Cerámica de óxido
La cerámica de óxido es una forma especial de cerámica de alto rendimiento o cerámica técnica. Pertenece al ámbito de las cerámicas técnicas. Su fabricación se basa en la tecnología de polvos cerámicos y no en la metalurgia clásica. Las cerámicas de óxido están compuestas por óxidos metálicos de alta pureza. La cerámica de óxido incluye óxidos puros, óxidos mixtos y fases de óxido estabilizadas, y se caracteriza por su alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia química y estabilidad térmica.
Las materias primas típicas son el óxido de aluminio, el óxido de circonio, el óxido de magnesio o el óxido de itrio. Estos polvos se trituran muy finamente. A continuación, se dosifican con precisión y se mezclan de forma homogénea. A continuación, se les da forma, por ejemplo, mediante prensado o moldeo por inyección. La compactación se realiza mediante sinterización a temperaturas muy altas. El resultado son materiales densos, sólidos y casi sin poros.
Las cerámicas de óxido pueden tener diferentes estructuras y propiedades. Estas dependen de la composición, el tamaño del grano y el proceso de sinterización. Químicamente, las cerámicas de óxido son en gran medida inertes. Apenas reaccionan con ácidos, álcalis o disolventes. Además, son aislantes eléctricos y resistentes a la temperatura.
Una característica fundamental es su elevada dureza, que supera con creces la del acero. Dependiendo del material, la dureza Vickers puede ser varias veces superior a la del acero templado. Por ello, las cerámicas de óxido son ideales como protección contra el desgaste.
En la práctica, se aplican a menudo como recubrimiento sobre componentes metálicos. Esto se hace, entre otras cosas, mediante procesos de pulverización térmica. Los procesos típicos son la pulverización por plasma, la pulverización con llama a alta velocidad o la pulverización con sistemas rellenos de polvo o alambre. El resultado es una capa cerámica firmemente adherida al material base.
Si la cerámica de óxido se utiliza como protección de ejes, es necesario un tratamiento posterior. La superficie recubierta se pule y se lapea con grano microfino. De este modo se obtienen superficies extremadamente lisas y muy dimensionalmente estables. A menudo son brillantes como un espejo. Visualmente, a menudo son difíciles de distinguir del sustrato metálico. Debido a su dureza, resistencia al desgaste y resistencia química, la cerámica de óxido es un material fundamental en la construcción de máquinas e instalaciones. Se utiliza con frecuencia en aplicaciones que requieren una larga vida útil y una baja contaminación.
1. Densidad y densidad relativa
La compactación alcanzada es decisiva para la resistencia y la resistencia al desgaste.
Densidad aparente:
ρ = m / V
- ρ = densidad
- m = masa
- V = volumen
Densidad relativa:
ρrel = ρteórica /ρmedida
En la práctica, los valores superiores al 98 % se consideran sinterizados de alta calidad.
2. Dureza (dureza Vickers)
Muy relevante para las capas de protección contra el desgaste.
HV = 1,854 ⋅ F/d2
- HV = dureza Vickers
- F = fuerza de ensayo
- d = diagonal media de la impresión
Valores típicos:
- Óxido de aluminio: 1500-2200 HV
- Acero: 200-800 HV
3. Resistencia a la flexión (ensayo de flexión de 3 puntos)
Importante para materiales frágiles como las cerámicas.
σB = 3FL/(2bh2)
- σB = resistencia a la flexión
- F = fuerza de rotura
- L = luz
- b = anchura de la muestra
- h = espesor de la muestra
Las cerámicas de óxido suelen tener valores de entre 300 y 1000 MPa.
4. Dilatación térmica
Importante en recubrimientos cerámicos sobre metal.
ΔL = α⋅L0⋅ ΔT
- α = coeficiente de dilatación térmica lineal
- L0 = longitud inicial
- ΔT = cambio de temperatura
Valores típicos:
Óxido de aluminio: ~8 · 10⁻⁶ /K
Acero: ~12 · 10⁻⁶ /K
→ explica las tensiones térmicas en las interfaces.