Autores:

• Altamirano Lorenzo, Nataly Estefania
• Mayta Mamani, Alexander Richard
• Bolivar Contreras, Italo
• Rojas Bernal, Fabrizio

INTRODUCCIÓN:

En la actualidad, los cerámicos tienen multitud de aplicaciones en distintos rubros, como en el uso doméstico, industrial, pedagógico, decorativo, entre otros. Eso se debe a las propiedades tanto físicas como químicas que posee. Asimismo, tenemos al vidrio que es más conocido como un material cerámico amorfo y frágil. Ambos tienen diferentes características en aspectos como su estructura atómica o su apariencia.

Definición de Cerámico:

Un cerámico es todo objeto que proviene o tiene relación con la cerámica. Partiendo de este concepto, es un objeto en donde es creado en base a arcilla, barro, loza o porcelana y que es fundido a altas temperaturas por el método de cocción (dependiendo del material alcanza un diferente punto de fusión) para crear lo estudiado: un cerámico. Adicionalmente, la creación y uso de este proviene desde el periodo neolítico y se empleó para guardar el excedente de las cosechas, en contraste de la actualidad que se emplea para diferentes rubros como la construcción, para la creación de ladrillos; decoración, para el empleo de elementos para el hogar; productos refractarios, para operaciones indudables, entre otros usos. Desde un punto de vista diferente, los cerámicos son compuestos químicos entre metales y no metales, los cuales dan como producto a un material que aísla el calor y que son más resistentes al mismo en comparación al metal y polímeros.

En la actualidad se han creado diversos materiales para crear cerámicos, dejando de lado los tradicionales, principalmente para obtener mayor beneficio de sus propiedades. Asimismo, la cerámica creada a partir de estos nuevos materiales es denominada “cerámica avanzada”, debido a que deja lo clásico y tradicional ya que es creada por industrias y maquinaria de estas. Por ejemplo, la empresa española Jannone para el uso industrial está comenzando a usar tuberías de gres vitrificado, los cuales son principalmente creados en base a arcilla (material que es reciclado en un 30%), esta se tiene que fundir por sinterización, entre 1 100 y 1 200 °C para juntarse con chamota y obtener las tuberías. El beneficio de las tuberías de gres vitrificado es que no son rugosas y jamás se deforman o se dañan, es resistente a los agentes químicos industriales y a la fricción de cuerpos externos a la misma vez que pueden ser flexibles.

Propiedades

Propiedades mecánicas:

Resistencia a la corrosión y compresión. La cerámica no se oxida, lo que permite que pueda ser almacenada por periodos largos. Asimismo, al ser creada mediante una cocción a altas temperaturas, le permiten soportar pesos elevados.

Impermeabilidad. Es una de sus propiedades más conocidas a nivel global. Esta permite que los líquidos no traspasen el envase, lo que genera que se pueda almacenar cualquier tipo de bebida.

Buena Dureza. Esta propiedad le permite a los cerámicos ser empleados como herramientas de abrasión y corrosión. Son más resistentes que el vidrio y plástico, aunque no pierden su fragilidad.

Propiedades térmicas:

Buen aislante. Los cerámicos son aislantes de calor. Por ende, permiten mantener la temperatura de lo que se almacena en sus interiores.  Permiten conservar alimentos/bebidas durante bastante tiempo ya sea a bajas o altas temperaturas.

No arden. Esta propiedad es una de las más importantes en la cerámica puesto que solo puede ser fundida a miles de grados. Por lo tanto, lo convierte en un ideal aislante de calor y útil en las industrias debido a que se dilatan poco con el calor.

Propiedades eléctricas:

Aislante eléctrico: Los cerámicos por defecto son aislantes eléctricos, debido a que al estar formado por metales y no metales, forman enlaces iónicos y covalentes los cuales restringen la movilidad iónica y electrónica.

Conductividad: Empleada como sensor de gas, los cerámicos a un nivel controlado de calor pueden llegar a ser conductores o semiconductores de calor.

Técnicas:

A lo largo del proceso para crear un cerámico, desde el producto base hasta obtener lo deseado existe un largo proceso los cuales si aplicamos la técnica correcta nos proporcionará un buen producto. A continuación, se mostrará los métodos para crear un buen cerámico.

Técnica de modelado

Esta técnica es la más antigua y conocida. Consiste en moldear con las manos la base (arcilla, barro, loza, porcelana) junto con las herramientas.  Para esta técnica, primero se requiere realizar un esquema o boceto, posteriormente se emplea la base para echar al moldeado en proporciones pequeñas continuamente; es decir, se añaden trozos de la base poco a poco para ir realizando la cerámica. En caso la cerámica sea muy grande, lo recomendable es realizarla por partes y unirlas con alambre.

Técnica de alfarería

Esta técnica es similar al modelado, a diferencia que no se deja secar con el sol, en vez de eso una vez obtenido el molde se lleva a un horno para la cocción, dependiendo al material usado se emplea cierta cantidad de calor.

Técnicas de decoración

La técnica de decoración consiste en agregarle color, diseño y textura al producto creado. Lo recomendable para esta técnica abarca la pintura, uso de esmalte, incrustar objetos, el esgrafiado y el engobe.

En caso el objeto esté fresco, se puede usar la técnica de mocha, que netamente se utiliza con engobe alcalino. Se basa en la creación de dendritas, que se produce a través de la reacción de la base alcalina junto con la infusión ácida de tabaco.

Técnicas de cocción

La cocción es la parte más importante del proceso, para esto es recomendable identificar el material y tamaño del objeto creado para conocer a qué temperatura se va a aplicar la cocción. Dependiendo las características se tiene lo siguiente:

• La cocción a baja temperatura, utilizada para objetos más pequeños y delicados.
• La cocción a alta temperatura, aplicada para objetos más grandes y resistentes.

USOS EN LA VIDA DIARIA

Usos generales y en la vida diaria

Para empezar, el uso cotidiano de los cerámicos no solo se basa en usos de uso común como platos, ladrillos, cemento, alfarería. Destacar que a pesar que estos abarquen la mayor cantidad de uso, los cerámicos también son relevantes y usados en otros aspectos de la vida diaria.

En la industria de la electrónica

Los cerámicos en este aspecto son fundamentales, ya que forman parte de la evolución de la industria electrónica. Son casos como los teléfonos inteligentes, computadoras, televisores, dispositivos médicos y la electrónica automotriz la cual emplea la cerámica como materia prima. A pesar de que los cerámicos se consideren como material aislante, a temperaturas adecuadas y con el avance tecnológico los cerámicos son usados como superconductores o piezoeléctricas, todo esto con las propiedades magnéticas que la tecnología les ha proporcionado.

Es por todo lo mencionado anteriormente que se usa un sinfín de productos en base a los cerámicos en las industrias automotriz, transporte marítimo y transporte aeroespacial, tal son los casos como piezas protectoras para cables y líneas eléctricas (cordones, tubos), empaques herméticos y tubos de arco cerámicos.

Vidrio

Definición:

El vidrio es un material duro, frágil y transparente que ordinariamente se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de sílice (SiO₂), carbonato sódico (Na₂CO₃) y caliza (CaCO₃). Y se solidifica cuando está en enfriamiento.

Propiedades físicas:

Transparencia: El vidrio permite el paso de la luz a través de él sin una distorsión notable. Esto lo vuelve útil para crear ventanas, lentes, pantallas entre otros.

Dureza: El vidrio es un material duro y resistente a los arañazos en comparación con muchos otros materiales. Sin embargo, no es tan duro como algunos metales o cerámicos de alta dureza.

Aislamiento térmico: El vidrio tiene propiedades aislantes y puede ayudar a reducir la transferencia de calor entre dos ambientes. Una aplicación de esto sería para la creación de ventanas aislantes.

Impermeabilidad: El vidrio no permite la transferencia de agua o líquidos a través de él. Esta propiedad lo hace adecuado para aplicaciones como botellas, frascos y recipientes herméticos.

Reciclabilidad: El vidrio es un material reciclable y puede ser procesado y reutilizado repetidamente sin perder sus propiedades fundamentales. Esto lo convierte en una opción sostenible desde el punto de vista ambiental.

Propiedades químicas:

Resistencia química: El vidrio es resistente a la mayoría de los productos químicos corrosivos, lo que lo convierte en un material adecuado para contenedores de productos químicos, tubos de laboratorio y recipientes de almacenamiento.

Estables e inertes: El vidrio no reacciona fácilmente con la mayoría de los productos químicos y sustancias corrosivas. Tampoco se oxida ni se degrada cuando está expuesto al aire, lo que contribuye a su durabilidad y longevidad.

DIFERENCIAS CON MATERIALES CERÁMICOS

Composición y estructura: El vidrio se compone principalmente de dióxido de silicio (arena) y otros aditivos, mientras que los materiales cerámicos generalmente están compuestos por una mezcla de arcillas, óxidos metálicos y otros materiales inorgánicos. Además, el vidrio tiene una estructura amorfa, sin una ordenación cristalina, mientras que muchos materiales cerámicos tienen una estructura cristalina o parcialmente cristalina.

Proceso de fabricación: El vidrio se produce mediante el calentamiento de los componentes hasta alcanzar el punto de fusión y luego enfriándolos rápidamente, mientras que los materiales cerámicos generalmente se fabrican a través de un proceso de conformado, secado y cocción a altas temperaturas.

Transparencia: El vidrio es conocido por su transparencia y capacidad de transmitir la luz, lo que lo hace adecuado para aplicaciones como ventanas y lentes. En contraste, muchos materiales cerámicos son opacos o translúcidos, lo que significa que no permiten la transmisión de luz.

Propiedades mecánicas: El vidrio tiende a tener una mayor fragilidad en comparación con muchos materiales cerámicos. Los materiales cerámicos suelen ser más duros y resistentes a la fractura, lo que los hace más adecuados para aplicaciones donde se requiere una alta resistencia mecánica, como en herramientas de corte o componentes estructurales.

Propiedades térmicas: Los materiales cerámicos suelen tener una mayor conductividad térmica que el vidrio. Esto significa que los materiales cerámicos pueden transferir calor más rápidamente, mientras que el vidrio tiene una conductividad térmica más baja y puede actuar como un aislante térmico en ciertos casos.

Cerámicas estructurales y cerámicas funcionales: definición, clasificación, propiedades, preparación.

A partir de las aplicaciones tradicionales que poseen los cerámicos, estos se pueden clasificar en 2 grandes grupos: cerámicos estructurales y cerámicos funcionales.

Cerámicos estructurales:

Este grupo de cerámicos fue estudiado y posteriormente producido en grandes masas, ya que, a comparación de los cerámicos tradicionales, estos poseen una mayor resistencia ante posibles fracturas producidas por fuertes impactos. Teniendo en cuenta ello se puede decir que los cerámicos estructurales: “combinan las características y las ventajas de la cerámica tradicional, por ejemplo, inercia química, capacidad a altas temperaturas, y dureza, con la capacidad de soportar una tensión mecánica significativa” (Carbosystem, s.f.).

Existen principalmente dos formas en las que se pueden clasificar dichos grupos de cerámicos. Por un lado está la clasificación según su estructura y por otro lado está la clasificación según su composición.

En primer lugar, la clasificación según su estructura se divide en dos: Monocristalinos Y Policristalinos. De manera breve se puede decir que los monocristalinos son aquellos que están formados por un cristal y los policristalinos por más de un cristal (Alarcón, s.f.).

En segundo lugar, la clasificación según su estructura se ramifica en tres: cerámicos con óxido de silicato, los cerámicos de óxido sin silicato y los que no poseen óxido. Los cerámicos con óxido de silicato son aquellos que tienen como estructura fundamental el SiO₂, los cerámicos de óxido sin silicatos son compuestos a los que se le agrega impurezas tales como Al₂O₃, y los cerámicos sin óxidos como el ZnS, se emplean mayormente como materiales calefactores de horno.

Ahora bien, en este grupo se pueden identificar principalmente 2 propiedades:

1. i) Las propiedades térmicas, según Bernal (1991, pp. 23), dependen de los materiales empleados para crear el cerámico estructural, por ejemplo, los carburos, nitruros y óxido de magnesio son buenos refractarios. Los cerámicos conformados por óxido de potasio, titanio, alúmina y circona son buenos aislantes térmicos. Los cerámicos generados en óxido de boro, nitruro de aluminio y alúmina son buenos conductores térmicos.

ii) En cuanto a las propiedades mecánicas: se puede decir que estos cerámicos pueden       soportar hasta presiones de 172 MPa, la resistencia a la compresión es de 5 a 10 veces superior comparado con un cerámico tradicional, (Paralieu, 2009).

Preparación:

Cerámicas funcionales:

Los cerámicos funcionales representan hoy en día un gran porcentaje de la cerámica avanzada existente. Asimismo, los materiales inorgánicos policristalinos que posean energía eléctrica, magnética, elástica, biológica, superconductora u otra función química se denominan cerámicas funcionales, (Qingrui, Binghe, Huarong, 20003).

Brevemente se puede decir que este grupo se divide principalmente en tres grupos: Electrocerámicos (donde también se encuentran los aislantes/dieléctricos, ferroeléctricos, piezoeléctricos, conductores y superconductores), los cerámicos funcionales con propiedades biológicas y los cerámicos funcionales con propiedades biológicas, (Bernal, 1991).

Las propiedades de cada uno de los grupos mencionados son los siguientes:

1. i) Electrocerámicos: es una familia de materiales que cumplen las siguientes funciones:

• Aislantes o dieléctricos: como su mismo nombre lo dice son aquellos cerámicos que no permiten el paso de la electricidad debido a su composición.
• Ferroeléctricos: son aquellos que sufren una inversión en la dirección de polarización cuando se les aplica un campo eléctrico suficientemente grande.
• Piezoeléctricos: aquellos que sufren deformaciones al ser expuesto a un campo eléctrico.
• Conductores: son aquellos que gracias a un cambio en su composición son capaces de ser semiconductores, los más comunes las formuladas con base en titanato de bario, carburo de silicio, mezclas de óxidos de bismuto y zinc y óxido de vanadio.
• Superconductores: se puede llegar a tener cerámicos que no ponen ninguna resistencia a que transcurra la electricidad gracias al óxido de cobre con bismuto y talio los cuales se obtienen a temperaturas de 125ºK.

ii) Biológicos: Adquieren propiedades biológicas al momento de su producción. Un ejemplo es la porcelana que se emplea en algunas intervenciones odontológicas.

iii) Químicos: poseen la capacidad de reaccionar con los elementos o compuestos que se encuentran a su alrededor, por ejemplo, en los últimos años se han desarrollado cerámicos capaces de reaccionar con la humedad del medio en el que se encuentre.

Características de las nuevas cerámicas:

Dureza: La mayoría de los cerámicos son muy duros debido a la fuerza de iónica-covalente que existe en sus moléculas. Sin embargo, existen excepciones como la arcilla que es fácilmente deformable, debido a que existen fuerzas secundarias en sus átomos.

Expansión: A temperaturas altas es posible expandir.

Ductilidad: No son deformables, necesitan un aumento de energía como aumento de temperatura.

Resistencia a la corrosión: Son resistentes a la corrosión en la mayoría de los casos, y aún más a temperatura ambiente.

Resistencia al desgaste: Son resistentes a las situaciones de ambiente, por el motivo que los materiales son recubiertos con aleaciones con otros elementos para una mayor resistencia al desgaste.

Conductividad eléctrica: No son conductores de la electricidad, debido a la fuerza iónica-covalente que restringe la movilidad eléctrica, lo cual los convierte en buenos aislantes eléctricos.

Densidad: Tienen una baja densidad.

Campos de aplicación de las nuevas cerámicas:

El comportamiento y posibilidades puede variar según las aplicaciones que se le quiera dar y el tratamiento al que se haya sometido durante su elaboración.

Esto significa que la variedad de usos a las que se somete el material de cerámica puede tomarse por diferentes vías para realizar una composición de este material.

La cerámica tiene bastantes usos en nuestra sociedad. Se utiliza para la alfarería, como también para fabricar materiales de construcción, e incluso para aplicaciones a modo de aislantes eléctricos y aislantes de temperaturas altas. En otro aspecto se emplea no solo en electrodomésticos, además como blindaje para recubrimiento de artefactos que necesiten una protección al desgaste.

En la actualidad tiene diferentes aplicaciones:

• Construcción. Para la fabricación de ladrillos, tejas, pavimentos y revestimientos.
• En decoración. Para uso decorativo, y se incluye la elaboración de elementos para el hogar, desde adornos hasta platos, tazas, vasijas, etc.
• Cerámica sanitaria. Utilizada para la fabricación de inodoros, lavabos, bañeras, platos de ducha… Es uno de los materiales más utilizados en los cuartos de baño.
• Facilita el área de limpieza, además son resistentes al desgaste.
• Cerámica técnica. Se emplea en aplicaciones tecnológicas en diferentes industrias como automovilística, energética, médica, electrónica, etc.
• Productos refractarios. Imprescindible para determinadas operaciones indudables.
• Tuberías. La cerámica se emplea para fabricar tuberías de gres vitrificado, muy resistentes ante la abrasión y la corrosión en las redes de saneamiento.

¿Qué tipo de cerámicas tu grupo considera que sería importante desarrollar en el grupo de investigación? Sustentar la propuesta sobre la base de la información presentada en el blog

Después de un análisis entre todas las cerámicas presentadas, nuestro grupo considera que sería importante enfocar el desarrollo de las nuevas cerámicas en el grupo de investigación, ya que su uso aún sigue en investigación y sería ideal ir más a fondo en sus posibles usos. De esta manera, aprovecharemos en su mayor parte las propiedades de la cerámica debido a que al ser aislantes y con una temperatura de fusión bastante elevada, resistentes a la corrosión y fricción de objetos externos, se puede obtener un beneficio industrial. De esta manera, vemos conveniente dejar de lado la posible investigación de los cerámicos tradicionales y con usos cotidianos, para que finalmente se pueda avanzar en el nuevo beneficio que la cerámica puede ofrecer a las industrias, reconociendo además que los cerámicos son reutilizables en un 30%.

Bibliografía:

Cerámicas y vidrios. (2013, enero 24). TecnoBlogSanMartin. https://tecnoblogsanmartin.wordpress.com/2013/01/24/4-ceramicas-y-vidrios/

Moderador. (2019, julio 22). Tipos de vidrio para ventanas. OnVentanas – Ventanas que ahorran energía; OnVentanas. https://www.onventanas.com/tipos-vidrio-ventanas/

Rcastells, D. (2017, mayo 8). Vidrios – Vitrocerámicas. MATERIALES CERÁMICOS Y COMPUESTOS. https://materialesceramicosblog.wordpress.com/2017/05/08/vidrios-vitroceramicas/

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Vidrio y cerámica – Corte, grabado y marcado láser. (s/f). Ulsinc.com. Recuperado el 3 de junio de 2023, de https://www.ulsinc.com/es/material/vidrio-cer%C3%A1mica-descripci%C3%B3n-general