TEMA 3. ESTRUCTURA ATÓMICA Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
¾ ENLACE Y ESTRUCTURA - Enlace Iónico - Enlace Covalente - Van der Waals - Polimorfismo y Transformaciones - Estructura Vítrea ¾ PROPIEDADES - Densidad y Tª fusión - Prop. Térmicas - Prop. Eléctricas - Prop. Mecánicas
Estructura de los Materiales Cerámicos Enlace iónico Un átomo donor y otro aceptor Unión metal - no metal NaCl: Na+ - ClEstructura cristalina compacta, número de coordinación máximo, relación radio iones r (Mg +2 / O -2) = 0.51 Número de coordinación = 6
Estructura cristalina MgO (NaCl)
Estructura. Enlace Iónico El grado del carácter de enlace iónico se puede estimar mediante la escala de electronegatividad
EMg - EO = 2.3 ESi - EO = 1.7 ESi - EC = 0.3
F. iónica MgO: 0.75 F iónica SiO2: 0.50 F iónica SiC: < 0.1
•Los iones monovalentes grupos IA (Li, Na, K…) y VIIA (F, Cl, …) ionicos casi puros. HV↓; Tm↓ •La resistencia del enlace (HV, Tm..) aumenta con la carga (MgO, Al2O3, ZrO2…) Atracción electrostática
Estructura. Enlace covalente Enlace Covalente Los átomos comparten electrones. Estructuras abiertas → baja densidad y expansion térmica Los enlaces son direccionales, orbitales llenos El enlace de los átomos de carbón en el diamante es un buen ejemplo Resistencia y dureza elevadas Nitruros, carburos, boruros, siliciuros Los silicatos poseen enlaces combinadas
Estructura del diamante
Estructura. Enlace covalente
Enlace iónico 1.-Un átomo donor y otro aceptor 2.-Electronegatividades de los átomos muy diferentes 3.-Estructuras compactas 4.-Enlace no direccional
Enlace Covalente 1.-Compartición de electrones 2.-Electronegatividades similares 3.-Estructuras no compactas 4.-Enlace direccional
5.-La resistencia del enlace aumenta con la carga
5.-Compuestos con resistencia y temperaturas de fusión altas
6.-Conductividad baja
6.-A menudo poseen expansión térmica baja
eléctrica
Estructura. Fuerzas de Van der Waals
Enlaces débiles que se producen entre estructuras en capas: arcillas, mica, grafito, nitruro de boro hexagonal Propiedades muy anisotrópicas Deslizamiento entre las capas
FUERTE ANISOTROPIA
Estructura. Polimorfismo Los materiales cerámicos pueden tener composicion Idéntica y estructura cristalina muy diferente Ejemplos: ZrO2:
1170º C 2370º C monoclínico ← → tetragonal ← → cúbico
Si3N4 Transición α β SiC Transición β α (cub)→ (hex) SiO2 (gran cantidad de polimorfos) BN (hexagonal - cúbica) C (grafito - diamante) Transformación desplazativa o martensítica: ligeras alteraciones de la estructura cristalina. Ej.: ZrO2 t →m. Transformación reconstructiva: rotura de enlaces y formación de enlaces nuevos. Procesos de difusión. Ej.: Si3N4 α β
Estructura. Polimorfismo
0.3%∆V >3%∆V
1.6%∆V 0.8%∆V
Cuarzo , cristobalita: grietas en el ciclado térmico ∆V
rapida
Temperatura
Se puede inhibir (son lentas)
Estructura. Vidrios El vidrio se forma cuando la cerámica fundida se enfría muy rápido. Temperatura de transición vítrea (Tg) : Intersección entre las curvas de líquido superenfriado y el estado vítreo Para T