Estructuras de los cerámicos cristalinos:
Existen dos características que componen los materiales cerámicos cristalinos que determinan la estructura cristalina: el valor de la carga eléctrica de los iones componentes y los tamaños relativos de los cationes y aniones.
El cristal debe ser eléctricamente neutro, o sea todas las cargas positivas de las cationes deben ser equilibradas por un número igual de cargas negativas de los aniones.
Los tamaños de los radios iónicos de los cationes y aniones, rc y rA respectivamente. Puesto que los elementos metálicos proporcionan electrones al ser ionizados, los cationes son generalmente menores que los aniones, por tanto el cociente rc / rA es menor que la unidad.
Las estructuras estables de los materiales cerámicos se forman cuando los aniones que rodean un catión están todos en contacto con el catión tal como se ilustra en la figura:
Configuraciones estables e inestables de la coordinación entre aniones y cationes
Estructura del Cloruro Sódico
Un gran número de materiales cerámicos, incluyendo el CaO, el MgO, MnS, NiO, MnO, FeO, y el HfN poseen la estructura del cloruro de sodio, esta estructura es del tipo AX posee un número de coordinación tanto para los cationes y los aniones de 6, por consiguiente, el cociente del radio del catión y del anión esta comprendido entre 0,414 y 0,732.
Estructura cristalina del Cloruro de Cesio
El número de coordinación es 8 para ambos tipos de iones. El intercambio de las posiciones de los iones positivos y negativos reduce la misma escritura. Esta no es una estructura cúbica centrada en el cuerpo puesto que distintos tipos de iones ocupan los puntos de la red
Estructura Cristalina del Sulfuro de Zinc
La estructura de la blenda de la blenda de zinc es típica del ZnS, del BeO, del SiC y del ZnTe. Tiene estructura cristalina del tipo AX, en la cual el número de coordinación es 4; o sea, todos los iones están con coordinación tetraédrica. Se denomina estructura de la blenda o de la escalerita, lo cual corresponde al nombre dado al mineral de sulfuro de zinc.
Estructura cristalina de la Fluorita
El CaF2, el ThO2, el CeO2, el UO2, el ZrO2, el PuO2, y el HfO2, tienen la estructura de la florita, estos compuestos se destacan por la fórmula química AmXp, donde m y/o p son diferentes de 1. El cociente de radios iónicos rC/rA para el CaF2 es alrededor 0.8, lo cual, según la tabla 1, corresponde a un número de coordinación de 8.
Estructura Perovskite
Se encuentra en varios cerámicos eléctricos importantes, como el BaTiO3, y el SrTiO3. En este tipo de celda están presentes tres clases de iones. Si en las esquinas de un cubo están los iones de bario, los iones de oxígeno llenarán los sitios centrados en las caras y los iones de titanio ocuparán los sitios centrados en el cuerpo. La distorsión de la celda unitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.
Estructura de espinel
La estructura del espinel típica del MgAl2O4, tiene una celda unitaria que se puede visualizar como una formación de ocho cubos más pequeños. En cada uno de estos cubos menores se localizan iones de oxígeno en las posiciones normales de una red cúbica centrada en las caras. Dentro de los cubos pequeños hay cuatro sitios intersticiales octaédricos y ocho sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan tres. En espinel normal los iones bivalentes (como el ma2+) ocupan sitios tetraédricos y los triviales (como el Al3+), los octaédricos. En los espineles inversos, el ion bivalente y la mitad de los iones triviales se localizan en los sitios octaédricos. Esta estructura la tiene muchos cerámicos eléctricos y magnéticos importantes, incluyendo el Fe3O4.
Grafito
Al grafito, una de las formas cristalinas del carbono, alguna veces se le considera material cerámico, aunque el carbono es un elemento y no una combinación de átomos metálicos y no metálicos. El grafito tiene una estructura hexagonal por capas y se utiliza como material refractario, como lubricante y como fibra.
IMPERFECCIONES EN LAS ESTRUCTURAS
CERÁMICAS
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 NaCl pueden existir átomos intersticiales y vacantes de Na y átomos intersticiales y vacantes de Cl.
Un tipo de defecto está formado por una vacante catódica y un catión intersticial, esto se denomina un defecto de Frenkel.
Otro tipo de defecto encontrado en materiales AX es un par vacante catiónica-vacante aniónica conocido como defecto de Schottky. Este efecto debe visualizarse como el creado por la eliminación de un catión y un anión desde el interior del cristal y colocando a ambos en una superficie externa.
Impurezas en cerámicas.
Puesto que hay tanto cationes como aniones, una impureza sustituirá al átomo disolvente que sea más similar en comportamiento eléctrico; si el átomo de impureza forma normalmente un catión en un material cerámico, lo más probable es que sustituya al catión disolvente. Por ejemplo, en el cloruro sódico, las impurezas iónicas Ca2+ y O2- sustituirán probablemente a los iones Na+ y Cl-, respectivamente.
Para que en el estado sólido haya una solubilidad apreciable de los átomos de impurezas sustitucionales, los tamaños iónicos u la carga deben ser casi iguales a los de los iones disolventes.
Si una impureza iónica tiene una carga distinta de la del ion disolvente al cual sustituye, el cristal debe compensar esta diferencia de carga de manera que la electroneutralidad del sólido se mantenga. Una 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, incluyendo el LiF, el Zafiro (Al2O3), y el MgO se observan dislocaciones. Sin embargo, éstas no se mueven con facilidad por los siguientes factores que influyen:
Aunque las dislocaciones se mueven con mayor facilidad a temperaturas elevadas, es más probable que ocurra deformación mediante mecanismos como el deslizamiento de bordes de grano y el flujo viscoso de las fases vítreas.
Defectos superficiales.
Los cerámicos con un grano de tamaño fino tienen mayor resistencia que los cerámicos de grano más grueso. Los granos más finos ayudan a reducir los esfuerzos que se desarrollan en sus bordes debido a la alta expansión y la contracción anisotrópica. Normalmente, se produce un tamaño de grano fino utilizando desde el principio materias primas cerámicas de partículas más finas.
