CERÁMICOS

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Ramirez, I. (1991). Industria cerámica moderna. [imagen]. Recuperado de
https://repositorio.sena.edu.co/bitstream/11404/4010/1/no_02_industria_ceramica_moderma.pdf

Autores:

  • Gerardo Ernesto Anguis Chachayma
  • Jessica Vicente R.
  • Nicolle Yuliana Quispe Altamirano
  • Rodrigo Enrique Díaz Luna

INTRODUCCIÓN

 Para el reingreso a la tierra del transbordador espacial, se necesitaba un escudo térmico que soporte las altas temperaturas de esta operación; este escudo puede ser de dos tipos: desechable o reutilizable. Los escudos térmicos reutilizables son más baratos y, por su naturaleza, más útiles que los desechables; estos escudos están compuestos de materiales cerámicos, específicamente de baldosas cerámicas ubicadas en la parte inferior del transbordador que se desprenden por fases. Como en el ejemplo mencionado, los materiales cerámicos son muy útiles para el hombre ya que se encuentran en abundancia en la naturaleza en forma de arcilla y el hombre los lleva usando desde hace siglos para facilitar sus actividades cotidianas. Con el pasar del tiempo y el avance de la investigación científica, se ha logrado obtener mayores conocimientos sobre el procesamiento, las propiedades y la eficiencia de los cerámicos, también se implementó su uso para el desarrollo de tecnologías muy importantes para la humanidad, como el transbordador espacial. En este blog, mencionaremos datos relevantes sobre los materiales cerámicos como su definición, propiedades, aplicaciones, el vidrio, los nuevos materiales cerámicos y nuestra postura sobre cuál de ellos consideramos importante desarrollar.

MATERIALES CERÁMICOS

Definición

 Las materias primas cerámicas son compuestos inorgánicos que se componen de elementos metálicos y no metálicos; en general, se enlazan mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Por medio de la materia prima cerámica es que se producen los productos cerámicos; estos, a su vez, dependen de una serie de procesos para su fabricación para llegar al producto final y, gracias a sus propiedades físicas y mecánicas, se aplican en diversos ámbitos.

Los materiales cerámicos están formados por fases cristalinas y/o vítreas. Debido al tipo de enlace que presentan, los cerámicos suelen ser duros, frágiles, se fusionan a altas temperaturas, no son buenos conductores eléctricos ni térmicos, presentan buena estabilidad química y térmica, y son muy resistentes a la compresión; sin embargo, existen algunas excepciones a las características mencionadas. Algunas de las propiedades mencionadas se detallarán en la siguiente sección del blog.

Los materiales cerámicos presentan ciertas propiedades técnicas; estas dependen de sus átomos y de qué manera estos están formando la estructura sólida de dicha materia, es decir, si se presentan como una estructura con una red cristalina, la cual es una estructura de átomos organizada y ordenada en el espacio o si, por el contrario, la formación es amorfa, como ocurre en los vidrios, la estructura es más “desordenada”.

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También dependen del tipo de enlace que presentan. Por un lado, los enlaces iónicos son un tipo de enlace químico que se da entre átomos de elementos metálicos y no metálicos; este tipo de enlace se caracteriza por la transferencia de electrones de los átomos metálicos a los no metálicos. Por otro lado, en los enlaces covalentes, se comparten los electrones de los átomos enlazados, buscando formar el octeto con lo cual se llega a la forma más estable de un átomo. Como se menciona, los electrones de los átomos se comparten y/o se transfieren, no existen electrones en el exterior de la estructura misma a formar.

  • Fragilidad: Capacidad de la materia que consiste en quebrarse o romperse con facilidad. Se dice que los cerámicos son frágiles, ya que es posible que, al darle un mínimo golpe, sus partículas se desplacen, quedando átomos con cargas iguales muy cerca, lo cual generará que estas se repelan y dicho material se rompa.
  • Dureza: La dureza es la capacidad de un material a ser resistente y poco flexible. Se dice que un compuesto es duro cuando es más complicado rayarlo, es decir, cuando se resiste a que se rompan sus enlaces. Mientras más fuerte sea el enlace de un compuesto, más se opondrá este a ser rayado. Los materiales cerámicos son duros, porque, es más complicado romper sus enlaces.
  • Temperaturas de fusión altas: Con esta propiedad se indica que, para poder cambiar el estado de algún material cerámico, como de sólido a líquido o de líquido a gaseoso, se requiere elevar la temperatura de dicho material hasta el punto de lograr romper sus enlaces químicos.
  • Resistencia a la corrosión: La corrosión es el proceso en el cual ciertos materiales se degradan por reacciones de oxido-reducción (redox), la cual consiste en la transferencia de electrones que se da en una reacción química; este es un proceso espontáneo, es decir, se da de forma natural. Los materiales cerámicos se resisten a la corrosión, ya que es más complicado que agentes atmosféricos los hagan reaccionar.
  • No combustibles: La combustión es un tipo de reacción redox, en la cual el compuesto a reaccionar libera gran cantidad de energía cuando se oxida; los combustibles son aquellos compuestos que presentan el tipo de reacción mencionada. Por lo mencionado, los cerámicos no son considerados combustibles, pues estos no liberan energía al oxidarse.
  • No son conductores de energía: Por su estructura química y composición, los cerámicos no conducen electricidad, ya que no transportan la energía (electricidad o calor) de manera adecuada. Esto se da por sus enlaces, puesto que no existen electrones libres en la estructura de los átomos, entonces, al dotarlos de energía, estos electrones no llevarán la energía de un lado a otro como sí ocurre en enlaces metálicos que presentan la tendencia a perder electrones, los que se encuentran libres en el espacio y por ello son muy buenos conductores de energía.

Aplicaciones Tradicionales

Debido a sus características y estructura los cerámicos presentan diversas aplicaciones.

  • Fabricación de material de construcción: Mediante su dureza y resistencia a la corrosión, los cerámicos son muy usados en la industria de la construcción; sobre todo, para la fabricación de productos muy conocidos. Entre ellos se encuentran ladrillos, azulejos, tejas, bloques, cementos, baldosas, losetas.

Figura 4: Cerámicos en la construcción. Recuperado de https://www.edu.xunta.gal/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947174/contido/62_materiales_cermicos.html

  • Aislantes de electricidad: Esta aplicación es posible, porque, como se explicó, estos materiales no son buenos conductores de electricidad.

Figura 5: Aislantes eléctricos. Recuperado de https://sites.google.com/site/tecnologiamariaisabel3b/materiales-petreos-y-ceramicos/materiales-ceramicos

  • Productos para cortar y pulir por su dureza y resistencia

Arte: Con frecuencia, su uso tradicional se dirige al arte, por ejemplo, en floreros de arcilla, muñecas de porcelana, estatuas de animales y decoraciones.

Figura 6: Arte griego con cerámicas.
Recupera de http://artegriego2728.blogspot.com/p/pintura-ceramica-y-intura.html

Alfarería  y refractarios:  Ya que resisten altas temperatura y son duros, se suele fabricar con ellos sartenes, platos, tazas, cocinas, etc.

Figura 7: Ollas de cocina.
Recuperada de https://journals.openedition.org/bifea/1438

Vidrio: Su aplicación en la industria del vidrio es una de las más grandes; esta será explicada a detalle en la siguiente sección.

VIDRIOS

Definición

El vidrio es un tipo de material cerámico compuesto a base de sulfuros, fluoruros y otros, pero el compuesto más usado es la sílice (SiO2)-todos son materiales inorgánicos-. Es un material que se ha endurecido y se ha hecho rígido sin cristalizar, se fabrica a temperaturas altas o son calentadas y luego se enfrían sin cristalizar. Los vidrios presentan una temperatura de transición vítrea, la cual es la temperatura crítica en la formación de un vidrio. Entonces, “podemos definir el vidrio como un producto inorgánico de fusión que se ha enfriado hasta un estado rígido sin cristalización” (Smith y Hashemi, 2006).

Poseen una estructura amorfa. Las estructuras son llamadas amorfas porque, a diferencia de las estructuras cristalinas, estas no presentan una distribución de los átomos determinada. En otras palabras, los átomos se encuentran unidos, pero no forman una celda unidad de ningún tipo (CS, CC, CCC, HC).

Figura 8: vidrio.
Recuperado de http://www.cristalhogar.com/vidrios-templados/

Propiedades

  • Densidad: La densidad de los vidrios depende de su composición. Por ejemplo, un vidrio de 50 % en SiO2 posee una densidad de 2.560 g/cm3 y, si aumentamos la concentración de SiO2, la densidad disminuye.

  • Dilatación térmica: Existe una relación entre la fuerza del campo de los cationes que conforman el vidrio y el coeficiente de dilatación térmica. En el caso de los vidrios formados por silicatos, si la distancia entre Si-O aumenta, provoca un aumento de la resistencia y una disminución del coeficiente de dilatación. A continuación, se muestra una tabla con los coeficientes de dilatación de algunos óxidos que conforman los vidrios.

 

Fragilidad: Esta propiedad se refiere a, cuando un cuerpo se rompe por sobrepasar, al menos un poco, su coeficiente de elasticidad. Podemos calcular esta fragilidad mediante un experimento de rebote con pequeñas bolas. Un vidrio libre de tensiones puede tener resistencia a la rotura a causa de un coeficiente de dilatación demasiado grande, de un calor específico demasiado alto y una resistencia a la tracción, elasticidad y conductividad térmica pequeñas.

  • Resistencia a la tracción: Este experimento se realiza aplicando una fuerza a la sección transversal de una probeta; en este caso de vidrio. La resistencia a la tracción de los vidrios puede variar en amplios valores; por ejemplo, el vidrio de Turingia, varía entre 3.5 y 36 kg/mm2. Esto se debe a la estructura del vidrio y su superficie, pero no a su composición química.
  • Resistencia a la flexión: Para saber la resistencia a la flexión colocamos una plancha de vidrio apoyada en dos extremos y posteriormente aplicamos una fuerza en el centro de esta plancha y determinamos la deformación en V que sufren antes de romperse. A continuación, presentamos una tabla con valores de largo, ancho y resistencia a la flexión para una lámina de vidrio plano.

  • Dureza: En la actualidad, existen muchos tipos de experimentos de dureza (Rockwell, Brinell, Vickers, etc.). Es difícil determinar una escala absoluta, pero podemos definir la dureza del vidrio en la escala de Mohs como 7. También, especificaremos que la dureza al rayado de los vidrios templados y los vidrios corrientes es la misma.
  • Propiedades eléctricas: El vidrio es considerado un buen aislante eléctrico, pero a temperatura elevada es un buen conductor térmico. Esto porque su red cristalina es amorfa, está desordenada, pero cuando se aumenta la temperatura el movimiento térmico ordena, en cierta medida, los átomos y se cubren los espacios vacíos en la red, esto causa un aumento en el paso de electrones por determinada área de vidrio aumentando su conductividad.
  • Propiedades dieléctricas: El dieléctrico se presenta como la capacidad para aislar la electricidad o calor, se compara con el dieléctrico del aire que vale 1,00051 que es casi igual al del vacío (1). El dieléctrico para los vidrios basados en sílice es 3.6.

Diferencias entre vidrios y materiales cerámicos

Como sabemos, los vidrios son un tipo de material cerámico; sin embargo, estos presentan una estructura cristalina amorfa y los cerámicos presentan tanto estructuras cristalinas, parcialmente cristalinas y amorfas.

LAS NUEVAS CERÁMICAS

El desarrollo de la sociedad humana implica un constante cambio en nuestra manera de utilizar los recursos que nos otorga la naturaleza. La industria de los materiales siempre ha sido una necesidad para continuar la evolución de la sociedad, ya que los materiales son la base de la construcción. En el pasado, su enfoque estuvo centrado en conseguir materiales de construcción para espacios de vivienda o para piezas de arte, pero, hoy en día, con el auge y el rápido desarrollo que han sostenido las tecnologías electrónicas, se ha generado una gran necesidad de innovar los materiales de construcción tradicionales para así optimizar el funcionamiento de aparatos electrónicos, y conseguir nuevos usos y aplicaciones.

Los materiales cerámicos tradicionales parten de la extracción de silicatos y se endurecen al ser calentados en hornos. Se sabe que sus átomos están fuertemente unidos por enlaces covalentes e iónicos; esto significa que no hay electrones libres en la estructura y, por lo tanto, son malos conductores del calor y de la electricidad. La mayoría de cerámicos tienen una estructura cristalina, esta les otorga dos propiedades principales: son estructuras muy resistentes a los cambios en la composición química, lo que las hace soportar temperaturas muy altas, pero también son estructuras bastante frágiles y esta propiedad es la que los ha hecho ser ignorados como piezas valiosas para la construcción a lo largo de los siglos. Con frecuencia los materiales cerámicos están hechos a partir de compuestos con oxígeno, algunos ejemplos típicos son el Al2O3 , MgO y CaO.

Figura 9 : Fragilidad de los materiales cerámicos.
Recuperado de https://scielo.conicyt.cl/fbpe/img/chungara/v44n2/art01-5.jpg

Como antes fue mencionado, el desarrollo de las nuevas tecnologías genera la necesidad de encontrar nuevos materiales que optimicen los recursos naturales para mejorar la calidad de vida humana. Las nuevas cerámicas (o cerámicos avanzados) son el resultado de una amplia investigación sobre la utilización de recursos minerales, que en su momento fue impulsada por el relativo bajo costo de los materiales de partida para la fabricación de cerámicos y por la necesidad del uso de materiales que optimizaran los escasos recursos combustibles durante la crisis energética de 1973, especialmente, en Estados Unidos.

La investigación y el desarrollo de las nuevas cerámicas (o cerámicos avanzados) se han centrado en la reducción de sus efectos críticos a través de la modificación de sus propiedades mecánicas y la alteración de su microestructura y composición química, a través de métodos de molienda, prensado y sinterizado. También, se utiliza la incorporación de fibras cerámicas en matrices poliméricas y en matrices cerámicas, todo esto puede mejorar notablemente la resistencia mecánica, despojando a los cerámicos de su característica fragilidad.

Preparación

La preparación de las nuevas cerámicas recae en el uso, ya no de silicatos como material de partida, sino de compuestos con alta pureza de elementos químicos, como óxidos y sulfuros, que tienen propiedades no metálicas y pueden ser productos de desecho de algunos procesos industriales o ser abundantes en la naturaleza. Los materiales de partida son obtenidos en forma de polvos ultrafinos, que al ser sometidos a presiones altas tienen un cambio en el ordenamiento de sus partículas, siendo empaquetadas. Mientras mayor sea el empaquetamiento y la uniformidad de partículas, menor será la porosidad (los espacios vacíos en la estructura del material), dándole mayor resistencia al material cerámico. A partir de este tipo de modificaciones en sus estructuras es que las nuevas cerámicas pueden ampliar sus aplicaciones para satisfacer exigencias químicas, térmicas, mecánicas y eléctricas.

A fin de conseguir el tamaño y la distribución de partículas deseadas se utilizan técnicas para su procesamiento a fin de conseguir el tamaño y distribución deseado. Las técnicas utilizadas para el procesamiento son las siguientes: cribado, molienda de bolas, precipitación, clasificación por aire, molienda en atricionador, laser, elutriación, molienda vibratoria y plasma. Dependiendo de cada técnica se utilizan algunos aditivos que son clasificados según el rol que cumplen en diferentes etapas de formación. Los tipos de aditivos son los siguientes: aglutinantes, que proveen resistencia; lubricantes, para disminuir la fricción; aditivos de sinterización, para activar la densificación; y los defloculantes, para obtener propiedades reológicas.

Después de conseguir la calidad de polvo requerida, se realiza el proceso de formado para moldear el diseño final del material cerámico. Para ello, es necesario emplear uno de los siguientes tipos de técnicas de conformado y consolidación de cerámicos: prensado, vaciado, formado plástico, entre otros.

Después de realizar el proceso de formado, se procede al sinterizado. Este se basa en la remoción de poros mediante diferentes mecanismos de sinterización que se realizan según el tipo de sinterizado a través de una energía impulsora.

Figura 10: Preparación. Recuperado de 1191%2F4570%2FIntroduccion_a_los_materiales_ceramicos_ALTO_Azcapotzalco.pdf%3Fsequence%3D1%26isAllowed%3Dy&usg=AOvVaw1490ZSzFq8hrOXkdZNOl7f

Finalmente, se procede a realizar el control de calidad que consiste en la preparación formal del procedimiento, donde se describe cada operación desde el uso de las materias primas hasta la obtención del producto final. En este documento, se detalla cada etapa del proceso y los profesionales correspondientes certifican cada operación; así mismo, los cambios que se presentan en el proceso de modo que se obtenga un buen producto.

CERÁMICOS ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES

Científicos e ingenieros han clasificado a las nuevas cerámicas según diferentes criterios; sin embargo, el criterio más útil registrado es a partir de su aplicación final. Según lo anterior, las nuevas cerámicas se subdividen en dos tipos: estructurales y funcionales.

Cerámicas estructurales

Las cerámicas estructurales (también llamadas termo cerámicos), tienen muchas semejanzas con las cerámicas tradicionales. Se aplican en procedimientos donde son necesarias sus propiedades mecánicas y térmicas que son de utilidad para la cadena productiva en algunas industrias al reemplazar a los metales y aleaciones; además, este destaca por su módico costo, debido a que se presenta en mayor abundancia.

Figura 11: Aplicación de cerámicas estructurales. Recuperado de http://www.diariodeciencias.com.ar/horno-laserfiring-ceramicas-estructurales-tecnologia-laser/

Las cerámicas estructurales se clasifican según si están basados en óxidos o no. Las cerámicas basadas en óxidos se clasifican en boruros y en berilias. Las cerámicas no oxídicas (que no se basan en óxidos), en cambio, se clasifican según si están basados en nitruros, en siliciuros o en carburos.

Las cerámicas estructurales presentan las siguientes propiedades:

  • Propiedades mecánicas: Estas propiedades no difieren con las cerámicas tradicionales. Las cerámicas estructurales son extremadamente resistentes a los ataques químicos, pero no a los choques mecánicos, es decir, siguen siendo frágiles aunque en menor medida que los tradicionales.
  • Propiedades térmicas: La principal diferencia que tienen los cerámicos tradicionales con los cerámicos estructurales es que estos últimos pueden llegar a ser buenos conductores térmicos; esto se debe a que su composición puede ser a partir de metales, metaloides o aleaciones metálicas como óxido de boro, alúmina, etc.

Cerámicas funcionales

Las cerámicas funcionales son las verdaderas innovaciones en la industria cerámica y aquellas con mayor variedad de aplicaciones. Se emplean mediante el aprovechamiento de sus propiedades químicas, magnéticas, semiconductores, etc. para el desarrollo de nuevas aplicaciones e invenciones en distintos campos de la ciencia.

Figura 12: Aplicación de cerámicas funcionales.
Recuperado de https://www.ceramtec.es/materiales-ceramicos/piezoceramica/

Las cerámicas funcionales presentan las siguientes familias de materiales cerámicos:

  • Electrocerámicas: Estos materiales pueden cumplir las siguientes funciones: dieléctricas, que no conducen electricidad; ferroeléctricas, que cambiar la dirección de polarización al aplicar suficiente electricidad; piezoeléctricas, que se deforman físicamente al aplicar suficiente energía; conductoras (y semiconductoras); y superconductoras, que es la conductividad eléctrica sin oposición en lo absoluto. Estos cerámicos presentan propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas, y son una parte fundamental del desarrollo de las industrias eléctrica y electrónica.
  • Biocerámicas: Son cerámicas con algunas propiedades biológicas, esto significa que son biocompatibles y son principalmente utilizados para implantes, como la porcelana.
  • Cerámicas con propiedades químicas: Estos cerámicos reaccionan con diversas sustancias externas y gracias a esto pueden ser utilizados como sensores de cambios atmosféricos (o de otros tipos).

Aplicaciones de las nuevas cerámicas

Algunas aplicaciones de las nuevas cerámicas son las siguientes:

Aplicaciones magnéticas: Hoy en día se utilizan cerámicos para la elaboración de imanes o, en general, de materiales magnéticos. Estos son piezas clave en la construcción de aparatos electrónicos como altavoces, cierres magnéticos o aceleradores de partículas lineales.

Figura 13: Imanes cerámicos.
Recuperado de https://idemag.com/wp-content/uploads/2013/04/Ceramicos-e1369733335206.jpg

  • Aplicaciones químicas: Las cerámicas funcionales tienen varias aplicaciones químicas. Por ejemplo, desde hace aproximadamente 20 años se ha perfeccionado la pila de sodio-azufre que funciona a 300 ºC y se basa en la rápida conductividad iónica de electrolitos cerámicos de B/B-Al2O3. También se utilizan materiales cerámicos de cordierita y vidrio como soportes de catalizadores.
  • Capacitores cerámicos: Los capacitores cerámicos están hechos de materiales cerámicos ferroeléctricos, estos son utilizados para almacenar energía en campos eléctricos y tienen gran importancia en las industrias eléctrica y electrónica.
  • Piezas aislantes: Las nuevas cerámicas suelen ser utilizadas para la elaboración de piezas aislantes en sistemas electrónicos, esto debido a su mala conducción de electricidad y de calor.

Las nuevas cerámicas también tienen gran importancia en el desarrollo de diversas industrias.

  • Industrias automotriz y aérea: Las industrias automotriz y aérea se han visto fuertemente beneficiadas por el uso de cerámicas refractarias en la elaboración de piezas para motores de combustión interna, ya que permiten aumentar el rendimiento interno del motor e incluso la eficacia de la combustión al soportar temperaturas elevadas (incluso extremas) y reducir las pérdidas térmicas, mecánicas e inerciales. También resultan útiles aumentando el tiempo promedio de uso del motor gracias a su resistencia a los ataques químicos, lo que evita un desgaste del material.

Figura 14: Piezas cerámicas en motores de combustión interna.
Recuperado de https://www.nskeurope.es/content/dam/nskcmsr/images/european/P_DGBB_Spacea_Hybrid_2Comp_874x555.jpg

  • Industria odontológica: Con frecuencia, distintos tipos de cerámicos (principalmente biocerámicas) son utilizados en la fabricación de diversos utensilios y aparatos usados en las prácticas odontológicas. Algunos ejemplos pueden ser el uso de iómeros de vidrio como materiales cementantes, el uso de cerámicos para la reparación ósea, la preparación de resina y materiales de pulido a partir de silicatos, etc. También se sabe que las cerámicas son bastante distinguidas en la odontología actual por sus cualidades estéticas y su resistencia al desgaste, esto se observa en el uso de porcelana sintetizada en la colocación de brackets.
  • Industria aeroespacial: Ya desde hace un tiempo se llevan utilizando cerámicas de vidrio para aplicaciones aeroespaciales. En los últimos años se ha estado investigando la posible incorporación de cerámicas de titanio, de carbón y algunas de Ti-Al y Ti3Al como piezas para la construcción de discos de turbina y como materiales para las aletas de naves espaciales a través del proceso Osprey. Es probable que en un futuro cercano se empiecen a utilizar cerámicos como reemplazo de metales y plásticos en la construcción de maquinaria espacial.

La investigación de los cerámicos avanzados sigue dando nuevos resultados hasta el día de hoy. Tienen potenciales aplicaciones en campos como la biomedicina, electrónica, aeronáutica, blindajes, en herramientas, etc.

SÍNTESIS

En resumen, los materiales cerámicos son compuestos inorgánicos que, debido a su estructura y los enlaces que forman la misma, presentan diversas propiedades tanto físicas, mecánicas, eléctricas, dieléctrica, etc. Entre ellas, las propiedades técnicas (dureza, fragilidad, resistencia a la corrosión, entre otros) son las que sirven de guía para sus diversas aplicaciones; muchas de esas aplicaciones son tradicionales, ya que son parte de nuestra vida cotidiana. Una aplicación distintiva dentro de estos materiales es el vidrio, ya que posee un uso masivo en la construcción, por ser de bajo costo, masiva producción y sus propiedades mecánicas. Actualmente, gracias al avance científico, se ha logrado modificar los materiales cerámicos tradicionales para adecuarlos aún más a propósitos más complejos como las industrias tecnológicas y nuevos inventos según sus aplicaciones. Las modificaciones se dan a nivel de sus propiedades mecánicas y composición química. Para lograr estas modificaciones se usa como punto de partida los óxidos y sulfuros de alta pureza, no los silicatos, y se sigue un proceso que consiste en comprimir polvos ultrafinos de nuestro material de partida, después siguen procesos de molienda, precipitado y otros, cada uno con su respectivo aditivo, por último, se utilizan métodos de compactado para obtener el material. Debido a los cambios generados, fue necesario una clasificación de los nuevos materiales cerámicos en estructurales y funcionales. Las cerámicas estructurales son parecidas a las tradicionales y son usadas por su bajo costo y propiedades físicas. En cambio, las cerámicas funcionales son usadas por sus propiedades químicas y su mayor campo de aplicación.

POSTURA

Los cerámicos piroeléctricos son un tipo de cerámicos funcionales, a su vez, estos tienen una subdivisión caracterizada por tener funciones ferroeléctricas. Los materiales ferroeléctricos refieren a aquellos materiales que al ser sometidos a un campo eléctrico lo suficientemente grande pueden revertir la dirección de polarización, de esta manera, las propiedades no conductoras del material se mantienen y esto evita las pérdidas de energía. A los cerámicos con estas características se les denomina cerámicos ferroeléctricos. Cabe añadir que estos materiales también poseen propiedades piezoeléctricas que nos permiten inducir un campo eléctrico al aplicar una tensión mecánica y viceversa, debido a ello se utilizan en el desarrollo de transductores electromecánicos.

La investigación y el desarrollo de cerámicos ferroeléctricos es fundamental para que continúe la evolución tecnológica y, por lo tanto, es fundamental para el desarrollo de nuevas técnicas que mejoren la calidad de vida humana.

Una de las razones por la cuales se dio un mayor enfoque al desarrollo de nuevas cerámicas, a pesar de ser reconocidos como materiales frágiles, fue que el bajo coste de fabricación lo vuelve un material ideal para su producción en masa, ya que sus materiales de partida se encuentran en abundancia en la naturaleza o en desechos industriales. Específicamente, el desarrollo de cerámicos ferroeléctricos parte de la investigación del BaTiO3, cuya obtención se da (usualmente) a partir de la mezcla de ácido nítrico (HNO3) y acetato de bario Ba((CH3COO)2 junto con otros compuestos comunes en la naturaleza. Su simplicidad tanto en obtención como en preparación vuelven a los cerámicos ferroeléctricos materiales ideales para la elaboración de equipos de bajo coste que puedan ser producidos en masa, usualmente se consideran productos básicos, y también facilitan su investigación a gran escala.

Los materiales ferroeléctricos presentan una gran variedad de aplicaciones en la electrónica, ya que son la base fundamental de la elaboración de condensadores, pero principalmente, de capacitores cerámicos. Los capacitores son componentes electrónicos que almacenan pequeñas cantidades de energía para expulsarlas a medida que sean requeridas para el funcionamiento de un aparato eléctrico. Estos sirven mucho al momento de regular el factor de potencia en los aparatos electrónicos. Estos también tienen gran importancia al cumplir funciones de ahorro energético, ya que permiten minimizar los costos de operación y optimizar las utilidades de las empresas. El uso de capacitores cerámicos a partir de materiales ferroeléctricos se ha popularizado en los últimos años debido a la gran resistencia térmica y al ataque químico que estos tienen. A medida que la capacidad de las maquinarias se va incrementando es necesario incrementar la potencia y los cerámicos ferroeléctricos permiten, no solo un aumento considerable en la potencia de las máquinas, sino que también evitan las pérdidas de esta. Es por todo esto que el uso de capacitores cerámicos se ha vuelto central en el desarrollo de nuevas tecnologías.

En conclusión, debido a sus características y propiedades que permiten el almacenamiento de energía sin producir pérdidas y a su bajo costo de producción, consideramos que el desarrollo de cerámicos ferroeléctricos es beneficioso por parte del grupo de investigación. Una oposición común a la investigación de cerámicos ferroeléctricos suele referirse a que son materiales bastante difundidos en la industria y su investigación se ha mantenido por mucho más tiempo que la investigación de otros materiales cerámicos con propiedades similares, y aunque esto es cierto, realmente la industria de materiales cerámicos es relativamente nueva (desde los años 70). El descubrimiento de los cerámicos ferroeléctricos revolucionó la industria de los materiales, y el desarrollo de capacitores cerámicos ha tenido un gran impacto en el campo de la electrónica, por lo que creemos que apostarle a un material que ha demostrado tener gran variedad de usos vale la pena y puede tener un impacto aún mayor en la calidad de vida humana.

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