Cerámica

Cerámica es cualquiera de los diversos materiales duros, quebradizos, resistentes al calor y a la corrosión que se fabrican moldeando y luego quemando un material inorgánico no metálico, como la arcilla, a alta temperatura. Ejemplos comunes son la loza, la porcelana y el ladrillo.

Las primeras cerámicas realizadas por el ser humano fueron objetos de alfarería (vasijas o vasijas) o figurillas hechas de arcilla, sola o mezclada con otros materiales como la sílice, endurecida y sinterizada al fuego. Más tarde, las cerámicas se esmaltaron y cocieron para crear superficies lisas y coloreadas, disminuyendo la porosidad mediante el uso de revestimientos cerámicos amorfos y vítreos sobre los sustratos cerámicos cristalinos. La cerámica ahora incluye productos domésticos, industriales y de construcción, así como una amplia gama de materiales desarrollados para su uso en ingeniería cerámica avanzada, como en semiconductores.

La palabra " cerámica " proviene de la palabra griega κεραμικός (keramikos), "de cerámica" o "para cerámica", de κέραμος (keramos), "barro de alfarero, teja, cerámica". La primera mención conocida de la raíz "ceram-" es el griego micénico ke-ra-me-we, trabajadores de la cerámica escritos en escritura silábica lineal B. La palabra cerámica se puede usar como adjetivo para describir un material, producto o proceso, o se puede usar como sustantivo, ya sea singular o, más comúnmente, como el sustantivo plural "cerámica".

Materiales

El material cerámico es un material inorgánico, no metálico, de óxido, nitruro o carburo. Algunos elementos, como el carbono o el silicio, pueden considerarse cerámicos. Los materiales cerámicos son frágiles, duros, resistentes a la compresión y débiles al cizallamiento y la tensión. Soportan la erosión química que se produce en otros materiales sometidos a ambientes ácidos o cáusticos. La cerámica generalmente puede soportar temperaturas muy altas, que van desde 1000 °C a 1600 °C (1800 °F a 3000 °F).

La cristalinidad de los materiales cerámicos varía ampliamente. La mayoría de las veces, la cerámica cocida está vitrificada o semivitrificada, como es el caso de la loza, el gres y la porcelana. La cristalinidad variable y la composición de electrones en los enlaces iónicos y covalentes hacen que la mayoría de los materiales cerámicos sean buenos aislantes térmicos y eléctricos (investigados en ingeniería cerámica). Con una gama tan amplia de opciones posibles para la composición/estructura de una cerámica (casi todos los elementos, casi todos los tipos de unión y todos los niveles de cristalinidad), la amplitud del tema es enorme y los atributos identificables (dureza, tenacidad, conductividad eléctrica) son difíciles de especificar para el grupo en su conjunto. Propiedades generales tales como alta temperatura de fusión, alta dureza, baja conductividad, alto módulo de elasticidad,con excepciones conocidas a cada una de estas reglas (cerámica piezoeléctrica, temperatura de transición vítrea, cerámica superconductora). Muchos compuestos, como la fibra de vidrio y la fibra de carbono, aunque contienen materiales cerámicos, no se consideran parte de la familia cerámica.

Los materiales cerámicos cristalinos altamente orientados no son aptos para una gran variedad de procesos. Los métodos para manejarlos tienden a caer en una de dos categorías: hacer la cerámica en la forma deseada, por reacción in situ, o "formar" polvos en la forma deseada y luego sinterizar para formar un cuerpo sólido. Las técnicas de formación de cerámica incluyen la formación a mano (que a veces incluye un proceso de rotación llamado "lanzamiento"), fundición deslizante, fundición en cinta (utilizada para fabricar condensadores cerámicos muy delgados), moldeo por inyección, prensado en seco y otras variaciones.

Muchos expertos en cerámica no consideran que los materiales con carácter amorfo (no cristalino) (es decir, vidrio) sean cerámicas, aunque la fabricación de vidrio implica varios pasos del proceso cerámico y sus propiedades mecánicas son similares a las de los materiales cerámicos. Sin embargo, los tratamientos térmicos pueden convertir el vidrio en un material semicristalino conocido como vitrocerámica.

Las materias primas cerámicas tradicionales incluyen minerales arcillosos como la caolinita, mientras que los materiales más recientes incluyen óxido de aluminio, más comúnmente conocido como alúmina. Los materiales cerámicos modernos, que se clasifican como cerámicas avanzadas, incluyen el carburo de silicio y el carburo de tungsteno. Ambos son valorados por su resistencia a la abrasión y, por lo tanto, encuentran uso en aplicaciones tales como placas de desgaste de equipos de trituración en operaciones mineras. Las cerámicas avanzadas también se utilizan en las industrias médica, eléctrica y electrónica y en las armaduras corporales.

Historia

Los seres humanos parecen haber estado haciendo su propia cerámica durante al menos 26.000 años, sometiendo arcilla y sílice a calor intenso para fusionar y formar materiales cerámicos. Los primeros encontrados hasta ahora estaban en el sur de Europa central y eran figuras esculpidas, no platos.La cerámica más antigua conocida se hizo mezclando productos animales con arcilla y cocida en hornos a una temperatura de hasta 800°C. Si bien se han encontrado fragmentos de cerámica reales de hasta 19.000 años de antigüedad, no fue hasta unos diez mil años después que la cerámica regular se volvió común. Un pueblo primitivo que se extendió por gran parte de Europa lleva el nombre de su uso de la cerámica, la cultura Corded Ware. Estos primeros pueblos indoeuropeos decoraban su cerámica envolviéndola con una cuerda, mientras aún estaba húmeda. Cuando se quemó la cerámica, la cuerda se quemó pero dejó un patrón decorativo de surcos complejos en la superficie.

La invención de la rueda eventualmente condujo a la producción de cerámica más suave y uniforme utilizando la técnica de formación de ruedas, como la rueda de alfarero. Las primeras cerámicas eran porosas y absorbían agua fácilmente. Se volvió útil para más artículos con el descubrimiento de las técnicas de vidriado, recubriendo la cerámica con silicio, ceniza de hueso u otros materiales que podrían derretirse y reformarse en una superficie vítrea, haciendo que la vasija sea menos permeable al agua.

Arqueología

Los artefactos de cerámica tienen un papel importante en la arqueología para comprender la cultura, la tecnología y el comportamiento de los pueblos del pasado. Se encuentran entre los artefactos más comunes que se encuentran en un sitio arqueológico, generalmente en forma de pequeños fragmentos de cerámica rota llamados tiestos. El procesamiento de los tiestos recolectados puede ser consistente con dos tipos principales de análisis: técnico y tradicional.

El análisis tradicional consiste en clasificar los artefactos cerámicos, los tiestos y los fragmentos más grandes en tipos específicos según el estilo, la composición, la fabricación y la morfología. Al crear estas tipologías, es posible distinguir entre diferentes estilos culturales, el propósito de la cerámica y el estado tecnológico de las personas, entre otras conclusiones. Además, al observar los cambios estilísticos de las cerámicas a lo largo del tiempo, es posible separar (seriar) las cerámicas en distintos grupos de diagnóstico (ensamblajes). Una comparación de artefactos cerámicos con conjuntos fechados conocidos permite una asignación cronológica de estas piezas.

El enfoque técnico del análisis cerámico implica un examen más detallado de la composición de los artefactos y tiestos cerámicos para determinar la fuente del material y, a través de esto, el posible sitio de fabricación. Los criterios clave son la composición de la arcilla y el temple utilizado en la fabricación del artículo objeto de estudio: el temple es un material que se añade a la arcilla durante la etapa inicial de producción y se utiliza para ayudar en el proceso de secado posterior. Los tipos de temple incluyen piezas de conchas, fragmentos de granito y piezas de tiestos molidos llamados 'grog'. El temple generalmente se identifica mediante un examen microscópico del material templado. La identificación de la arcilla se determina mediante un proceso de volver a cocer la cerámica y asignarle un color utilizando la notación Munsell Soil Color. Al estimar las composiciones de arcilla y temple, y ubicando una región donde se sabe que ocurren ambos, se puede hacer una asignación de la fuente de material. A partir de la asignación de origen del artefacto, se pueden realizar más investigaciones en el sitio de fabricación.

Propiedades

Las propiedades físicas de cualquier sustancia cerámica son el resultado directo de su estructura cristalina y composición química. La química del estado sólido revela la conexión fundamental entre la microestructura y las propiedades, como las variaciones de densidad localizadas, la distribución del tamaño de grano, el tipo de porosidad y el contenido de segunda fase, que pueden correlacionarse con propiedades cerámicas como la resistencia mecánica σ por Hall- Ecuación de Petch, dureza, tenacidad, constante dieléctrica y propiedades ópticas de los materiales transparentes.

La ceramografía es el arte y la ciencia de la preparación, examen y evaluación de microestructuras cerámicas. La evaluación y caracterización de microestructuras cerámicas a menudo se implementan en escalas espaciales similares a las que se usan comúnmente en el campo emergente de la nanotecnología: desde decenas de ångstroms (Å) hasta decenas de micrómetros (µm). Esto suele estar en algún lugar entre la longitud de onda mínima de la luz visible y el límite de resolución del ojo desnudo.

La microestructura incluye la mayoría de los granos, las fases secundarias, los límites de los granos, los poros, las microfisuras, los defectos estructurales y las microindentaciones de dureza. La mayoría de las propiedades mecánicas, ópticas, térmicas, eléctricas y magnéticas a granel se ven significativamente afectadas por la microestructura observada. El método de fabricación y las condiciones del proceso generalmente están indicados por la microestructura. La causa raíz de muchas fallas cerámicas es evidente en la microestructura escindida y pulida. Las propiedades físicas que constituyen el campo de la ciencia e ingeniería de materiales incluyen las siguientes:

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas son importantes en los materiales estructurales y de construcción, así como en los tejidos. En la ciencia de materiales moderna, la mecánica de fractura es una herramienta importante para mejorar el rendimiento mecánico de materiales y componentes. Aplica la física de la tensión y la deformación, en particular las teorías de la elasticidad y la plasticidad, a los defectos cristalográficos microscópicos que se encuentran en materiales reales para predecir la falla mecánica macroscópica de los cuerpos. La fractografía se usa ampliamente con la mecánica de fracturas para comprender las causas de las fallas y también para verificar las predicciones de fallas teóricas con fallas de la vida real.

Los materiales cerámicos suelen ser materiales con enlaces iónicos o covalentes. Un material que se mantiene unido por cualquier tipo de unión tenderá a fracturarse antes de que se produzca cualquier deformación plástica, lo que da como resultado una tenacidad deficiente en estos materiales. Además, debido a que estos materiales tienden a ser porosos, los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como concentradores de tensión, disminuyendo aún más la tenacidad y reduciendo la resistencia a la tracción. Estos se combinan para dar fallas catastróficas, a diferencia de los modos de falla más dúctiles de los metales.

Estos materiales muestran deformación plástica. Sin embargo, debido a la estructura rígida del material cristalino, existen muy pocos sistemas de deslizamiento disponibles para que las dislocaciones se muevan, por lo que se deforman muy lentamente.

Para superar el comportamiento frágil, el desarrollo de materiales cerámicos ha introducido la clase de materiales compuestos de matriz cerámica, en los que las fibras cerámicas están incrustadas y con recubrimientos específicos forman puentes de fibra a través de cualquier grieta. Este mecanismo aumenta sustancialmente la tenacidad a la fractura de dichas cerámicas. Los frenos de disco cerámicos son un ejemplo del uso de un material compuesto de matriz cerámica fabricado con un proceso específico.

Plantillas de hielo para propiedades mecánicas mejoradas

Si la cerámica se somete a una carga mecánica sustancial, puede someterse a un proceso llamado modelado de hielo, que permite cierto control de la microestructura del producto cerámico y, por lo tanto, cierto control de las propiedades mecánicas. Los ingenieros cerámicos utilizan esta técnica para ajustar las propiedades mecánicas a su aplicación deseada. Específicamente, la fuerza aumenta cuando se emplea esta técnica. Las plantillas de hielo permiten la creación de poros macroscópicos en una disposición unidireccional. Las aplicaciones de esta técnica de fortalecimiento de óxido son importantes para las celdas de combustible de óxido sólido y los dispositivos de filtración de agua.

Para procesar una muestra a través de plantillas de hielo, se prepara una suspensión coloidal acuosa para contener el polvo cerámico disuelto disperso uniformemente en todo el coloide.por ejemplo, zirconio estabilizado con itria (YSZ). Luego, la solución se enfría de abajo hacia arriba en una plataforma que permite el enfriamiento unidireccional. Esto obliga a los cristales de hielo a crecer de acuerdo con el enfriamiento unidireccional y estos cristales de hielo fuerzan a las partículas YSZ disueltas al frente de solidificación del límite de la interfase sólido-líquido, lo que da como resultado cristales de hielo puro alineados unidireccionalmente junto a bolsas concentradas de partículas coloidales. Luego, la muestra se calienta simultáneamente y la presión se reduce lo suficiente como para obligar a los cristales de hielo a sublimarse y las bolsas YSZ comienzan a recocerse para formar microestructuras cerámicas macroscópicamente alineadas. Luego, la muestra se sinteriza aún más para completar la evaporación del agua residual y la consolidación final de la microestructura cerámica.

Durante el modelado de hielo, se pueden controlar algunas variables para influir en el tamaño de los poros y la morfología de la microestructura. Estas variables importantes son la carga inicial de sólidos del coloide, la velocidad de enfriamiento, la temperatura y duración de la sinterización, y el uso de ciertos aditivos que pueden influir en la morfología microestructural durante el proceso. Una buena comprensión de estos parámetros es esencial para comprender las relaciones entre el procesamiento, la microestructura y las propiedades mecánicas de los materiales anisotrópicamente porosos.

Propiedades electricas

Semiconductores

Algunas cerámicas son semiconductores. La mayoría de estos son óxidos de metales de transición que son semiconductores II-VI, como el óxido de zinc. Si bien existen perspectivas de producir en masa LED azules a partir de óxido de zinc, los ceramistas están más interesados ​​en las propiedades eléctricas que muestran los efectos de límite de grano. Uno de los más utilizados es el varistor. Estos son dispositivos que exhiben la propiedad de que la resistencia cae bruscamente a un cierto voltaje de umbral. Una vez que el voltaje a través del dispositivo alcanza el umbral, hay una ruptura de la estructura eléctrica.en la vecindad de los límites de grano, lo que da como resultado que su resistencia eléctrica caiga de varios megaohmios a unos pocos cientos de ohmios. La principal ventaja de estos es que pueden disipar mucha energía y se reinician automáticamente; después de que el voltaje a través del dispositivo cae por debajo del umbral, su resistencia vuelve a ser alta. Esto los hace ideales para aplicaciones de protección contra sobretensiones; como hay control sobre el voltaje de umbral y la tolerancia de energía, encuentran uso en todo tipo de aplicaciones. La mejor demostración de su capacidad se encuentra en las subestaciones eléctricas, donde se emplean para proteger la infraestructura de la caída de rayos. Tienen una respuesta rápida, requieren poco mantenimiento y no se degradan apreciablemente con el uso, lo que los convierte en dispositivos prácticamente ideales para esta aplicación. Las cerámicas semiconductoras también se emplean como sensores de gas. Cuando varios gases pasan sobre una cerámica policristalina, su resistencia eléctrica cambia. Al ajustarse a las posibles mezclas de gases, se pueden producir dispositivos muy económicos.

Superconductividad

Bajo algunas condiciones, como una temperatura extremadamente baja, algunas cerámicas exhiben superconductividad a alta temperatura. No se entiende la razón de esto, pero hay dos familias principales de cerámicas superconductoras.

Ferroelectricidad y superseries

La piezoelectricidad, un vínculo entre la respuesta eléctrica y mecánica, se exhibe en una gran cantidad de materiales cerámicos, incluido el cuarzo que se usa para medir el tiempo en relojes y otros dispositivos electrónicos. Dichos dispositivos usan ambas propiedades de los piezoeléctricos, usando electricidad para producir un movimiento mecánico (alimentando el dispositivo) y luego usando este movimiento mecánico para producir electricidad (generando una señal). La unidad de tiempo medida es el intervalo natural requerido para que la electricidad se convierta en energía mecánica y viceversa.

El efecto piezoeléctrico es generalmente más fuerte en materiales que también exhiben piroelectricidad, y todos los materiales piroeléctricos también son piezoeléctricos. Estos materiales se pueden utilizar para interconvertir entre energía térmica, mecánica o eléctrica; por ejemplo, después de la síntesis en un horno, un cristal piroeléctrico que se deja enfriar sin aplicar tensión generalmente acumula una carga estática de miles de voltios. Dichos materiales se utilizan en sensores de movimiento, donde el pequeño aumento de temperatura de un cuerpo caliente que ingresa a la habitación es suficiente para producir un voltaje medible en el cristal.

A su vez, la piroelectricidad se ve con más fuerza en materiales que también muestran el efecto ferroeléctrico, en el que un dipolo eléctrico estable puede orientarse o invertirse aplicando un campo electrostático. La piroelectricidad es también una consecuencia necesaria de la ferroelectricidad. Esto se puede utilizar para almacenar información en condensadores ferroeléctricos, elementos de RAM ferroeléctricos.

Los materiales más comunes son el titanato de zirconato de plomo y el titanato de bario. Además de los usos mencionados anteriormente, su fuerte respuesta piezoeléctrica se aprovecha en el diseño de altavoces de alta frecuencia, transductores para sonar y actuadores para microscopios de efecto túnel y de fuerza atómica.

Coeficiente térmico positivo

Los aumentos de temperatura pueden hacer que los límites de los granos se vuelvan repentinamente aislantes en algunos materiales cerámicos semiconductores, en su mayoría mezclas de titanatos de metales pesados. La temperatura de transición crítica se puede ajustar en un amplio rango mediante variaciones en la química. En tales materiales, la corriente pasará a través del material hasta que el calentamiento por Joule lo lleve a la temperatura de transición, momento en el cual el circuito se interrumpirá y cesará el flujo de corriente. Estas cerámicas se utilizan como elementos de calefacción autocontrolados, por ejemplo, en los circuitos de descongelación de las lunetas traseras de los automóviles.

A la temperatura de transición, la respuesta dieléctrica del material se vuelve teóricamente infinita. Si bien la falta de control de temperatura descartaría cualquier uso práctico del material cerca de su temperatura crítica, el efecto dieléctrico sigue siendo excepcionalmente fuerte incluso a temperaturas mucho más altas. Los titanatos con temperaturas críticas muy por debajo de la temperatura ambiente se han convertido en sinónimo de "cerámica" en el contexto de los condensadores cerámicos precisamente por esta razón.

Propiedades ópticas

Los materiales ópticamente transparentes se centran en la respuesta de un material a las ondas de luz entrantes de un rango de longitudes de onda. Los filtros ópticos selectivos de frecuencia se pueden utilizar para alterar o mejorar el brillo y el contraste de una imagen digital. La transmisión guiada de ondas de luz a través de guías de ondas selectivas de frecuencia involucra el campo emergente de la fibra óptica y la capacidad de ciertas composiciones vítreas como medio de transmisión para un rango de frecuencias simultáneamente (fibra óptica multimodo) con poca o ninguna interferencia entre longitudes de onda o frecuencias competidoras. Este modo resonante de transmisión de energía y datos a través de la propagación de ondas electromagnéticas (luz), aunque de baja potencia, prácticamente no tiene pérdidas. Las guías de ondas ópticas se utilizan como componentes en circuitos ópticos integrados (por ejemplo, diodos emisores de luz, LED) o como medio de transmisión en sistemas de comunicación óptica locales y de larga distancia. También de valor para el científico de materiales emergentes es la sensibilidad de los materiales a la radiación en la porción térmica infrarroja (IR) del espectro electromagnético. Esta capacidad de búsqueda de calor es responsable de fenómenos ópticos tan diversos como la visión nocturna y la luminiscencia IR.

Por lo tanto, existe una creciente necesidad en el sector militar de materiales robustos de alta resistencia que tengan la capacidad de transmitir luz (ondas electromagnéticas) en las regiones visible (0,4 a 0,7 micrómetros) e infrarroja media (1 a 5 micrómetros) de el espectro. Estos materiales son necesarios para aplicaciones que requieren blindaje transparente, incluidos misiles y cápsulas de alta velocidad de próxima generación, así como protección contra dispositivos explosivos improvisados ​​(IED).

En la década de 1960, los científicos de General Electric (GE) descubrieron que, en las condiciones de fabricación adecuadas, algunas cerámicas, especialmente el óxido de aluminio (alúmina), podían volverse translúcidas. Estos materiales translúcidos eran lo suficientemente transparentes como para contener el plasma eléctrico generado en las farolas de sodio de alta presión. Durante las últimas dos décadas, se han desarrollado tipos adicionales de cerámicas transparentes para aplicaciones tales como conos de morro para misiles buscadores de calor, ventanas para aviones de combate y contadores de centelleo para escáneres de tomografía computarizada. Otros materiales cerámicos, que generalmente requieren una mayor pureza en su composición que los anteriores, incluyen formas de varios compuestos químicos, que incluyen:

1. Titanato de bario : (a menudo mezclado con titanato de estroncio) muestra ferroelectricidad, lo que significa que sus respuestas mecánicas, eléctricas y térmicas son c
2. Sialon (oxinitruro de aluminio y silicio) tiene una alta resistencia; resistencia al choque térmico, resistencia química y al desgaste, y baja densidad. Estas cerámicas se utilizan en la manipulación de metales fundidos no ferrosos, pasadores de soldadura y en la industria química.
3. El carburo de silicio (SiC) se utiliza como susceptor en hornos de microondas, un abrasivo de uso común y como material refractario.
4. El nitruro de silicio (Si ₃ N ₄) se utiliza como polvo abrasivo.
5. La esteatita (silicatos de magnesio) se utiliza como aislante eléctrico.
6. Carburo de titanio Se utiliza en los escudos de reingreso del transbordador espacial y en los relojes a prueba de rayones.
7. Óxido de uranio (UO ₂), utilizado como combustible en reactores nucleares.
8. Óxido de itrio, bario y cobre (YBa ₂ Cu ₃ O _7−x), otro superconductor de alta temperatura.
9. Óxido de zinc (ZnO), que es un semiconductor y se utiliza en la construcción de varistores.
10. El dióxido de circonio (zirconia), que en forma pura sufre muchos cambios de fase entre la temperatura ambiente y las temperaturas prácticas de sinterización, puede "estabilizarse" químicamente en varias formas diferentes. Su alta conductividad de iones de oxígeno lo recomienda para su uso en celdas de combustible y sensores de oxígeno para automóviles. En otra variante, las estructuras metaestables pueden impartir endurecimiento por transformación para aplicaciones mecánicas; la mayoría de las hojas de los cuchillos de cerámica están hechas de este material. La zirconia parcialmente estabilizada (PSZ) es mucho menos quebradiza que otras cerámicas y se usa para herramientas de formación de metales, válvulas y revestimientos, lodos abrasivos, cuchillos de cocina y cojinetes sujetos a abrasión severa.

Productos

Por uso

Por conveniencia, los productos cerámicos generalmente se dividen en cuatro tipos principales; estos se muestran a continuación con algunos ejemplos:

1. Estructural, incluidos ladrillos, tuberías, tejas para pisos y techos
2. Refractarios, como revestimientos de hornos, radiantes de gas, crisoles para la fabricación de acero y vidrio
3. Utensilios blancos, incluidos vajillas, utensilios de cocina, azulejos, productos de alfarería y artículos sanitarios
4. Cerámica técnica, también conocida como ingeniería, avanzada, especial y fina. Tales artículos incluyen:
   1. boquillas para quemadores de gas
   2. protección balística, blindaje de vehículos
   3. gránulos de óxido de uranio de combustible nuclear
   4. implantes biomédicos
   5. revestimientos de álabes de turbinas de motores a reacción
   6. Piezas de turbinas de gas compuestas de matriz cerámica
   7. Frenos de disco cerámicos de carbono-carbono reforzados
   8. conos de punta de misil
   9. cojinete (mecánico)
   10. azulejos utilizados en el programa del transbordador espacial

Cerámica hecha con arcilla

Con frecuencia, las materias primas de la cerámica moderna no incluyen arcillas. Los que lo hacen se clasifican de la siguiente manera:

1. Loza, cocida a temperaturas más bajas que otros tipos
2. Gres, vítreo o semivítreo
3. Porcelana, que contiene un alto contenido de caolín.
4. Porcelana blanca y translúcida

Clasificación

La cerámica también se puede clasificar en tres categorías distintas de materiales:

1. Óxidos: alúmina, berilio, ceria, zirconia
2. No óxidos: carburo, boruro, nitruro, siliciuro
3. Materiales compuestos: reforzados con partículas, reforzados con fibras, combinaciones de óxidos y no óxidos.

Cada una de estas clases se puede desarrollar en propiedades materiales únicas.

Aplicaciones

1. Hojas de cuchillos: la hoja de un cuchillo de cerámica permanecerá afilada durante mucho más tiempo que la de un cuchillo de acero, aunque es más frágil y susceptible de romperse.
2. Discos de freno carbocerámicos: para vehículos son resistentes al desvanecimiento de los frenos a altas temperaturas.
3. Se han diseñado "matrices de metal y cerámica compuestas avanzadas" para la mayoría de los vehículos de combate blindados modernos porque ofrecen una resistencia superior a la penetración contra cargas con forma (proyectiles HEAT) y penetradores de energía cinética.
4. Se han utilizado "cerámicas como la alúmina y el carburo de boro" en chalecos blindados balísticos para repeler el fuego de rifles de alta velocidad. Tales placas se conocen comúnmente como insertos protectores de armas pequeñas o SAPI. Se utiliza un material similar para proteger las cabinas de algunos aviones militares, debido al bajo peso del material.
5. La cerámica se puede utilizar en lugar del acero para rodamientos de bolas. Su mayor dureza significa que son mucho menos susceptibles al desgaste y, por lo general, duran el triple de la vida útil de una pieza de acero. También se deforman menos bajo carga, lo que significa que tienen menos contacto con las paredes de retención del cojinete y pueden rodar más rápido. En aplicaciones de muy alta velocidad, el calor de la fricción durante el laminado puede causar problemas a los cojinetes de metal, que se reducen con el uso de cerámica. La cerámica también es más resistente a los productos químicos y se puede usar en ambientes húmedos donde los cojinetes de acero se oxidarían. En algunos casos, sus propiedades aislantes de la electricidad también pueden ser valiosas en los rodamientos. Dos inconvenientes de los cojinetes cerámicos son un costo significativamente mayor y la susceptibilidad al daño bajo cargas de choque.
6. A principios de la década de 1980, Toyota investigó la producción de un motor adiabáticoutilizando componentes cerámicos en la zona de gas caliente. La cerámica habría permitido temperaturas superiores a los 1650°C. Las ventajas esperadas habrían sido materiales más ligeros y un sistema de refrigeración más pequeño (o no haber necesidad de ninguno), lo que llevaría a una importante reducción de peso. El aumento esperado de la eficiencia del combustible del motor (causado por la temperatura más alta, como lo muestra el teorema de Carnot) no pudo verificarse experimentalmente; se encontró que la transferencia de calor en las paredes calientes del cilindro cerámico era mayor que la transferencia a una pared metálica más fría, ya que la película de gas más fría en la superficie metálica funciona como aislante térmico. Por tanto, a pesar de todas estas propiedades deseables, tales motores no han tenido éxito en la producción debido a los costes de los componentes cerámicos y las ventajas limitadas.
7. Se trabaja en el desarrollo de piezas cerámicas para motores de turbinas de gas. En la actualidad, incluso las palas fabricadas con aleaciones metálicas avanzadas utilizadas en la sección caliente de los motores requieren refrigeración y una cuidadosa limitación de las temperaturas de funcionamiento. Los motores de turbina hechos con cerámica podrían operar de manera más eficiente, dando a los aviones un mayor alcance y carga útil para una cantidad determinada de combustible.
8. Se han hecho avances recientes en cerámica que incluyen biocerámica, como implantes dentales y huesos sintéticos. La hidroxiapatita, el componente mineral natural del hueso, se ha fabricado sintéticamente a partir de varias fuentes biológicas y químicas y puede transformarse en materiales cerámicos. Los implantes ortopédicos recubiertos con estos materiales se adhieren fácilmente al hueso y otros tejidos del cuerpo sin rechazo ni reacciones inflamatorias, por lo que son de gran interés para la administración de genes y los andamios de ingeniería de tejidos. La mayoría de las cerámicas de hidroxiapatita son muy porosas y carecen de resistencia mecánica, y se utilizan para recubrir dispositivos ortopédicos de metal para ayudar a formar una unión con el hueso o como relleno óseo. También se utilizan como rellenos para tornillos plásticos ortopédicos para ayudar a reducir la inflamación y aumentar la absorción de estos materiales plásticos. Se está trabajando para fabricar materiales cerámicos de hidroxiapatita nanocristalina totalmente densos y fuertes para dispositivos ortopédicos que soportan peso, reemplazando los materiales ortopédicos de metal y plástico extraños con un mineral óseo sintético, pero natural. En última instancia, estos materiales cerámicos pueden utilizarse como reemplazos óseos o con la incorporación de colágenos proteicos, huesos sintéticos.
9. Los materiales cerámicos duraderos que contienen actínidos tienen muchas aplicaciones, como en combustibles nucleares para quemar el exceso de Pu y en fuentes químicamente inertes de irradiación alfa para el suministro de energía de vehículos espaciales no tripulados o para producir electricidad para dispositivos microelectrónicos. Tanto el uso como la eliminación de actínidos radiactivos requieren su inmovilización en un material huésped duradero. Los radionucleidos de vida larga de los desechos nucleares, como los actínidos, se inmovilizan utilizando materiales cristalinos químicamente duraderos basados ​​en cerámicas policristalinas y monocristales grandes.
10. La cerámica de alta tecnología se utiliza en relojería para producir cajas de relojes. Los relojeros valoran el material por su ligereza, resistencia a los arañazos, durabilidad y tacto suave. IWC es una de las marcas que inició el uso de la cerámica en la relojería.