VIDRIOS CERÁMICOS
Son materiales cerámicos con estructura
no cristalina obtenidos a partir de sustancias inorgánicas
No presentan
estructuras 3D pero si presentan orden local en las subunidades que forman el material.
Estas subunidades del material se enredan en estado líquido al solidificar no pueden
desenredarse por esto tienen carácter amorfo.
Presentan una
temperatura de transición vítrea por debajo de la cual dejan de comportarse como
un líquido viscoso y pasan a comportarse como un sólido rígido (no tienen punto
de fusión)
En general
son aislantes, duros, transparentes, resistentes a la corrosión, impermeables al
vacío y presentan cierta resistencia mecánica.
La temperatura
de transición vítrea se aplica a un material no cristalino y es aquella que produce
un cambio gradual en el volumen específico a medida que se realiza una transición
entre las fases sólidas y líquida. La temperatura de fusión es característica de
los materiales cristalinos y a esta temperatura se produce una repentina discontinuidad
en el volumen especifico como consecuencia del cambio de fase.
Los vidrios
cerámicos no se convierten espontáneamente en un material cristalino, dado que,
aunque la energía del estado cristalino es más baja, existe una barrera de energía,
ΔE, que separa el estado amorfo del cristalino:
Esta barrera
representa la energía requerida para trasladar los átomos desde las posiciones desordenadas
en el sólido amorfo, a las posiciones propias de la red del cristal. El estado vítreo
es un estado metaestable.
3.1. VIDRIOS
CERÁMICOS. VIDRIOS DE SILICE
Están basados en la sílice (SiO4)-4
a partir de la que pueden formarse
Sílice cristalina: Cristobalita, Tridimita
y cuarzo
Vidrios de sílice- son estructuras amorfas
(no poseen estructuras cristalinas)- mediante procesos químicos se provoca el desprendimiento
de las moléculas de la superficie del filamento, con el fin de incrementar la proporción
de dióxido de silicio (SiO2) y con ello aumentar la resistencia del vidrio
a la temperatura. Los vidrios de sílice se utilizan en aplicaciones en las que se
requiere una alta resistencia a la temperatura, pero presentan una carga mecánica
más reducida.
Modificadores
La adición de óxidos modificadores a la
sílice determina roturas parciales de la red que debilitan su cohesión, disminuyen
su estabilidad y consecuentemente rebajan su temperatura de reblandecimiento. Pueden
ser óxidos alcalinos y alcalinotérreos
El oxígeno
añadido mediante estos óxidos representa un exceso de este sobre la red del vidrio,
lo cual implica la rotura de los enlaces, por cada molécula de óxido modificador
que se añade a la sílice, se rompe un enlace Si-O-Si para poder incorporar el oxígeno
adicional. De esta forma los dos silicios vecinos ya no quedan unidos a un mismo
oxigeno sino a dos diferentes (digamos cada uno al suyo). Se unen cada uno a un
solo átomo de oxígeno, esto lo que crea son puntos de discontinuidad reticular.
Los iones metálicos no entran en la red, quedan en los intersticios de esta enlazados
iónicamente (empaquetamiento más compacto).
Cuanto mayor
sea la proporción de óxidos alcalinos incorporados mayor será el número de puntos
de rotura y más se debilitará la red, ello se manifiesta en:
·
Disminuyen la temperatura de reblandecimiento
·
Debilitan la rigidez mecánica
·
Aumento del coeficiente de dilatación térmica
·
Un empeoramiento de la resistencia al choque
térmico
·
Mayor riesgo de desvitrificación
Promueven la
cristalinidad, si la relación O/Si >2.5, también es posible formar vidrios con
una relación O/Si>3 empleando altas velocidades de enfriamiento.
La desvitrificación
no es deseable debido a la perdida de transparencia y a la debilitación del material,
producida por cambios de volumen y tensiones asociadas a las transformaciones.
Un vidrio de
sílice puede incorporar cantidades crecientes de óxidos modificadores hasta una
determinada proporción para la cual la cohesión reticular resulte tan pequeña que
se produzca la desvitrificación.
Vitrificantes. Son sustancias
que favorecen la formación de una sustancia amorfa, son necesarios para el caso
que se han añadido demasiados modificadores. Ej: B2O3, SiO2,
GeO2, P2O5 y V2O5
Óxidos intermetálico. No forman vidrios
por sí solos, pero pueden incorporarse a la estructura de un ya formado. Ej: TiO2,
ZnO, PbO, Al2O3y BeO. Pueden comportarse como modificadores
o vitrificantes dependiendo de la composición global
