Material ceràmic

L'argila és la base dels materials ceràmics tradicionals

Un material ceràmic és aquell constituït per sòlits inorgànics metàlics o no metàlics que ha segut fabricat per mig de tractament tèrmic. Les ceràmiques tradicionals estan compostes d'argila, no obstant en l'actualitat existixen numerosos materials ceràmics de diferent composició que tenen moltes aplicacions, per eixemple en l'indústria aeronàutica i en medicina. La pasta ceràmica més bàsica és el fanc comú, o fanc roig que està format per silicat d'alumini procedents de la descomposició d'atres roques primàries i pot tindre diferents impurees com òxit de ferro que li dona el to rojós. Per a obtindre objectes de ceràmica a partir del fanc és imprescindible un forn que calent el material a altes temperatures. Encara que els materials ceràmics no són metals, poden incloure en la seua composició àtoms metàlics com el ferro o l'alumini. Els materials ceràmics alvançats es fabriquen a pur de matèries primeres d'alta purea i composició química controlada, per eixemple titanato de bari. El processat està subjecte a un control precís de tal forma que el producte final conta en una microestructura definida que assegura una alta fiabilitat per al fi per al que s'ha dissenyat, per eixemple en medicina per a ossos i articulacions artificials o implants dentals. Les propietats d'estos materials solament es conseguixen despuix d'un tractament tèrmic en el que se somet el material original a altes temperatures, lo que li conferix les característiques que es desigen obtindre.

Propietats

Els materials ceràmics poden tindre una estructura cristalina o no cristalina (amorfa), en ocasions una mescla d'abdós. Per això les propietats són diferents depenent del tipo de material. En general es comporten com a aïllants elèctrics i tèrmics, presenten gran durea i un elevat punt de fusió, gran resistència a la compressió al desgast i a la corrosió. Solen presentar problemes de fragilitat, és dir tendència a quebrar-se o partir-se en càrregues d'impacte baixes. Per això s'estan desenrollant nous materials ceràmics en major resistència a la fractura.

Classificació de les ceràmiques tradicionals

La rajola és un dels productes ceràmics més antics utilisat per l'home

Materials ceràmics porosos

No han sofrit vitrificació, és dir, el material inicial no s'aplega a fondre. La seua fractura (en trencar-se) és terrosa, sent totalment permeables als gasos, líquits i grassas. Els més importants:

• Argila cuita. De color rojós pel òxit de ferro de les argila que la componen. La temperatura de cocció és d'entre 700 a 1000 °C. Si una volta cuita es recobrix en òxit d'estany (similar a esmalt blanc), es denomina escurada estannífera. El horneado de argila ha segut essencial en la producció tradicional de taulells, rajolas, teixixques, aixina com de tot tipo de recipients de fanc.

• Escurada italiana. Es fabrica en argila entre groguenca i rojosa mesclada en arena, podent recobrir-se de barniz transparent. La temperatura de cocció varia entre 1050 a 1070 °C.
• Escurada anglesa. Fabricada d'argila arenenca de la que s'elimina per mig de llavat l'òxit de ferro i se li afig sílex (25-35 %), algeps, feldespat (baixant el punt de fusió de la mescla) i caolín per a millorar la blancor de la pasta. La cocció es realisa en dos fases:

1. Cuit entre 1200 i 1300 °C.
2. S'extrau del forn i es cobrix d'esmalt. El resultat és anàlec a les porcelanes, pero no és impermeable.

• Refractarios. Es tracta de argila cuites porosas en l'interior de les quals hi ha unes proporcions grans d'òxit d'alumini, tori, berili i zirconi. La cocció s'efectua entre els 1300 i els 1600 °C. El refredat es deu realisar llenta i progressivament per a no produir agrietamientos ni tensions internes. S'obtenen productes que poden resistir temperatures de fins a 3000 °C. La norma europea DIN 51060/ISO/R 836, considera resistent a la calor aquell material que es reblandece a una temperatura inferior de 1500 °C; i refractario, aquell material que es reblandece en un mínim de temperatura de 1500 °C i alta refractariedad per a aquell material que es reblandece a una temperatura mínima de 1800 °C. L'aplicació més usual són els Rajoles refractarios, que deuen soportar altes temperatures en l'interior de forns.

Materials ceràmics impermeables i semi-impermeables

La porcelana es caracterisa per la seua finura i transparència despuix de la cocció.

Li'ls ha somés a temperatures prou altes en les que es vitrifica completament l'arena de cuarzo. D'esta manera s'obtenen productes impermeables i més durs. Els més destacats:

• Gres ceràmic comú.- S'obté a partir de argila ordinàries, someses a temperatures d'uns 1300 °C. És molt amprat en paviments.
• Gres ceràmic fi.- Obtingut a partir de argila refractarias (contenint òxits metàlics) a les que se li afig un fundente (feldespat) a l'objecte de rebaixar el punt de fusió. Més tart s'introduïxen en un forn a uns 1300 °C. Quan està a punt de finalisar la cocció, s'impregnen els objectes de sal marina. La sal reacciona en l'argila i forma una fina capa de silicoaluminato alcalino vitrificado que conferix al gres el seu vidriado característic.
• Porcelana.- S'obté a partir d'una argila molt pura, denominada caolín, a la que se li afig fundente (feldespat) i un desengrasante (cuarzo o sílex). Són elements molt durs solent tindre una gruixa chicoteta (de 2 a 4 mm), el seu color natural és blanc o translúcido. Per a que el producte es considere porcelana és necessari que sofrixca dos cocció: una a una temperatura d'entre 1000 i 1300 °C i una atra a més alta temperatura podent aplegar als 1800 °C. Tenint multitut d'aplicacions en la llar (bateries de cuina, vaixelles, etc.) i en l'indústria (toveres de reactors, aïllants en transformadors, etc.). Segons la temperatura es distinguixen dos tipos:
  • Porcelanes blanes. Cuites a uns 1000 °C, es trauen se'ls aplica esmalt i es tornen a introduir en el forn a una temperatura de 1250 °C o més.
  • Porcelanes dures. Es couen a 1000 °C, a continuació es trauen, es esmaltan, i es reintroducen en el forn a uns 1400 °C o més. Si es decoren es realisa esta operació i després es tornen a introduir en el forn a uns 800 °C.