2.6.9. Ceràmiques avançades o nous materials

Figura 119. Reaccions d’hidratació de les distintes espècies que formen el clínquer

Així doncs, el ciment Portland és un ciment hidràulic perquè la seua duresa es desenvolupa per reaccions químiques amb l’aigua. Les propietats del ciment Portland, incloent-hi el temps d’enduriment i la resistència final, depenen en gran mesura de la seua composició. S’utilitza fonamentalment en argamassa i formigó per enllaçar, en una massa cohesionada, agregats de partícules inerts (sorra i/o grava) i obtenir-hi una tipologia de materials que es poden considerar com a compostos.

Uns altres ciments com les calcàries no són hidràulics, és a dir, per al seu endu.riment intervenen uns altres agents diferents a l’aigua, com el CO2

2.6.9. Ceràmiques avançades o nous materials

Si bé les anomenades ceràmiques tradicionals són les que abasten un major camp de producció, són els anomenats nous materials ceràmics els que tenen el seu camp d’actuació en les tecnologies més avançades, en particular en les propietats elèctriques (electroceràmiques), magnètiques, òptiques i en el camp de les ciències de la salut (bioceràmiques).

A més a més, les ceràmiques avançades es poden utilitzar en motors de combustió interna i en turbines, com plaques de blindatges, en l’empaquetat electrònic, com a eines de tall, així com també en la conversió, emmagatzematge i generació d’energia: bateries sòlides, socf (Solid Oxide Cell Fuel), cèl·lules solars,...

En resum, aquests materials tenen composicions molt específiques, amb no molts components, on es controlen la puresa i els seus estequiometries. També moltes vegades comporten processos de síntesis controlats.

Podrem veure més exemples en el capítol dedicat a les propietats dels materials. Com avançament es pot indicar la seua aplicació en els motors de combustió interna, utilitzant components ceràmics per a revestiments de motors, com l’òxid de zirconi (ZrO2). El principal inconvenient que presenten les ceràmiques en aquesta aplicació, és la seua tendència a la fractura fràgil, per la seua baixa tenacitat de fractura. Actualment, es desenvolupen tècniques per incrementar les característiques de tenacitat d’aquests materials. Una tècnica molt interessant per augmentar la tenacitat de les ceràmiques consisteix en la transformació de fase per frenar la propagació d’escletxes i es denomina augment de tenacitat per transformació. Així, partícules menudes de ZrO2 es dispersen dins del material estructural, que poden ser també zircònia. Se solen utilitzar CaO, MgO, Y O2 3 i CeO com estabilitzadors. L’estabilització parcial permet la retenció de la fase tetragonal metaestable a temperatura ambient, en lloc de la fase monoclínica. Aquesta transformació va acompanyada d’un augment de volum i el resultat causa l’establiment de tensions de compressió sobre la superfície de l’escletxa que la mantenen tancada i, per tant, detenen el seu creixement, com s’observa en la figura 120.

També es poden desenvolupar blindatges ceràmics per a la protecció de personal, vehicles, etc., on s’utilitzen una o més plaques ceràmiques que es combinen amb altres materials més dúctils i més tous (plaques d’alumini, laminat de fibres sintètiques, etc., fent aquests últims d’absorbidors de la tensió. S’utilitzen materials per a blindatges com ara alúmina (Al2O3), carbur de bor (B4C), de silici (SiC) o diborur de titani (TiB2).

Figura 120. Esquema de l’augment de tenacitat per transformació. (a) Una escletxa abans de la transformació de les partícules de ZrO2. (b) Detenció de l’escletxa per la transformació de fase, induïda per la tensió. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona