Autores:

Anat Salas Tocas

Ashley Juliet Gonzales Calderon

Juan Matias Colonio Pablo

Yerik Alessandro Hernández Cruz

Los materiales cerámicos constituyen sustancias inorgánicas y no metálicas con características composicionales y estructurales distintivas que determinan sus propiedades físicas y químicas. Su utilización presenta limitaciones asociadas a su naturaleza frágil y a los rangos máximos de temperatura que pueden soportar durante su desempeño funcional; por estas razones, la eficiencia y vida útil de estos materiales dependen en gran medida de su microestructura y de los métodos empleados en su procesamiento y manufactura.

Para el presente estudio, se recurrió a los artículos titulados “Impactos ambientales de la producción de cerámica” y  “Desarrollo de la industria avanzada de materiales cerámicos”.

– Impactos ambientales de la producción de cerámica

El contenido del primer artículo habla sobre la importancia de la producción de materiales cerámicos dentro de los sectores productivos de España, y como generan empleos a más de 17.000 personas.

El artículo explica que la industria cerámica es aquella que utiliza materiales inorgánicos formados por compuestos no metálicos y estabilizados mediante un proceso de cocción; además, la cerámica incluye actualmente materiales con un porcentaje muy bajo de arcillo o incluso sin ningún porcentaje.

Desarrolla principalmente el impacto ambiental que conlleva la producción de estos productos, en concreto, los procesos de la elaboración de estos productos generados en la industria cerámica, cuyos pasos básicos son:

• Recepción de arcilla.
• Prensado para formar la pieza cerámica.
• Secado para reducir la humedad.
• Esmaltado para la decoración con productos específicos.
• Cocción en horno, y con una fase posterior de calor en quemadores de gas natural y aire.
• Clasificación y embalaje de la baldosa con uso de elementos mecánicos.
• Almacenamiento del producto acabado y posterior distribución al cliente.

Detalla cómo estos procesos generan un impacto sobre el medio ambiente, debido a que implican la generación y dispersión de diferentes gases contaminantes, sustancias volátiles, como son: generación de una gran cantidad de polvo, producción de ruidos, emisión de sustancias tóxicas y materiales pesados a la atmósfera sobre todo en la fase de esmaltado, vertidos al agua, consumo de energía y emisiones de .

No obstante, resalta el uso de cerámicos por sus múltiples propiedades físicas y químicas, entre las que destacan son su estabilidad que le permite evitar la oxidación, su resistencia a la corrosión y a la abrasión, su falta de elasticidad, tiene una elevada resistencia mecánica, una vida útil larga, inercia química, una gran resistencia al calor y al fuego, capacidad de aislamiento eléctrico e incluso a veces también una porosidad específica.

Concluye con la definición de la Alfarería, la cual significa: arte y técnica de fabricar objetos de barro cocido o taller donde se fabrican objetos de barro cocido. En síntesis, el artículo plantea que la fabricación de materiales cerámicos constituyen un sector importante dentro de la industria productiva y que su uso tiene múltiples ventajas por las propiedades de estos materiales; sin embargo, la producción de los materiales traen consecuencias medioambientales por distintos impactos que implica cada fase de fabricación.

– Desarrollo de la industria avanzada de materiales cerámicos

El contenido del segundo artículo introduce a los materiales cerámicos avanzados como materiales cerámicos con un alto rendimiento, que difieren de los materiales cerámicos clásicos en cuanto a materias primas y procesos. Suelen estar hechas de materias primas ultra finas y de alta pureza.

Detalla que para su producción se hace uso de nuevas tecnologías de producción y medidas químicas exactas. El rápido desarrollo de estos materiales significan un progreso continuo en la ciencia y la tecnología moderna.

Estos materiales se pueden clasificar en cerámicas estructurales y cerámicas funcionales según su uso y rendimiento. La cerámica estructural son aquellas con propiedades térmicas y químicas, presentan resistencia a altas temperaturas y al desgaste.

Las cerámicas funcionales son materiales dieléctricos capaces de detectar, transformar, almacenar, acoplar y transmitir diversos tipos de información como electricidad, magnetismo, sonido, luz, calor, fuerza, química y biología. Estos materiales avanzados poseen múltiples funciones, tales como resistencia a altas temperaturas, transmisión de ondas, alta tenacidad, ferroelectricidad, piezoelectricidad, propiedades dieléctrica, conductividad y funciones electro-ópticas y magnéticas. Se utilizan en sectores tecnológicos modernos como electrónica, circuitos integrados, computación, aeroespacial, biomédico, comunicaciones, automotriz y energía.

Debido a la variedad de propiedades que presentan los dos tipos de cerámicas, el artículo hace énfasis en la importancia que han tomado para algunos grandes proyectos y desarrollo de tecnologías, a su vez, destaca la importante valor científico que representan y su importancia para un para el desarrollo nacional.

Finalmente, concluye explicando el desarrollo internacional y las tendencias de producción en la industria de cerámica avanzada. Explica que la industria mundial de materiales cerámicos avanzados está liderada en Europa por Alemania, Francia y Gran Bretaña, con predominancia de siete multinacionales que producen más del 65% del total. Empresas clave son Saint-Gobain, Ceram Tec y Morgan, líderes en innovación y producción para sectores industriales, biomédicos y tecnológicos. El mercado de polvos cerámicos de alta pureza está concentrado en pocos fabricantes destacados en Japón, Alemania y Francia. Los materiales producidos comprenden cerámicas porosas, transparentes, nucleares, de protección térmica, electrónicas y biocerámicas, aplicadas en múltiples campos industriales y tecnológicos.

En conclusión de ambos artículos, se tiene una mejor visión de la producción de materiales cerámicos y la industria cerámica, de su importancia para la sectores productivos y el avance en la ciencia, sus propiedades y la aplicación de nuevas tecnologías para su producción; sin embargo, también se visualiza los impactos ambientales que conllevan los procesos de producción de los materiales cerámicos, en donde unos procesos específicos generan mayor contaminación ambiental que otros. Ante estas problemáticas, se han desarrollado las cerámicas avanzadas, las cuales buscan optimizar sus propiedades y su proceso de fabricación para obtener materiales más eficientes y con aplicaciones tecnológicas especializadas.

Para comprender estas innovaciones es importante recordar que los cerámicos y los vidrios comparten muchas propiedades en común a pesar de sus diferencias microestructurales, los materiales cerámicos y de vidrio comparten muchas propiedades en común, incluyendo ser extremadamente duros, químicamente inertes y buenos aislantes eléctricos (American Ceramic Society, s.f.). Desde tiempos antiguos, estos materiales se han utilizado en construcción, utensilios y elementos estructurales, y hoy continúan siendo esenciales gracias a sus propiedades y versatilidad. Así, el paso hacia cerámicos avanzados representa una evolución que parte del uso tradicional y sus limitaciones, hacia soluciones más sostenibles y de mayor desempeño.

Cerámicos:

Los compuestos cerámicos, según W. D. Kingery, son compuestos inorgánicos los cuales están formados por elementos metálicos y no metálicos unidos por enlaces iónicos y covalentes. Estas uniones proporcionan a los cerámicos algunas propiedades características como una alta dureza y fragilidad, una baja conductividad tanto térmica como eléctrica, así como una notable estabilidad química. Dichas características se explican por el comportamiento de sus enlaces, los cuales limitan la movilidad de los electrones y de los iones dentro del material.

Los cerámicos han sido utilizados de diversas maneras a lo largo de la historia. Según Prudence M. Rice (1987), la primera aparición de estos materiales fue hace 26.000 años en forma de una estatuilla de cerámica conocida como la Venus de Dolni Vestonice. Posteriormente, entre los años 10.000 y 8.000 A.C., fue utilizada principalmente para almacenar, cocinar e incluso fermentar alimentos, lo que evidencia el inicio del uso doméstico y cotidiano. Durante los años 3.000 y 1.000 A.C. aproximadamente, los materiales cerámicos se incorporaron a la construcción de estructuras y adquirieron un valor simbólico y cultural. En civilizaciones como la mesopotámica o la egipcia, se cocían ladrillos y empleaban azulejos para construir templos y palacios, los cuales destacaban por su durabilidad y su valor estético y decorativo. Un ejemplo de esto es la muestra de Ishtar en Babilonia (ver Figura 2) en donde se puede ver reflejado el desarrollo artístico y técnico alcanzado de este material.

Para la fabricación de piezas cerámicas más complejas se utilizan métodos más sofisticados para su producción. Dos técnicas sofisticadas más comunes son las siguientes.

1. Prensado

El prensado es una técnica la cual se logra colocando una materia prima en polvo, premezclada con diferentes ablandadores y lubricantes, y aplicando la suficiente presión para compactar la mezcla en la forma deseada. A continuación se detallan algunos puntos clave de este proceso.

• Antes del prensado, se le agrega al polvo una selección de aditivos como aglutinantes y plastificantes los cuales permiten que la estructura de las partículas de polvo se reordenen de la manera más compacta y uniforme
• Para poder incrementar la uniformidad, mejorar la densidad y reducir la pegajosidad de la mezcla, se agregan lubricantes y kits de compactación, los cuales reducen la fricción entre las partículas de polvo (Osarue E, et. al., 2022)
• Existen diferentes métodos de prensado, pero los más comunes son el uniaxial y el isostático
  • Uniaxial: este método se utiliza para piezas más simples como discos o cilindros. Esta es llevada a cabo ejerciendo presión a través de una sola dirección mediante prensas mecánicas e hidráulicas.

• Isostático: el prensado isostático es principalmente utilizado para crear formas más complejas e irregulares. Esta puede ser llevada a cabo de dos formas. La primera mediante el empaque húmedo, en donde se sumergen los polvos en agua y son sellados en un molde para después ser sumergido en una cámara con otro líquido a alta presión. La segunda es el empaque seco, la cual es puesta en canales internos que permiten suministrar el fluido de alta presión.

2. Colado en cinta

Este proceso consiste en la dispersión de una mezcla fluida de partículas sólidas de polvos cerámicos sobre una superficie móvil plana, la cual después de un proceso de secado controlado, se obtienen láminas delgadas de material cerámico. Algunos aspectos clave acerca de este proceso son:

• La mezcla fluida está compuesta por el polvo cerámico, aglutinantes, dispersantes, entre otros aditivos
• Después de la formación de la mezcla, se le quita las burbujas de aire mediante el uso de vacío y luego se filtra con mallas para retirar cualquier impureza
• Luego es vertida en una superficie móvil en donde usando una cuchilla se regula el espesor de la capa y luego se seca mediante una cámara de temperatura controlada.
• Por último, se calienta levemente para eliminar los aditivos orgánicos y luego se sintetiza a 1000°C y 1700°C aproximadamente

En la actualidad, los cerámicos son usados de formas similares al pasado (utensilios, ladrillos, etc) pero también pueden usarse en otros campos de aplicación más contemporáneos como en el medicinal con prótesis elaboradas de cerámicos avanzados, el automotriz con recubrimientos de cerámica o el electrónico con aislantes y condensadores hechos a base de estos compuestos.

Vidrio:

El vidrio es un tipo de material cerámico el cual se obtiene al enfriar un fundido por debajo de su temperatura de transición vítrea sin que ocurra la cristalización (J. F. Shackelford, 2009). Estos poseen un gran aislamiento y baja conductividad térmica ya que es un material amorfo (sólido con una estructura atómica que carece de un orden regular)

Los vidrios y los cerámicos comparten algunas características como su naturaleza inorgánica y no metálica o su alta resistencia química Sin embargo también cuentan con diferencias notorias como la estructura molecular en donde la de los cerámicos tienen a variar dependiendo de su composición, mientras que la de los cristales poseen una red cristalina que permite un orden en su estructura. También podríamos considerar que su proceso de formación es distinto. Mientras que el cristal se forma mediante un proceso de fusión y enfriamiento rápido, el cerámico cuenta con un proceso de sinterización y cristalización lenta. (Richardson D. W. y Lee D. W., 2018).

Cerámicas avanzadas:

Según Richardson y Lee (2018), las cerámicas avanzadas son materiales inorgánicos y no metálicos que se fabrican con polvos de alta pureza y usando métodos estrictamente regulados, con el propósito de obtener cerámicas con propiedades específicas para su uso en diferentes campos de aplicación. Existen dos tipos de cerámicos avanzados: las cerámicas estructurales y las cerámicas funcionales.

1. Cerámicas estructurales

Este tipo de cerámico son aquellos materiales cerámicos hechos específicamente para aplicaciones que deban resistir esfuerzos mecánicos o térmicos. Estos cuentan con diferentes propiedades tales como:

• Una alta dureza: gracias a su enlaces iónicos y covalentes muy fuertes, las cerámicas estructurales cuentan con una alta resistencia a deformaciones físicas.
• Baja densidad y alta rigidez: a pesar de ser livianos, la fuerza de sus enlaces es que generan su alta rigidez.
• Alta fragilidad: si bien la fuerza de los enlaces de los cerámicos hacen que tenga una alta rigidez, también provocan que se fracture abruptamente una vez roto su límite elástico.
• Aislamiento térmico y eléctrico: los cerámicos generalmente son malos conductores tanto térmicos como eléctricos debido a la unión de sus electrones a sus átomos.

Se pueden clasificar a estos materiales de las siguientes maneras:

• Por su composición química: pueden clasificarse en óxidos (buena resistencia química y térmica), carburos (alta dureza y conductividad térmica), nitruros (alta resistencia al choque térmico), etc.
• Por su tipo de estructura o refuerzo: aquí se encuentran los monolitos (cerámico puro sin refuerzo, ideal para válvulas), los “whiskers” (ideal para cortaduras o componentes de motores), los ultraligeros o porosos (baja densidad y aislamiento térmico), etc.
• Por aplicación estructural: estos incluyen a los cerámicos de altas temperaturas, los resistentes a la corrosión, los biomédicos estructurales, etc.

Para poder fabricar cerámicos estructurales generalmente se sigue un proceso meticuloso. El primer paso es una correcta selección de las materias primas que se usarán en el polvo cerámico. Al ser una parte fundamental en diversas construcciones y en el sector industrial, es sumamente importante que se pueda controlar la pureza, el tamaño de la partícula entre otros factores que comprueben la calidad de los elementos para poder obtener una estructura uniforme con propiedades reproducibles (Shackelford, 2022). Este polvo se mezcla con los aditivos convenientes y se compacta y prensa para poder obtener la forma deseada de la cerámica. Luego la materia pasa por un proceso de secado en donde se prioriza un control estricto para evitar grietas en la estructura de la cerámica. Finalmente, se sintetiza donde se cuece el producto en hornos y luego se procede a darle un acabado final para ajustar dimensiones o quitar imperfecciones.

2. Cerámicas funcionales

A diferencia de las cerámicas estructurales, las cerámicas funcionales son fabricadas con el principal propósito de aprovechar sus propiedades físicas, tales como su comportamiento químico, eléctrico o térmico, en procesos más complejos. Algunas de sus propiedades principales son:

• Respuesta a estímulos externos: debido a la facilidad de la movilidad de sus dipolos, tienen la capacidad de transformar la energía que reciban.
• Alta pureza química:
• Conductividad y aislamiento térmico y eléctrico: si bien existen cerámicas que conducen tanto el calor como la electricidad, existen algunos que la aíslan completamente como la Alúmina.

Se pueden clasificar a estas cerámicas de diversas maneras, a continuación se presentan algunos ejemplos:

• Por sus capacidades eléctricas: aquí se encuentran los subtipos dieléctricos (almacenan energía), ferroeléctricos (poseen polarización reversible), semiconductores (controlan el flujo de electrones), etc.
• Por su magnetismo: pueden clasificarse en ferromagnéticas (hechas de óxido de hierro, poseen una alta permeabilidad magnética) y anti-ferromagnéticas (no presentan magnetización neta)
• Por sus características ópticas: se clasifican dependiendo del nivel de transmisión, reflexión o emisión de la luz.

El método de producción de las cerámicas funcionales es muy similar al de las cerámicas estructurales pero con pequeñas diferencias como la adición de sprays hidrotermales durante la selección de materias primas para poder controlar mejor la pureza de las partículas o los tratamientos finales los cuales son más detallados y varían dependiendo a que sea destinado el cerámico.

Campos de aplicación de las cerámicas avanzadas:

Gracias a sus propiedades características de sus diferentes tipos, estas cerámicas pueden usarse en diversos sectores industriales tales como el electrónico (produciendo capacitadores, transconductores o superconductores), el médico (mediante implantes óseos o como sistemas de liberacion de farmacos), el automotriz (fabricando pistones, revestimientos tecnicos o frenos completamente de cerámica) o el energético (filtros, capacitores o celdas de combustible)

Postura frente al planteamiento de los artículos:

De acuerdo a los artículos revisados, se parte de la premisa de que la industria cerámica tradicional presenta, efectivamente, un alto impacto ambiental que debe gestionarse activamente y con urgencia. Se coincide con lo que señala el primer artículo en cuanto a que los procesos requeridos por los cerámicos tradicionales contribuyen a la contaminación atmosférica y degradación ambiental y, por tanto, representan desafíos relevantes para el medio ambiente. No obstante, también se considera que el desarrollo de cerámicas avanzadas representa una gran oportunidad para lograr en este sector industrial una producción más eficiente y de alto valor agregado, aunque esto no implica que su impacto ambiental sea nulo o menor sin la aplicación de condiciones sostenibles.

Así, se plantea que el desarrollo de las cerámicas avanzadas no tendría el mismo impacto ambiental que las cerámicas tradicionales, debido a las mejoras tecnológicas que caracterizan su proceso de fabricación. Estas innovaciones permiten una mayor eficiencia energética, un control más preciso de los insumos y una reducción significativa de residuos durante la producción. Según, Villa et al. (2024) explican que la implementación de técnicas digitales y manufactura aditiva en la producción de cerámicas avanzadas reduce el desperdicio de material y las emisiones de CO₂, al mismo tiempo que optimiza los costos y el uso de recursos energéticos. Esto contrasta con los métodos tradicionales que requieren un uso intensivo de energía y generan altas emisiones de gases de efecto invernadero, representando uno de los principales desafíos ambientales del sector (DISECO, 2022).

Asimismo, el uso de materias primas de alta pureza y granulometría controlada disminuye los defectos estructurales y aumenta la durabilidad de las cerámicas avanzadas. De acuerdo con Prasad et al. (2020), estos materiales poseen un potencial significativo para contribuir a tecnologías energéticas y ambientales más sostenibles, ya que su mayor vida útil reduce la necesidad de reemplazo y, por ende, el uso de recursos naturales y la generación de residuos. Desde una perspectiva ambiental, la longevidad del producto final es un factor determinante, pues extiende el ciclo de vida del material y mejora la eficacia en general de los recursos utilizados en su producción.

De igual modo, la automatización y digitalización de los procesos industriales en la cerámica avanzada posibilitan un uso más racional de los recursos. Las tecnologías de control computarizado de temperatura, presión y composición química optimizan el rendimiento y evitan el desperdicio de materiales. Además, diversos estudios mencionan que las plantas modernas ya aplican prácticas de economía circular —recuperación de calor, reutilización de residuos de producción y reciclaje de subproductos— que reducen la extracción de materias primas y las emisiones asociadas (Cerame-Unie, 2020; Boschi et al., 2023).

Sin embargo, es importante reconocer que la producción de cerámicas avanzadas también enfrenta desafíos ambientales. La obtención de materias primas ultrafinas y la necesidad de altas temperaturas en la sinterización implican un consumo energético considerable. A pesar de ello, al analizar el ciclo de vida completo del producto, los beneficios en durabilidad, eficiencia y reducción de emisiones compensan este gasto inicial.

En síntesis, aunque ninguna tecnología está totalmente exenta de impacto, las cerámicas avanzadas representan un avance significativo hacia una industria más limpia y sostenible. Su eficiencia energética, su prolongada vida útil y su integración en tecnologías verdes consolidan su papel como una alternativa viable para reducir el impacto ambiental del sector cerámico tradicional y avanzar hacia un modelo productivo más responsable.

Bibliografía:

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GGS Ceramic. (2025, 17 de enero). Cerámica tradicional y cerámica avanzada. https://ggsceramic.com/es/noticia/ceramica-tradicional-y-ceramica-avanzada/

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Prasad, A. S., Singh, S., & Sinha, S. K. (2020). Advanced ceramics for energy and environmental applications [Cerámica avanzada para aplicaciones energéticas y medioambientales]. En A. S. Prasad (Ed.), Ceramics and Composites: Processing, Properties and Applications (pp. 221–245). Bentham Science Publishers. https://doi.org/10.2174/9789811478192120030008

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Randle, G. (2015). Enhanced range of Shapal Hi-M soft rods now available. Precision Ceramics. https://precision-ceramics.com/eu/enhanced-range-of-shapal/

Mistler, R. E., & Twiname, E. R. (2000). Tape casting of ceramics: Theory and practice [Fundición de cintas en cerámicas: teoría y práctica]. The American Ceramic Society.

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Shackelford, J. F. (2009). Introduction to materials science for engineers [Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros] (7th ed.). Pearson Prentice Hall.

Villa, R., García-Ten, J., & Fabbri, P. (2024). Additive manufacturing of ceramics: Environmental benefits and challenges. Ceramics [Fabricación aditiva de cerámica: beneficios y desafíos ambientales. Cerámica], 7(1), 19. https://doi.org/10.3390/ceramics7010019