Imperfecciones en Las Estructuras Ceramicas

IMPERFECCIONES EN LAS ESTRUCTURAS CERAMICAS

Defectos atómicos puntuales. En los compuestos cerámicos pueden existir defectos atómicos que involucran a los átomos disolventes. Tal como ocurre en los metales, pueden existir tanto vacantes iónicas como iones intersticiales; sin embargo, puesto que los materiales cerámicos contiene iones de dos tipos, pueden existir defectos con cada tipo de iones. Por ejemplo, en el Na Nal l pu pued eden en ex exis isti tirr át átom omos os in inter terst stic icia iale les s ! va vaca cant ntes es de Na ! átomos intersticiales ! vacantes de l. "n tipo de defecto está formado por una vacante catódica ! un catión intersticial, esto se denomina un defecto de Frenkel. Frenkel.

Impue!as en ce"micas. Puesto que #a! tanto cationes como aniones, una impure$a sustituirá al átomo disolvente que sea más similar en comportamiento el%ctrico; si el átomo de impure$a forma normalmente un catión en un material cerámico, lo más probable es que sustitu!a al catión disolvente. Por ejem ej empl plo, o, en el cl clor orur uro o só sódi dico co,, la las s im impu pure re$a $as s ió ióni nica cas s a a&' &' ! (& (&)) sustituirán probablemente a los iones Na' ! l), respectivamente. Para que en el estado sólido #a!a una solubilidad apreciable de los átomos de impure$as sustitucionales, los tama*os iónicos u la carga deben ser casi iguales a los de los iones disolventes. +i un una a im imp pur ure$ e$a a ió ión nic ica a tie iene ne un una a car arga ga di dis sti tint nta a de la de dell io ion n disolvente al cual sustitu!e, el cristal debe compensar esta diferencia de carga de manera que la electroneutralidad del sólido se mantenga. "na manera de conseguirlo es mediante la formación de defectos puntuales de la red vacantes iónicas o iones intersticiales de ambos tipos.

Dislocaciones. En algunos materiales cerámicos, inclu!endo el -i, el /a0ro 12l&(34, ! el 5g( se observan dislocaciones. +in embargo, %stas no se mueven con facilidad por los siguientes factores que in6u!en •

7ebido a

un

vector

de

8urgers grande,

a la presencia

de

relativamente pocos sistemas de desli$amiento, ! a la necesidad de romper enlaces iónicos fuertes para despu%s obligar a los iones a desli$arse frente a los de carga opuesta. •

7ebido a que no ocurre desli$amiento las grietas no se redondean por la deformación del material que se encuentra en la punta de la grieta !, en consecuencia, su propagación contin9a. El material cerámico es frágil. 2unque las

dislocaciones se

mueven

con

ma!or

facilidad a

temperaturas elevadas, es más probable que ocurra deformación mediante mecanismos como el desli$amiento de bordes de grano ! el 6ujo viscoso de las fases v:treas.

Defectos supe#ciales. -os cerámicos con un grano de tama*o 0no tienen ma!or resistencia que los cerámicos de grano más grueso. -os granos más 0nos a!udan a reducir los esfuer$os que se desarrollan en sus bordes debido a la alta expansión ! la contracción anisotrópica. Normalmente, se produce un tama*o de grano 0no utili$ando desde el principio materias primas cerámicas de part:culas más 0nas.

Fallas mec"nicas en los mateiales ce"micos. -os materiales cerámicos tanto cristalinos como no cristalinos son mu! frágiles, particularmente a temperaturas bajas. El problema con la fractura frágil de los materiales cerámicos se intensi0ca por la presencia de imperfecciones como peque*as grietas, porosidad, inclusiones extra*as, fases cristalinas o un tama*o grande, que t:picamente se introduce en el proceso de manufactura .

Factua f"$il. ualquier grieta o imperfección limita la capacidad de un producto cerámico para resistir un esfuer$o a tensión. Esto es debido a que una grieta concentra ! ampli0ca el esfuer$o aplicado 1defecto de riarios factores facilitan el desli$amiento de los bordes de grano !, en consecuencia, reducen la resistencia a la termo 6uencia

•

 Tama*o de grano -os tama*os e grano más peque*os

•

incrementan la tasa de termo 6uencia. Porosidad 2l incrementar la porosidad en el cerámico, se reduce su sección transversal ! aumenta el esfuer$o que act9a sobre el producto cerámico para una carga dada; los poros tambi%n facilitan el desli$amiento de los bordes de grano. En

•

consecuencia la tasa de termo 6uencia se incrementa. ?mpure$as 7iversas impure$as pueden provocar la formación de fases en los bordes de grano, permitiendo termo 6uencia

•

debido al 6ujo viscoso.  Temperatura -as altas temperaturas reducen la resistencia de los bordes de grano, incrementan la velocidad de difusión ! promueven la formación de fases v:treas.

2l calentarse el cerámico, el 6ujo viscoso de la fase v:trea promueve el desli$amiento de bordes de grano ! reduce la resistencia a la termo6uencia ! a la temperatura. +i se permite que una fase cristalina precipite dentro de una fase v:trea, la viscosidad de la fase v:trea se incrementa mejorando la resistencia a la termo6uencia.