En la historia del desarrollo de la civilización humana, la tecnología cerámica más temprana se remonta al Neolítico. Desde los productos de arcilla originales hasta la exquisita porcelana y la cerámica de ingeniería moderna, la tecnología cerámica está en constante innovación.
La cerámica es un tipo de material inorgánico no metálico, generalmente fabricado mediante la sinterización de compuestos a alta temperatura. Los materiales cerámicos poseen excelentes propiedades físicas y químicas. Desde la alfarería más antigua hasta las modernas piezas cerámicas de alta tecnología, el desarrollo de la tecnología cerámica ha sido testigo del progreso gradual de la artesanía y la tecnología humanas.
¿Te interesa saber la diferencia entre la cerámica tradicional y la cerámica avanzada? Este artículo te ayudará a encontrar la respuesta.
Enlaces rápidos
- ¿Qué son las cerámicas tradicionales?
- Tecnología de fabricación de cerámica tradicional
- Características de rendimiento de la cerámica tradicional
- Aplicaciones típicas de la cerámica tradicional
- ¿Qué es la cerámica avanzada?
- Principales materias primas para cerámica avanzada
- Tecnología de preparación de cerámica avanzada
¿Qué son las cerámicas tradicionales?
La cerámica tradicional se elabora a partir de minerales naturales como arcilla, feldespato y cuarzo. Este tipo de cerámica tradicional tiene una larga historia de desarrollo y una artesanía muy madura. Se utiliza ampliamente en la arquitectura, la decoración y la vida cotidiana. Cuencos, platos, jarrones y porcelanas comunes en nuestra vida diaria son de cerámica tradicional.
¿Qué son las cerámicas tradicionales?
La cerámica tradicional utiliza principalmente tres materias primas naturales:
Arcilla: Puede proporcionar mayor plasticidad y capacidad de moldeo.
Feldespato: Temperatura de sinterización más baja, lo que puede promover la densificación.
Cuarzo: ajusta el coeficiente de expansión térmica y mejora la resistencia mecánica.
Tecnología de fabricación de cerámica tradicional
El proceso de producción de la cerámica tradicional es relativamente sencillo y muy desarrollado. Se divide principalmente en las siguientes etapas principales:
- Procesamiento de materias primas: trituración, cribado y dosificación de minerales crudos.
Materias primas cerámicas sin tratar
- Moldeo: Utilización de la plasticidad de la arcilla para moldear o colar en barbotina.
Dando forma al tarro de cerámica
- Secado: Eliminar la humedad del cuerpo verde para prepararlo para la cocción posterior.
Cerámica esperando a secarse
- Sinterización: Sinterización a alta temperatura en un horno de alta temperatura.
Cocción de cerámica
Características de rendimiento de la cerámica tradicional
La cerámica es frágil y se rompe fácilmente.
El rendimiento de la cerámica tradicional es relativamente general y se utiliza principalmente en la vida cotidiana. Presenta una dureza moderada, es relativamente frágil, soporta altas temperaturas y posee buenas propiedades aislantes, lo que la hace ideal para su uso en infraestructuras y obras de arte decorativas.
Aplicaciones típicas de la cerámica tradicional
Materiales de construcción: Ladrillos, tejas utilizadas en la industria de la construcción.
Ladrillo cerámico imitación piedra
Utensilios de uso diario: vajillas y jarrones para la vida diaria
Vajilla de cerámica
Uso industrial: algunos se pueden utilizar para aislantes básicos y materiales de pulido.
¿Qué es la cerámica avanzada?
Las cerámicas avanzadas, también conocidas como cerámicas de ingeniería y cerámicas especiales, son compuestos de alta pureza y nuevos materiales cerámicos de alto rendimiento preparados a través de tecnología de proceso moderna.
Cerámica avanzada
Las cerámicas fabricadas con diferentes materiales cerámicos presentan distintas características de rendimiento. Las materias primas de las cerámicas avanzadas suelen ser compuestos refinados, como diversos óxidos, nitruros, etc. Estos compuestos de alta pureza presentan una consistencia y estabilidad muy elevadas, y son materiales irremplazables para diversas aplicaciones exigentes.
Principales materias primas para cerámica avanzada
-
Óxidos: Alúmina (Al2O3), óxido de circonio (ZrO2), óxido de berilio (BeO)
Cerámica de alúminaEsta es la cerámica avanzada más común y una de las más rentables. Posee excelentes propiedades integrales, alta dureza, resistencia a altas temperaturas y aislamiento eléctrico. Es el material preferido para diversas aplicaciones.
Se utiliza comúnmente en materiales refractarios, componentes aislantes, sustratos y abrasivos.
Cerámica de alúmina
Lectura ampliada: ¿El óxido de aluminio es venenoso?
Cerámica de zirconioSu tenacidad es una de las mejores entre muchas cerámicas, su resistencia es muy alta y es biocompatible y compatible con el cuerpo humano. Es un material cerámico de uso común en aplicaciones dentales.
Se utiliza comúnmente en cuchillos de cerámica, aplicaciones dentales, piezas de desgaste y sustratos.
Cerámica de zirconio
Lectura ampliada: ¿Cuáles son los usos de la cerámica de zirconio?
Cerámica de óxido de berilioSu conductividad térmica es excepcional y es uno de los mejores conductores térmicos entre los materiales cerámicos conocidos. Además, puede utilizarse como moderador y reflector en reactores nucleares. Resulta muy útil en aplicaciones nucleares. Sin embargo, cabe destacar que las materias primas de óxido de berilio suelen ser tóxicas, por lo que se requiere especial cuidado durante su fabricación.
Se utiliza comúnmente para sustratos, piezas resistentes al desgaste y piezas de alta temperatura.
Lectura ampliada: ¿Cuáles son los materiales cerámicos con mejor conductividad térmica?
-
No óxidos: carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4), nitruro de aluminio (AlN), carburo de boro (B4C)
Cerámica de nitruro de silicio:Tiene una fuerte resistencia al impacto y a la oxidación a altas temperaturas, y se utiliza a menudo en algunas piezas de alta resistencia a temperaturas extremas, como piezas de motores de automóviles, álabes de turbinas, cojinetes, etc.
Cerámica de nitruro de silicio
Lectura ampliada: Usos de la cerámica de nitruro de silicio
Cerámica de carburo de silicio:Es una de las cerámicas más duras, sólo superada por el diamante en dureza, y se la conoce como “diamante negro”.
Se utiliza comúnmente en sustratos semiconductores, componentes de equipos químicos y materiales a prueba de balas.
Cerámica de carburo de silicio
Lectura ampliada: ¿Cuáles son los usos de la cerámica de carburo de silicio?
Cerámica de nitruro de aluminioLa conductividad térmica del nitruro de aluminio también es excelente, y es uno de los mejores materiales cerámicos. Puede utilizarse como disipador de calor para la mayoría de los electrodomésticos de alta potencia.
Se utiliza comúnmente para sustratos de disipación de calor y componentes de disipación de calor.
Cerámica de nitruro de aluminio
Cerámica de carburo de boroEste es un excelente material antibalas, conocido como la "cerámica antibalas más ligera". Su densidad es menor que la de los materiales cerámicos comunes y su rendimiento protector es elevado. En el ejército estadounidense, muchos insertos de protección para armas pequeñas utilizan placas de cerámica de carburo de boro.
Cerámica de carburo de boro
Lectura ampliada: Aplicación del carburo de boro en blindaje
-
Materiales compuestos: Compuestos de matriz cerámica
Las cerámicas compuestas se fabrican con diversos materiales cerámicos, que combinan múltiples propiedades superiores y compensan sus deficiencias. Las más comunes son la cerámica de alúmina reforzada con zirconio (ZTA) y la zirconia estabilizada con itria (YSZ). Una de ellas mejora la tenacidad de la alúmina y la otra aumenta la estabilidad de la zirconia original.
Tecnología de preparación de cerámica avanzada
En comparación con la cerámica tradicional, el proceso de preparación de la cerámica avanzada es más complejo y preciso, y requiere el uso de diversos equipos técnicos. Los pasos principales son los siguientes:
- Síntesis de polvos: procesamiento de materias primas cerámicas en polvos ultrafinos
Polvo cerámico
- Moldeo: Moldeo mediante prensado isostático, moldeo por inyección y otros métodos.
Moldes de moldeo por inyección de cerámica
- Sinterización: Sinterización a alta temperatura con control preciso de la temperatura
Sinterización cerámica avanzada
- Posprocesamiento: Finalmente, se llevan a cabo una serie de procesamientos de precisión y tratamientos de superficie.
Mecanizado de precisión de cerámica
Tabla de parámetros de rendimiento de cerámica avanzada
Hemos elaborado tablas de parámetros de rendimiento de varios materiales cerámicos avanzados para su referencia.
|
Actuación |
Unidad |
Al₂O₃ |
ZrO₂ |
BeO |
AlN |
Si₃N₄ |
Sic |
B₄C |
|
Densidad |
（g/cm3） |
3.95-4.1 |
5.6-6.1 |
3.0 |
3.26 |
3.2-3.3 |
3.1-3.3 |
2.5-2.6 |
|
Resistencia a la compresión |
（MPa） |
1500-2000 |
1200-1300 |
1700-2000 |
1700-2000 |
1700-2200 |
2500-3000 |
3000-3500 |
|
Resistencia a la flexión |
（MPa） |
200-400 |
900-1200 |
400-600 |
350-600 |
1000-1500 |
400-600 |
400-600 |
|
Tenacidad a la fractura |
(MPa·m^1/2) |
250-350 |
500-600 |
300-450 |
200-400 |
800-1200 |
600-800 |
500-700 |
|
Coeficiente de expansión térmica |
(10⁻⁶/K) |
3-4 |
8-10 |
3-4 |
3.5-4 |
6-7 |
4-5 |
3-4 |
|
Conductividad térmica |
(W/m·K) |
7.9-9 |
2.2-2.5 |
200-250 |
180-220 |
30-35 |
120-150 |
30-50 |
|
Punto de fusión |
(℃) |
2050 |
2700 |
2500 |
2200 |
1900 |
2700 |
2500 |
Conclusión
La cerámica tradicional sigue desempeñando un papel importante en aplicaciones básicas de la vida gracias a su tecnología y economía maduras, mientras que la cerámica avanzada impulsa el desarrollo de industrias de alta tecnología gracias a su excelente rendimiento. Gracias por leer este artículo; espero que le sea útil.
Conozca más sobre los materiales cerámicos