, digamos un uno por ciento. Este es el isopreno:

Elastómeros termoplásticosMateriales que combinan las propiedades de los elastómeros (elasticidadessituadas entre las de los termoplásticos flexibles y las de los elastómeros) con lasfacilidades de conformado de los termoplásticos. Ello se debe a la presenciasimultánea de segmentos rígidos, normalmente semicristalinos (hacen de enlacescruzados), con una temperatura de reblandecimiento, Tm, mayor que la de servicio(posibilidad de conformado como termoplástico), y segmentos elásticos,normalmente amorfos, con una temperatura de transición vítrea, Tg, menor que lade servicio.Entre las familias de elastómeros termoplásticos TPE, las durezas menores(poliestirenos, TPE-S y en parte poliolefinas, TPO/TPE-O), de buena la elasticidad,no sustituyen fácilmente los elastómeros termoestables debido a las limitadastemperaturas de servicio máximas; y, las de mayores durezas (poliuretanos,TPU/TPE-U, poliésteres, TEEE/TPE-E y poliamidas, PEBA/TPE-A), siendo menorsu elasticidad, se aplican a elementos como amortiguadores, muelles,parachoques y tubos flexibles, gracias a propiedades como las de lostermoplásticos técnicos. Los nuevos elastómeros termoplásticos vulcanizados(TPV/TPE-V), fruto de la mezcla de un termoplástico (matriz) y un elastómero(partículas de ~1 µm) que se vulcaniza dinámicamente en la mezcla durante la



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fabricación, tienen propiedades cercanas a las de los elastómeros termoestables.Aun siendo los materiales TPE relativamente caros, su transformación es másversátil y barata que la de los elastómeros termoestables, siendo posible lafabricación de piezas más complejas y precisas a un coste global menor.

PLÁSTICOSLos plásticos son materiales orgánicos compuestos fundamentalmente de carbonoy otros elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre.En la actualidad, la mayoría de los plásticos que se comercializan provienen de ladestilación del petróleo. La industria de plásticos utiliza el 6% del petróleo quepasa por las refinerías.Los plásticos se obtienen mediante polimerización de compuestos derivados delpetróleo y del gas natural.La mayoría de los materiales plásticos son transparentes, incoloros y frágiles. Perosi se les añade determinadas sustancias, sus propiedades cambian, y se les

puede hacer ligeros, flexibles, coloreados, aislantes, etc.

Algunos plásticosson ligeros, comoocurre conel porexpán .

Otros son flexibles, yse usan en reglas y

plantillas escolares.

También puedenser aislanteseléctricos, y se usan

para cableseléctricos.

Los plásticos se clasifican en tres grupos, según la disposición delas macromoléculas que los constituyen. Son los termoplásticos,los termoestables y los elastómeros.



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TERMOPLÁSTICOS TERMOESTABLES ELASTÓMEROS

Los plásticos más

utilizados pertenecen aeste grupo.Sus macromoléculasestán dispuestaslibremente sinentrelazarse.

Sus macromoléculas seentrecruzan formandouna red de mallacerrada.

Sus macromoléculasse ordenan en formade red de malla conpocos enlaces.

Gracias a estadisposición, sereblandecen con elcalor adquiriendo laforma deseada, la cualse conserva alenfriarse.

Esta disposición nopermite nuevoscambios de formamediante calor opresión: solo se puedendeformar una vez.

Esta disposiciónpermite obtenerplásticos de granelasticidad querecuperan su forma ydimensiones cuandodeja de actuar sobreellos una fuerza.

TIPOS MÁSCOMUNES

USOS

TERMOPLÁSTICOS POLIETILENOS Bolsas, recipientes,contenedores...

POLI STERESSATURADOS

Botellas parabebidas, envasesalimenticios...

POLIESTIRENOS Protectores enembalajes, planchasaislantes...

POLIVINILOS Tuberías de agua ygas, aislanteseléctricos,impermeables,antiguos discos de



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música...POLIPROPILENOS Cajas, estuches con

tapa abatible, jeringuillas...

TERMOESTABLES FENOLES Aislantes eléctricos,

interruptores, basesde enchufe...AMINAS Clavijas,

interruptores,recubrimientos detableros...

RESINAS DEPOLIÉSTER

Embarcaciones,piscinas, fibras ytejidos...

RESINAS EPOXI Material deportivo,alas de aviones,

adhesivos...ELASTÓMEROS CAUCHOS Neumáticos,

mangueras, artículosde goma...

NEOPRENOS Trajes desubmarinismo,rodilleras, correas...

POLIURETANOS Gomaespuma, pielartificial,guardabarros...

SILICONAS Prótesis, sondas y

tubos de usomédico, cierresherméticos...



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PRINCIPALES POLIMEROS UTILIZADOS EN INGENIERIA Y SU APLICACIÓN

Nylon (poliamida 6, PA 6)

Polilactona

Policaprolactona

Poliester Polisiloxanos

Polianhidrido

Poliurea

Policarbonato

Polisulfonas

Poliacrilonitrilo

Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS)

Polióxido de etileno

Policicloctano

Poli (n-butil acrilato) Poliéster

Tereftalato de Polibutileno (PBT)

Estireno Acrilonitrilo (SAN)

Poliuretano Termoplástico (TPU)



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CERÁMICOS

ANTECEDENTES

La historia de la cerámica va unida a la historia de casi todos los pueblos del

mundo. Abarca sus mismas evoluciones y fechas y su estudio está unido a lasrelaciones de los seres humanos que han permitido el progreso de este arte.La invención de la cerámica se produjo durante la revolución neolítica, cuando sehicieron necesarios recipientes para almacenar el excedente de las cosechasproducido por la práctica de la agricultura. En un principio esta cerámica semodelaba a mano, con técnicas como el pellizco , el colombín o la placa (de ahí lasirregularidades de su superficie), y tan solo se dejaba secar al sol en los paísescálidos y cerca de los fuegos tribales en los de zonas frías. Más adelante comenzóa decorarse con motivos geométricos mediante incisiones en la pasta seca, cadavez más compleja, perfecta y bella elaboración determinó, junto con la aplicaciónde cocción, la aparición de un nuevo oficio: el del alfarero.

Según las teorías difusionistas, los primeros pueblos que iniciaron la elaboraciónde utensilios de cerámica con técnicas más sofisticadas y cociendo las piezas enhornos fueron los chinos. Desde China pasó el conocimiento hacia Corea y Japónpor el Oriente, y hacia el Occidente, a Persia y el norte de África hasta llegar ala Península Ibérica. En todo este recorrido, las técnicas fueron modificándose.Esto fue debido a ciertas variantes; una de ellas fue porque las arcillas erandiferentes. En China se utilizaba una arcilla blanca muy pura, el caolín, paraelaborar porcelana, mientras que en Occidente estas arcillas eran difíciles deencontrar. Otras variantes fueron los motivos decorativos y los diferentes métodosutilizados para la cocción.El invento del torno de alfarero, ya en la Edad de los Metales, vino a mejorar su

elaboración y acabado, como también su cocción al horno que la hizo másresistente y amplió la gama de colores y texturas. En principio, el torno erasolamente una rueda colocada en un eje vertical de madera introducido en elterreno, y se la hacía girar hasta alcanzar la velocidad necesaria para elaborar lapieza. Poco a poco fue evolucionando, se introdujo una segunda rueda superior yse hacía girar el torno mediante un movimiento del pie; posteriormente se añadióun motor, que daba a la rueda diferente velocidad según las necesidades.A menudo la cerámica ha servido a los arqueólogos para datar los yacimientos e,incluso, algunos tipos de cerámica han dado nombre a culturas prehistóricas. Unode los primeros ejemplos de cerámica prehistórica es la llamada cerámica cardial.Surgió en el Neolítico, debiendo su denominación a que estaba decorada con

incisiones hechas con la concha del cardium edule , una especie de berberecho.La cerámica campaniforme, o de vaso campaniforme, es característica de la edadde los metales y, más concretamente, del calco lítico, al igual que la cerámica deEl Argar (argárica) lo es de la Edad del Bronce.Los ceramistas griegos trabajaron la cerámica influenciados por las civilizacionesdel Antiguo Egipto, Canaán y Mesopotamia. Crearon recipientes con bellas formasque cubrieron de dibujos que narraban la vida y costumbres de su época. Laestética griega fue heredada por la Antigua Roma y Bizancio, que la propagaron



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hasta el Extremo Oriente. Se unió después a las artes del mundo islámico, de lasque aprendieron los ceramistas chinos el empleo del bello azul de cobalto.Desde el norte de África penetró el arte de la cerámica en la Península Ibérica,dando pie a la creación de la loza hispano-morisca, precedente de lacerámica mayólica con esmaltes metálicos, de influencia persa, y elaborada por

primera vez en Europa en Mallorca (España), introducida después con gran éxitoen Sicilia y en toda Italia, donde perdió la influencia islámica y se europeizó.

Definición

La cerámica (palabra derivada del griego κεραμικός keramikos, "sustanciaquemada") es el arte de fabricar recipientes, vasijas y otros objetos de arcilla,barro, loza y porcelana. También es el nombre de dichos objetos.El término se aplica de una forma tan amplia que ha perdido buena parte de susignificado. No sólo se aplica a las industrias de silicatos (grupo de minerales demayor abundancia, pues constituyen más del 95% de la corteza terrestre), sino

también a artículos y recubrimientos aglutinados por medio del calor, consuficiente temperatura como para dar lugar al sinterizado. Este campo se estáampliando nuevamente incluyendo en él a cementos y esmaltes sobre metal..La cerámica se puede definir como materiales inorgánicos no metálicos. Son denaturaleza típicamente cristalina y son compuestos formados de elementosmetálicos y no metálicos. Es una técnica de modelar la arcilla y cocerla en unhorno como mínimo a 500ºC para que adquiera dureza.

Los materiales cerámicos están fabricados por productos inorgánicos (nocontienen carbono) de alto punto de fusión.En Electrotecnia se emplean los materiales cerámicos como aislantes, cuando son

necesarias especiales condiciones de resistencia mecánica, de resistenciatérmica, etc., junto con las cualidades específicamente dieléctricas. Todos losmateriales cerámicos empleados en Electrotecnia tienen una resistenciaexcepcional al calor, a los cambios de temperatura y a la humedad. No sonatacados por los álcalis ni por los ácidos, aun en fuerte concentración, excepciónhecha del ácido fluorhídrico.Los cuerpos fundamentales que entran en la composición de los materialescerámicos son, esencialmente:

Silicatos alumínicos (arcilla, caolín, etc.) Silicatos magnésicos (talco)

A estos componentes fundamentales se añaden otros muchos constituyentes

secundarios, entre ellos: el cuarzo, el feldespato, la alúmina, el carburo silícico,etc.



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Clasificación

Una primera clasificación parte de la permeabilidad de los materiales cerámico:

Materiales compactos:Ha sufrido vitrificación, pues la mezcla ha sido

sometida a altas temperaturas y el cuarzo llega a fundirse con la arena.Destacan el gres y la porcelana. Materiales porosos: No han sufrido vitrificación , pues no llega a fundirse el

cuarzo con la arena. Destaca la arcilla cocida y la loza.

Dicha característica física se relaciona con tres aspectos fundamentales de suproceso productivo:

Temperatura de Cocción Presión de Moldeo Granulometría de la Mezcla Base.

Así, los cuatro tipos cerámicos básicos y su capacidad de absorción de agua serelacionan con la temperatura de cocción según la siguiente tabla:

Clasificación Absorción De Agua Temperatura De Cocción

Porcelana 0 % > 1200 º C

Gres Cerámico 0,50 % a 3,00% 1200 ºC a 1050 ºC

Semi Gres Cerámico 3,00% a 6,00% 1200 ºC a 1050 ºC

Loza Porosa > 6,0% 1050 ºC a 890 ºC

Una segunda clasificación es según su composición básica, los materialescerámicos se dividen en cinco grandes grupos, que se definen a continuación.GRUPO I. Comprende los materiales construidos predominantemente por silicatosde aluminio (arcilla, caolín, etc.), los más conocidos son la porcelana y la lozavidriada.

GRUPO II. Comprende los materiales en cuya constitución entra en granproporción, los silicatos magnésicos (talco), el más representativo es la esteatita.



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GRUPO III. En este grupo se incluyen los materiales cerámicos con altaproporción de compuestos de titanio (principalmente, óxidos y silicatos). Los másempleados son los que emplean el bióxido de titanio como material básico, y quese conocen con los nombres comerciales de Condensa, Kerafar, etc.

GRUPO IV. En este grupo están incluidos los materiales a base de mezclas quecontienen sustancias arcillosas y esteatitas en proporciones adecuadas, de formaque el material acabado tiene un coeficiente de dilatación muy reducido. Seconocen con varios nombres comerciales, tales como Ardostam, Sipa, etc.

GRUPO V. Al contrario que en los grupos anteriores, los de este grupo tienenestructura porosa. Están constituidos a base de masas arcillosas o de silicatos demagnesio y se caracterizan, sobres todo, por su gran resistencia al calor. Seconocen con diversos nombres comerciales: Magnesolita, Termisol, Calodur,Morganita,etc.



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Estructura Química

La estructura de los cerámicos, que contienen varios átomos de tamañosdiferentes, es de las más complejas de todas las estructuras de los materiales. Losenlaces entre estos átomos son por lo general covalentes (compartiendo

electrones, de ahí que se trate de enlaces fuertes). Estos enlaces son mucho masfuertes que los enlaces metálicos. En consecuencia las propiedades como son ladureza o la resistencia térmica y eléctrica, son significativamente más elevadas enlos cerámicos que en los metales.Se caracterizan por tener enlace covalente y iónico, más fuerte que el enlacemetálico y son la causa de su dureza y tenacidad, la forma de sujeción de loselectrones en las moléculas de estos elementos hacen que sean conductorespobres.Tienen estructura cristalina más compleja que la de los materiales metálicos

Propiedades físicas

Pesan menos que los metales, pero más que los polímeros. Baja conductividad eléctrica. Baja conductividad térmica. Baja expansión y fallas térmicas

La conductividad térmica en los cerámicos varia tanto como 3 órdenes demagnitud, dependiendo de su composición, mientras que en los metales solovaria en un orden. La conductividad térmica de los cerámicos, al igual que la de

los otros metales, se reduce al incrementarse la temperatura y la porosidad, yaque el aire es un mal conductor térmico.



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Propiedades químicas

Baja conductividad eléctrica. Baja conductividad térmica. Son aislantes.

Son capaces de soportar altas temperaturas. Tienen gran estabilidad Son resistentes a la corrosión. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad que

presenten. Bajo coeficiente de dilatación Baja conductividad térmica. Elevados puntos de fusión.

Propiedades DieléctricasLa mayoría de los materiales cerámicos no son conductores de cargas móviles,

por lo que no son conductores de electricidad. Cuando son combinados confuerza, permite usarlos en la generación de energía y transmisión. No así unasubcategoría del comportamiento eléctrico aislante de los cerámicos la propiedaddieléctrica. Un buen material dieléctrico es aquel que es capaz de mantener elcampo magnético a través de él y sin inducir pérdida de energía. Los materialescerámicos es usada para la pérdida progresiva de di electricidad de altafrecuencia, usada en aplicaciones como microondas y radio transmisores. A partirde esto, los materiales dieléctricos o aislantes se emplean en los condensadorespara separar físicamente sus placas y para incrementar su capacidad al disminuirel campo eléctrico y por tanto, la diferencia de potencial entre las mismas.

Rigidez Dieléctrica

Entendemos por rigidez dieléctrica o rigidez electrostática a el valor límite de Laintensidad del campo eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladoray pasa a ser conductor, y esto se mide en Voltios por metro en el sistemainternacional también la podemos definir como la máxima tención que puedesoportar un aislante sin perforarse a esta tención se le denomina tención de roturade un dieléctrico.

Propiedades Térmicas

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicasdebido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre labanda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiadogrande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda deconducción, por este echo son buenos aislantes térmicos. Debido a su altaresistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios sonutilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.



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Materiales cerámicos aislantes

Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentespartes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frentea las tensiones eléctricas (aislamiento protector). La mayoría de los no metales

son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debeala ausencia de electrones libres. Los materiales aislantes deben tener unaresistencia muy elevada, requisito del que puedendeducirse las demáscaracterísticas necesarias. Para ello se han normalizado algunos conceptos y sehan fijado los procedimientos de medidas.

TEORIA DE SUPERCONDUCTIVIDAD: MATERIALES METÁLICOS YCERÁMICOSAl reducir paulatinamente la temperatura de un material cerca del cero absoluto,

las vibraciones entre los átomos disminuyen gradualmente hasta ser un valor nulo.A partir de esta afirmación, se puede concretar la teoría de los materialessuperconductores. Esta establece que cuando ciertos cristales son llevados atemperaturas que tienden al cero absoluto, la resistividad eléctrica de aquelmaterial se vuelve nula, de esta manera la corriente puede fluir libremente por elmaterial (sin colisiones y en zigzag). Aun cuando no es factible reducir latemperatura hasta el cero absoluto, ciertos materiales (por lo generalsemiconductores e incluso materiales impuros) presentan tal comportamiento avalores por encima de dicho valor.

MATERIALES METÁLICOS SUPERCONDUCTORES

En algunos metales aparece un efecto de superconductividad cuando sonenfriados a muy baja temperatura. Su resistencia desaparece por debajo de unatemperatura crítica que es específica para cada material. Ciertos metales;especialmente aquellos que tienen bajas temperaturas de fusión y sonmecánicamente suaves y de fácil obtención en un alto grado de pureza y libres deesfuerzos mecánicos internos o residuales, y así exhiben semejanzas en sucomportamiento en el estado superconductor. Estos materiales superconductoresreciben el nombre de superconductores Tipo I. En cambio, el comportamiento demuchas aleaciones y de algunos de los metales impuros es complejo e individual,particularmente con respecto a la forma cómo resultan afectados en el estadosuperconductor en presencia de un campo eléctrico o magnético. Estossuperconductores se denominan superconductores Tipo II.

MATERIALES CERÁMICOS SUPERCONDUCTORESExisten superconductores cerámicos los cuales son materiales comúnmentedenominados como perovskitas. Las perovskitas son óxidos metálicos queexhiben una razón estequiometria de 3 átomos de oxigeno por cada 2 átomos demetal; son también típicamente mezclas de muchos diferentes metales. Porejemplo, un caso es el superconductor Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7 en el cual los metales



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presentes son el Itrio, Bario y Cobre. Las perovskitas como material cerámico,comparten muchas propiedades con otros cerámicos

METALES SEMICONDUCTORES Y CERÁMICOSEs importante explicar que cuando uno aplica un campo magnético a un metal

semiconductor o un cerámico, se genera la formación y el movimiento de dipoloscontenidos en un material. Estos dipolos son átomos o grupos de átomos quetienen carga desequilibrada, no así en el caso a de la aplicación de un campoeléctrico dichos dipolos se alinean causando una polarización. La polarizaciónocurre cuando un lado de este átomo o molécula se hace ligeramente más positivoo negativo que el lado opuesto, es decir, se crean dipolos debidos al campoeléctrico. Existen cuatro mecanismos de polarización:• Polarización electrónica: Consiste en la concentración de los electrones en ellado del núcleo más cercano al extremo positivo del campo. Esto produce unadistorsión del arreglo electrónico, y así el átomo actúa como un dipolo temporalinducido. Este efecto, que ocurre en todos los materiales es pequeño y temporal.

• Polarización iónica: Los enlaces iónicos tienden a deformarse elásticamentecuando se colocan en un campo eléctrico debido a las fuerzas que actúan sobrelos átomos a más de las de enlaces. En consecuencia la carga se redistribuyedentro del material microscópicamente. Los cationes y aniones se acercan o sealejan dependiendo de la dirección de campo causando polarización y llegando amodificar las dimensiones generales del material.• Polarización molecular: Algunos materiales contienen dipolos naturales, de modoque cuando se les aplica un campo giran, hasta alinearse con él. No obstante,existen algunos materiales como es el caso del titanato de bario, los dipolos semantienen alineados a pesar de haberse eliminado la influencia del campoexterno.

PIEZOELECTRICIDAD PROPIEDAD ELÉCTRICA DE LOS CERÁMICOSLos materiales piezoeléctricos transforman la energía mecánica (o energía sonora)en energía eléctrica (efecto piezoeléctrico directo), y así lo que ocurre es que alsometer el material a la acción mecánica de la compresión o tracción, las cargasde la materia se separan y esto da lugar a una polarización de la carga; o puedoocurrir lo opuesto (efecto piezoeléctrico inverso). Esta polarización es la causantede que salten las chispas.PROPIEDADES MAGNETICASFerromagnetismoEl ferromagnetismo es el ordenamiento magnético de todos los momentosmagnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticostiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todoun sólido para alcanzar el ferromagnetismo.Generalmente, los ferro magnetos están divididos en dominios magnéticos. Encada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. Enlas fronteras entre dominios hay cierta energía potencial, pero la formación dedominios está compensada por la ganancia en entropía. Al someter un materialferro magnético a un campo magnético intenso, los dominios se alinean con éste,



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dando lugar a un mono dominio. Al eliminar el campo, el dominio permanecedurante cierto tiempo.ParamagnetismoEl paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín uorbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos

magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno seráferromagnetismo o ferri magnetismo.Este alineamiento de los dipolos magnéticos atómicos con un campo externotiende a fortalecerlo. Esto se describe por una permeabilidad magnética superior ala unidad, o, lo que es lo mismo, una susceptibilidad magnética positiva (ypequeña).En el paramagnetismo puro, el campo actúa de forma independiente sobre cadamomento magnético, y no hay interacción entre ellos. En los materiales ferromagnéticos, este comportamiento también puede observarse, pero sólo porencima de su temperatura de Curie.Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que

los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Sin embargo,al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, queya no está favorecido energéticamente.DiamagnetismoEl diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler loscampos magnéticos tanto el polo norte como el sur. El fenómeno deldiamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en Septiembre de1845 por Michael Faraday.Generalmente, el diamagnetismo se justifica por la circulación de los electrones enlos orbitales doblemente ocupados. Como en un cable de un material conductor, lacirculación de los electrones se produce en el sentido en el que el campo

magnético que generan se opone al campo aplicado, generando una repulsión(efecto Hall). Por este mismo mecanismo, los superconductores presentan undiamagnetismo extraordinariamente alto.Materiales diamagnéticos son por ejemplo: bismuto, grafito, plata, agua.Susceptibilidad magnéticaLa susceptibilidad magnética es el grado de magnetización de un material, enrespuesta a un campo magnético En física se denomina permeabilidad magnéticaa la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través suyolos campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la intensidad decampo magnético existente y la inducción magnética que aparece en el interior dedicho material.

PERMEABILIDAD MAGNÉTICAEn física se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia omedio para atraer y hacer pasar a través suyo los campos magnéticos, la cual estádada por la relación entre la intensidad de campo magnético existente y lainducción magnética que aparece en el interior de dicho material.



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Aplicaciones en la ingeniería

Un tipo especial de cerámica blanca esta dad por la llamada cerámica de losóxidos, que explota la alta dureza de los productos obtenidos para aplicarlos comosustitutos de herramientas de corte, tradicionalmente elaboradas de metales o de

carburos metálicos.Las herramientas de cerámicas están formadas por óxidos de aluminio sintetizado(alúmina casi pura, o bien con otros elementos que reducen la proporción de laalúmina al 90 %).Estas herramientas constituyen la más moderna contribución de la cerámica alprogreso de los materiales para herramientas de corte, pues prácticamente se hanempezado a generalizar a partir de 1960. Se trata de materiales porosos condensidades entre 3,5 – 4,5 g/cm3, de dureza superior a los carburos metálicos y,por su puesto, a los aceros rápidos. Tienen el inconveniente de que son muyfrágiles. Sin embargo, la simplicidad de los métodos de moldeo para fabricar estaherramienta, economía de ellos y altas productividades alcanzadas con su

aplicación, este último inconveniente pierde significado.Se utilizan, hoy en día, en la construcción de dados de trefilas para el estirado y enforma de plaquitas para ser soldadas por resinas epoxi, a los mangos deherramientas de maquinado.Con estas herramientas se pueden trabajar a velocidades superiores a lasempleadas en los carburos metálicos, pues resisten temperaturas de 1200 ºC sinperder el filo.Las herramientas de cerámicas aplicadas al torneado de la fundición, con unadureza Brinell de 200, permite velocidades hasta de 400 m/min, con profundidadesde pasada hasta de 5 mm y avances de hasta 8 mm por vuelta. En trabajos deacabado, de esa misma fundición, se ha llegado a trabajar a velocidades de 2000

m/min, con profundidades de pasada de 1 mm y avances de 0,2 mm.También en el torneado de los aceros se ha llegado emplear a velocidades decorte de 200 m/min con resultados satisfactorios.El cobre y sus aleaciones, y los metales ligeros se maquinan, también, a grandesvelocidades con herramientas cerámicas. Como resumen puede admitirse que lavelocidad de corte de las cuchillas de cerámica pueden llegar a ser de 1,5 a 4veces superior a la correspondiente a las cuchillas de carburo, con altasignificación económica que resulta de poder elevar los regímenes de corte,elevando la productividad de las máquinas, economizando tiempo y materiales,disminuyendo tiempos de afilados, etc.



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