Material zeramikoen osagaiak

Material zeramikoak gogorrak, hauskorrak, kimikoki geldoak eta beroarekiko zein korrosioarekiko erresistenteak dira. Hori dela eta, egitura-aplikazioetan erabiltzen dira, batik bat. Giro-tenperaturan, solidoak diren konposatu gehienak ez-organikoak dira, eta horietatik kobalenteek dituzte aipatutako ezaugarri horiek. Horri esker, material zeramikoen osagai nagusiak dira. Solido kobalenteetan, atomo ez-metalikoen arteko lotura kimikoa dago: adibidez, SiO2, BN eta B4C. Halere, hainbat solido ioniko ere material zeramikoen partaide arruntak dira, haien ezaugarriak kobalentetzat jotzen dira eta: esaterako, Al2O3, TiB2 eta WC, non aluminioa, titanioa eta wolframa metalak baitira.

Material zeramikoen lantze-prozesua

Solido ez-organikoak kristalinoak zein beirazkoak izan daitezke. Atomoak ordenatuta daude solido kristalinoetan; ez, ordea, beirazkoetan. Atomoen ordena-mota solidoaren ezaugarri bat da. Ordena-eredu bati jarraituz, milioika atomo paketatzen dira, eta ale kristalinoak eratzen dituzte. Aleak txiki-txikiak dira (txikienak nanometrikoak dira; eta arruntenak, mikrometrikoak). Hori dela eta, milioika ale dira beharrezkoak material bat osatzeko. Halere, materiala tinkatzeko aleen arteko behin betiko kohesioa sorrarazi behar da. Horretan datza, hain zuzen ere, lantze-prozesua, non materialak bere azken itxura hartu behar baitu.

Lantze-prozesuaren eragilea beroa da. Hori dela eta, egosketa deritzo prozesu horri. Beroaren eraginez, atomoen difusioa bizkortzen da, baina solido kobalenteak tenperatura altu-altuetan urtzen dira, eta eskuarki solido-egoeran jarraitzen dute egosketan zehar. Horren ondorioz, zaila da erabateko aleen arteko kohesioa lortzea, eta, materiala erre ondoren, itxi gabeko hutsuneak (poroak) geratzen dira. Tenperatura altuagoak aplikatuz gero, atomoen difusioa areagotzen da, eta hutsuneak desagertzen dira. Orduan, baina, atomoek ez dute ordenatzeko asti nahikorik, eta materiala beiratzen da hozketan.

Poroen eragina ezinbestekoa da material zeramikoetan. Izan ere, aleen tamainak, morfologiak eta banaketak ez ezik, poroen ezaugarri horiek ere definitzen dute materialen mikroegitura, eta, horrekin batera, materialen ezaugarriak eta aplikazioak ere bai.

Material zeramikoen sailkapena

Material zeramikoak bi atal nagusitan sailka daitezke:

• Tradiziozkoak edo zeramikak.

• Teknikoak edo aurreratuak.

Tradiziozko material zeramikoak edo zeramikak

Zeramiketan buztina da lehengai nagusia. Buztina ez da konposatu kimiko bat, fase anitzekoa baita, feldespatoen deskonposizioaren ondorioz eratua. Buztinak aluminosilikato hidratatuzko agregatuak dira. Oinarrizko formula orokorra Al2O3·2SiO2·2H2O bada ere, buztinen konposizioa aldakorra da, bestelako oxidoak ere egon badaude eta. Izan ere, K+, Na+ eta Ca2+ katioien oxidoak dira ohikoenak.

Urarekin nahastean plastikotasuna lortzen dute buztinek. Gainera, 800 °C baino tenperatura altuagoan, gogortasuna eta sonoritatea ere handitzen dira.

Tradiziozko material zeramikoak bi atal nagusitan sailka daitezke:

• Zeramika porotsuak.

• Zeramika iragazgaitzak.

Zeramika porotsuak

Zeramika porotsuetan, ez da beiratzerik gertatzen egosketan. Haustura lurkara dute, eta iragazkorrak dira (gasak eta likidoak ez ezik, koipeak ere iragazten dituzte zeramika porotsuek). Ezagunenak hauek dira:

• Buztin egosiak edo erreak (baldosak, adreiluak, teilak, pitxerrak, lapikoak eta abar egiteko).

• Lotzak (berniz- zein esmalte-motako azaleko tratamendua dute).

• Zeramika erregogorrak (labeetan eta sukaldeetan erabiltzen dira, tenperatura altu-altuak jasaten dituzte eta).

Zeramika iragazgaitzak

Zeramika iragazgaitzetan, silizea (SiO2) beiratua dago zeharo. Horri esker, material hauek ez dute pororik, eta zeramika porotsuak baino gogorragoak dira. Hauek dira erabilgarrienak:

• Gresak (zoladuretan erabiltzen dira, batik bat).

• Portzelanak (baxeretan erabiltzen dira, batez ere).

• Beirak (zeharrargiak dira).

Beirek aipamen berezia merezi dute. Konposizioaren ikuspuntutik material zeramikoak badira ere, tradizioz zeramiketatik kanpo agertzen dira sailkatuta, beiragintzaren eta buztingintzaren artean desberdintasun nabariak daude eta. Beira lortzeko, silikatoak urtzen dira, boro, aluminio zein fosforo oxidoekin batera. Gainera, buztingintzan materialen konformazioa (itxura ematea) egosi baino lehen egin beharra dago. Beiragintzan, berriz, konformazioa berotan egiten da. Halaber, aipatu beharra dago beirak berriro ere urtzeko aukera ematen duela.

Material zeramiko tekniko edo aurreratuak

Material zeramiko aurreratuek tradiziozkoen ezaugarriak dituzte, baina askoz hobetuak. Lehen helburua hauskortasun txikiagoa lortzea dela, material dentsoak (pororik gabekoak) lantzen dira. Horretarako, konposizioak eta lantze-prozesuak kontrol sendoen mende daude.

Zeramiko aurreratuen osagaiak sinterizatzen dira materiala tinkatzeko. Egosketaren baliokidea bada ere, sinterizazioak askoz teknologia aurreratuagoa du beharrezko (tenperatura altu-altuko labeak, atmosfera geldikorrak…).

Tradiziozko zeramikoetan, hauts mineralak (silikatoak, batik bat) erabiltzen dira uretan bustita. Aurreratuetan, berriz, hautsak sintetikoak dira. Horietatik erabilienak karburoak (B4C, SiC, WC), boruroak (TiB2), nitruroak (BN, AlN, Si3N) eta oxidoak (Al2O3, ZrO2) dira.

Zeramiko aurreratuen aplikazio nagusiak tenperatura altukoak dira. Horietan material egokienak eta bakarrak dira, desgastearekiko, korrosioarekiko, abrasioarekiko zein talka termikoarekiko erresistentzia altua mantentzen dute eta.

Zeramiko aurreratuak fase bakarrekoak zein anitzekoak izan daitezke. Izan ere, osagai nagusiak bestelako konposatuekin nahas daitezke gura diren ezaugarriak lortzeko, eta konposatu horiek ez dute zertan kobalenteak izan. Horren adibideak zermet izeneko materialak dira. Izan ere, zer+met elkarte horrek esan nahi du solido kobalenteak metalikoekin nahasten direla ezaugarri hibridoak lortzeko. Adibidez, WC+Co nahasturan oinarritutako zermetak aspalditik erabiltzen dira makina-erreminta arloan, zeina Euskal Herrian tradizio handikoa baita.

Etorkizunari begira, zeramiko aurreratuak egitura-aplikazioetan ez ezik, bestelakoetan ere erabiliko dira: esaterako, energiaren bilketan, nanoteknologian eta biomimetikan.

Bi TiB₂-zeramiko monolitikoren mikroegiturak (iturria: José Manuel Sánchez, CEIT)