8. Materiales Cerámicos

 Materiales Cerámicos

Introducción

(Ferrex, 2020) Enlace: https://www.materialesparaconstruccion.com.mx/blog/cuales-son-las-caracteristicas-de-los-materiales-de-construccion/

Para la construcción de obras civiles y su adecuado proceso se necesitan inevitablemente materiales de construcción de diversas clasificaciones. Dichos materiales pueden emplearse para la construcción de puentes, carreteras, edificios, pavimentos, monumentos, prensas, canales, viviendas, entre otros. Sin embargo todos ellos deben poseer las siguientes características.

Ser resistentes a los cambios del entorno ambiental a lo largo del tiempo, perdurando sus propiedades a pesar de ello (durabilidad). Acoplarse a la estética del lugar donde se ubica la construcción e ir acorde con el entorno. Seguir los estatutos internacionales de la ONU (2023) y no infringir ningún daño al medio ambiente. Y por ultimo, soportar aquellos esfuerzos a los que se someterán durante su vida util, sin deformarse o desintegrarse por completo (resistencia, rigidez, estabilidad).

En relación a la línea de carrera con la Ingeniería Civil, la ciencia apropiada a los materiales indaga entre la relación de las propiedades con las que cuentan y la edificación donde se utilicen. Es decir, estudia la causalidad que los materiales proporcionan a las estructuras construidas a partir de ellos. Dicha ciencia se pone en práctica mediante el análisis cuantitativo con respecto a aspectos determinados tales como la durabilidad, la resistencia, la rigidez, etc. 

Antecedente:

(Universidad P. de Valencia, 2016) Enlace: https://victoryepes.blogs.upv.es/2016/07/29/evolucion-historica-de-los-materiales/

La evolución tanto de los materiales de construcción como de sus propiedades no vienen de los últimos años, es algo que se ah dado a lo largo de la historia de la humanidad. Desde los años 2 500 000 - 3 000 ac. se conocían aquellos materiales usados para la denominada "Edad de Piedra", dichos materiales eran: El cuero, La arcilla, La madera y Las rocas. Tiempo después desde los años 9 500 ac. - 7000 dc. surgió la "Edad de los metales" donde destacaron productos como: El cobre, El bronce, El hierro y El mortero. Desde los años 1700 - 1950 dc. tuvo su apogeo la "Edad del acero, contando con aceros aleados,  tecnologías de fabricación  y sobre todo la evolución industrial acompañado de la globalización. 

Tiempo después. en 1930 - 2000 la "Edad de los plásticos y el silicio" surgió, tomando aspectos ligados al desarrollo sostenible como La informática del medio ambiente, Los recursos naturales y la  ciencia de los materiales de construcción. Por último, desde 1990 hasta la actualidad nos encontramos en la "Edad Molecular" ya que involucra La nanotecnología, Los biomateriales,  Los materiales adaptativos, Los materiales renovables y autorreparables de forma inmediata, entre otras alternativas mucho más eficientes y prácticas. 

Además de su historia, los materiales se han clasificado de acuerdo a ciertos criterios. Las 3 principales categorías son: Materiales artificiales o compuestos, son derivados de otros que se encuentran en la naturaleza. Se aplica este criterio de clasificación para los productos hechos a base de origen natural sin alteración previa. (Hormigón o Acero). Materiales de origen natural, como su nombre lo dice se encuentran en el medio natural, sirven como base para los derivados  y están relacionados al reciclaje para evitar su uso desmesurado y excesivo ya que son recursos limitados mayormente ( Roca o Madera).  Materiales sintetizados,  fabricados por el ser humano al 100% no derivan de ningún medio natural (Plásticos).

Por otro lado existe otra clasificación de materiales más precisa en cuanto a sus propiedades, esta es. Metales, divididos en Ferrosos (acero y fundiciones) y No Ferrosos (Aleaciones de aluminio y bronce). Cerámicos, Encontramos dentro a los Cristalinos ( Rocas, Porcelanas) y No Cristalinos (Vidrios o Cemento hidratado). Compuestos, cuentan con los Laminados (Enchapados), Fibrados (HRF, PRFV y Hormigón armado) y Reforzados con partículas (Hormigón y concreto asfáltico) . 

Interpretación del antecedente:

Los materiales de construcción son de suma importancia en la actualidad debido a las propiedades que ofrecen, además como se plantea en la información dichos materiales han venido evolucionando a lo largo de la historia conforme la tecnología avanzó. Esta evolución permitió clasificarlos según su origen y también de acuerdo a sus características específicas. Enfatizando más en el segundo aspecto podemos encontrar a los metales, polímeros, compuestos y los que se detallarán, los cerámicos. 

Definición  de los Materiales Cerámicos

(UNT, 2023) Enlace: http://www1.frm.utn.edu.ar/cmateriales/Trab.%20Inves.(alum)/materiales%20ceramicos.htm

Los materiales cerámicos son sustancias no metálicas e inorgánicas que se componen de elementos metálicos y no metálicos unidos principalmente por enlaces iónicos y/o covalentes. La composición química de estos materiales puede variar ampliamente, desde compuestos simples hasta mezclas complejas de múltiples fases unidas entre sí.

Las propiedades de los materiales cerámicos también muestran una amplia variabilidad debido a las diferencias en los tipos de enlaces presentes. En términos generales, tienden a ser duros y quebradizos, con baja tenacidad y ductilidad. Además, suelen actuar como excelentes aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores. Tienen altos puntos de fusión y presentan una notable estabilidad en entornos agresivos debido a los fuertes enlaces que los componen. Estas características hacen que los materiales cerámicos sean esenciales en una amplia gama de diseños de ingeniería.

En términos de aplicaciones en ingeniería, los materiales cerámicos se dividen principalmente en dos categorías: los tradicionales y los específicos para ingeniería. Los cerámicos tradicionales, en su mayoría, se componen de arcilla, sílice (pedernal) y feldespato. Ejemplos de estos incluyen ladrillos y tejas utilizados en la industria de la construcción, así como porcelanas eléctricas empleadas en la industria eléctrica. Por otro lado, las cerámicas ingenieriles están compuestas principalmente por compuestos puros o casi puros como el óxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC) y nitruro de silicio (Si3N4). Ejemplos de su aplicación incluyen el uso del carburo de silicio en las áreas de alta temperatura en turbinas de motores de gas, y el óxido de aluminio en la base de soportes para circuitos integrados en módulos de conducción térmica.

Este tipo de materiales de construcción tiene las siguientes propiedades: Son de alta dureza, cuentan con una estabilidad química, algunos de ellos son translucidos, son frágiles, no tienen electrones conductores (Por ello son buenos aislantes eléctricos y térmicos). Estas propiedades hacen que los materiales cerámicos sean polivalentes no solo en la parte estética y de acabados de la construcción, sino también para cubrir las necesidades que pueden surgir conforme el desarrollo de la obra o edificación. 

Clasificación de los materiales cerámicos

Los materiales cerámicos se clasifican en 3 tipos. Cerámicos tradicionales, empleados en productos de arcilla son silicatos usados como vasijas y ladrillos acompañado comúnmente de cemento.  Cerámicos contemporáneos, la base de estos materiales no son silicatos,  poseen propiedades mecánicas o físicas que los vuelven superiores a los tradicionales. Vidrios, Tienen como base al sílice y se diferencian de otros cerámicos por no tener una estructura cristalina.

Procesos de fabricación de los Materiales cerámicos

(Hyspalit, 2022) Enlace: https://www.hispalyt.es/es/ceramica-para-construir/proceso-de-fabricacion

Los materiales cerámicos son productos sólidos inorgánicos, no metálicos, que se obtienen mediante la consolidación y sinterización de polvos cerámicos. El proceso de fabricación de materiales cerámicos puede variar según el tipo específico de cerámica que se esté produciendo, pero en general, sigue estos pasos básicos:

1. Preparación de Materias Primas:

Molienda: Las materias primas como arcillas, óxidos metálicos, carbonatos y otros compuestos cerámicos se muelen hasta obtener polvos finos. Esto facilita la mezcla homogénea de los componentes y mejora la reactividad química durante el proceso.

2. Mezcla y Homogeneización:

Los polvos de materias primas se mezclan para asegurar una distribución uniforme de los componentes y lograr la composición química deseada.

3. Formado:

Prensado en Verde: En este paso, el polvo cerámico se coloca en un molde y se somete a una presión elevada para darle la forma deseada. Esto produce un objeto frágil conocido como "verde".

Extrusión: El material cerámico se fuerza a través de una matriz con la forma deseada, similar a una máquina de hacer pasta. Este método es común para la producción de tubos y perfiles.

Colado: Se vierte una suspensión líquida de polvo cerámico en un molde y se deja secar para obtener la forma deseada.

Inyección: Similar al moldeo por inyección de plástico, se introduce la suspensión cerámica en un molde utilizando presión.

4. Secado:

Los objetos verdes formados se secan para eliminar la humedad y consolidar la forma. Esto es crítico para evitar deformaciones y grietas durante el proceso de sinterización.

5. Sinterización:

Este es uno de los pasos más importantes. Los objetos verdes se calientan a temperaturas elevadas (cerca o por encima del punto de fusión de los componentes) en un horno especializado. Durante este proceso, las partículas cerámicas se fusionan y la estructura se compacta. Se promueve una mayor densidad y resistencia mecánica.

   

6. Acabado:

Dependiendo del uso final, los productos cerámicos pueden requerir procesos adicionales como pulido, recubrimiento, esmaltado, etc.

Es importante tener en cuenta que este es un esquema general y que existen muchas variantes y técnicas específicas para diferentes tipos de cerámica, como porcelana, cerámica técnica, cerámica estructural, entre otros. Además, los avances tecnológicos y las nuevas técnicas de fabricación pueden haber introducido cambios o mejoras en los procesos a partir de mi última actualización en septiembre de 2021.

Conclusión

Los materiales cerámicos desempeñan un papel fundamental en la construcción debido a su durabilidad, resistencia a la corrosión y capacidad para soportar altas temperaturas. Su versatilidad les permite adaptarse a una amplia gama de aplicaciones, desde revestimientos de suelos y paredes hasta componentes estructurales. Además, son respetuosos con el medio ambiente al ser inertes y reciclables. En resumen, los materiales cerámicos son una elección crucial en la construcción para asegurar la integridad y longevidad de las estructuras.