Fundamentos de materiales cerámicos- estructuras cristalinas de cerámicosINDICE 1. Introducción............................................................................................. 3 2. Diamante, [C]........................................................................................... 1 3. Grafito...................................................................................................... 3 4. Fullerenos................................................................................................. 4 5. Estructuras cerámicas binarias................................................................6 1. Introducción.......................................................................................... 6 2. Estructuras cristalinas del tipo [AX]......................................................9 1. Estructura cristalina [Sal de roca].....................................................9 2. Estructura cristalina [Arseniuro de níquel].......................................12 3. Estructura cristalina [Cloruro de cesio]............................................14 4. Estructura de sulfuro de cinc, blenda y [Wuitzita............................15 3. 6. Estructuras cristalinas del tipo [AmXp]...............................................19 1. Estructura cristalina tipo [Fluorita],.................................................19 2. Estructura cristalina tipo antifluorita...............................................24 3. Estructura cristalina tipo [Rutilo].....................................................25 4. Estructura cristalina del corindón....................................................27 Estructuras cerámicas ternarias...........................................................30 1. 2. Introducción.................................................................................... 30 Estructuras ternarias de los compuestos de la forma A2BX4.............31 1. Estructuras del tipo [Espinela..........................................................31 2. Estructura del tipo [Fenacita]..........................................................36 3. Estructura del tipo [β- Nitruro de silicio]..........................................36 4. Estructura del tipo [Olivino].............................................................37 3. Estructuras ternarias de los compuestos de la forma ABX 4..............41 1. Estructuras ternarias de los compuestos de la forma ABX3.............42 1. Introducción..................................................................................... 42 1. Estructura del tipo [Calcita].............................................................43 1. Estructura del tipo [Ilmenita]...........................................................45 1. Estructura del tipo [Perovskita]......................................................46 Fundamentos de materiales cerámicos- estructuras cristalinas de cerámicos 1. Introducción La gran variedad de composiciones químicas de los cerámicos se refleja en sus estructuras cristalinas. No es posible dar una lista exhaustiva de las estructuras cerámicas, pero en su lugar puede proporcionarse una lista sistemática de algunas de las más importantes y representativas. Incluso esta lista es demasiado larga, por lo que muchas estructuras se describirán brevemente. Muchas de estas estructuras cerámicas también describen compuestos inter metálicos, Por otra parte, es posible definir un factor de empaquetamiento iónico (IPF, ionic parking factor), similar al APF definido en el caso de las estructuras metálicas. El IPF es la fracción de la celda unidad ocupada por los distintos aniones y cationes. La mayoría de las cerámicas son compuestos formados por elementos metálicos y no metálicos cuyos enlaces interatómicos pueden ser de carácter totalmente iónico, de carácter predominantemente iónico con algún carácter covalente, de carácter predominantemente covalente con algún carácter iónico ode carácter totalmente covalente. El término "cerámica" proviene de la palabra griega "keramikos", que significa "cosa quemada", indicando de esta manera que las propiedades deseables de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción. Puesto que el enlace atómico en los materiales cerámicos es parcialmente o totalmente iónico, muchas estructuras cristalinas de los materiales cerámicos pueden ser pensadas como compuestas de iones eléctricamente cargados en lugar de átomos. Puesto que las cerámicas están compuestas usualmente por al menos dos elementos y a menudo por más de dos, sus estructuras cristalinas son generalmente más complejas que la de los metales. La mayoría de las estructuras cristalinas consisten en disposiciones compactas de los aniones con uno o más tipos de cationes posicionados en huecos tetraédricos u octaédricos. En estas estructuras tiende a predominar el enlace iónico. Otras estructuras cristalinas cerámicas consisten en tetraedros y/o octaedros aislados que se unen entre si compartiendo vértices o caras. Estas estructuras no presentan un empaquetamiento elevado y poseen un grado alto de enlace covalente direccional. Estructuras cerámicas con un solo elemento Las estructuras cristalinas cerámicas con un solo elemento no son muy abundantes. La más importante es la estructura tipo . Diamante] que está compuesta por el carbono, que es un elemento que existe en varias formas polimórficas, así como en estado amorfo. El tratamiento de los materiales de carbono se centrara en las estructuras y características del grafito, el diamante y los fullerenos, y también sobre sus aplicaciones actuales y potenciales. Fundamentos de materiales cerámicos- estructuras cristalinas de cerámicos 2. Diamante, [C] El diamante es una polimorfa meta estable de carbono a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Su estructura cristalina es una variante de la blenda, en la cual los átomos de carbono ocupan todas las posiciones (tanto las del Zn como las del S), tal como se ilustra en la celdilla unidad mostrada en la figura 1. Así, cada átomo de carbono está unido con otros cuatro átomos de carbono y estos enlaces son totalmente covalentes y fuertes, compartiendo un electrón con cada uno de los 4 átomos de carbono que lo rodean. Cada átomo de carbono está en el centro de un tetraedro o en uno de sus 4 vértices, siendo todas las posiciones de red equivalentes. El número de coordinación es 4 y la formula de coordinación C [4]. Cada átomo de carbono está en el centro de un tetraedro o en uno de sus 4 vértices, siendo todas las posiciones de red equivalentes. El número de 4. coordinación es 4 y la formula de coordinación C Esta se denomina la estructura cristalina cúbica del diamante, la cual también se encuentra en otros elementos del Grupo IVA de la tabla periódica (por ejemplo, germanio y silicio). Figura 1.- Celdilla unidad de la estructura cúbica del diamante. La estructura del Diamante está basada en la red cúbica centrada en las caras (FCC). La celda primitiva consiste en dos redes FCC, la primera centrada en el punto (0,0,0), y la segunda está centrada en el (¼,¼,¼), o sea que está desplazada ¼ respecto la diagonal del cubo de la primera red. 1 Fundamentos de materiales cerámicos- estructuras cristalinas de cerámicos La característica de la estructura del diamante es el enlace tetraédrico, en el cual cada átomo está enlazado con otros cuatro átomos vecinos (Incorpora la configuración tetraédrica de enlace de elementos del grupo IVA). La estructura del Diamante está relativamente vacía, la máxima proporción de espacio ocupado por esferas sólidas es 0.34, lo cual representa un 46% del espacio ocupado por las estructuras hcp o fcc. En la siguiente tabla aparecen elementos con estructura del Diamante. Cristal a (Å) Cristal a (Å) C (Carbono) 3,56 Ge (Germanio) 5,65 Si (Silicio) 5,43 Sn (Estaño) 6,46 Aquí el parámetro a corresponde a la arista de la celda cúbica El diamante puede considerarse como una estructura derivada de la estructura cúbica centrada en las caras, rellenándose la mitad de los huecos tetraédricos existentes por átomos iguales a los del empaquetamiento. (Figura 2). Las propiedades físicas del diamante hacen que sea un material muy atractivo. Es extremadamente duro (el material más duro conocido), modulo elástico elevado, tiene muy baja conductividad eléctrica y gran estabilidad a temperaturas altas (sobre 3700 ºC) en atmósferas no oxidantes. Estas 2 Fundamentos de materiales cerámicos- estructuras cristalinas de cerámicos características se deben a su estructura cristalina y al fuerte enlace covalente. También tiene una alta conductividad térmica, lo cual no es usual en un material no metálico. La industria de los semiconductores está dominada por una sola estructura cristalina. Los semiconductores elementales (Si, Ge y Sn gris) comparten la estructura cúbica del diamante. Un pequeño grupo de elementos contiguos a los del grupo IVA forma compuestos semiconductores, que suelen ser compuestos del tipo AX, con combinaciones de átomos con una valencia media de +4. Por ejemplo, el GaAs combina la valencia +3 del galio con la valencia +5 del arsénico y el CdS que combina la valencia +2 del cadmio con la valencia +6 del azufre. El GaS y CdS son ejemplos de de compuestos del tipo III-V y compuestos del tipo II-VI, respectivamente. Muchos de dichos compuestos sencillos AX presentan una estructura cristalina fuertemente relacionada con la cúbica del diamante. Su estructura se verá dentro del apartado de estructuras cerámicas binarias. 3. Grafito El grafito es otro polimorfo del carbono (Forma estable a temperatura ambiente), que tiene una estructura cristalina (Figura 3) bien distinta de la del diamante y es también más estable que el diamante a temperatura y presión ambiente. La estructura del grafito está compuesta por capas de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente. Dentro de las capas, cada átomo de carbono está unido a tres átomos coplanares por enlaces covalentes. El cuarto electrón de enlace participa en enlaces de tipo de Van der Waals entre las capas. Como consecuencia de estos enlaces interplanares débiles, la separación interplanar es fácil (Naturaleza desmenuzable del grafito), lo cual origina las excelentes propiedades lubricantes del grafito (Lubricante “seco”). También la conductividad eléctrica es relativamente alta en las direcciones cristalinas paralelas a las láminas hexagonales. Figura 3 - Estructura del grafito comparada con la del diamante. Otras propiedades destacables del grafito son: alta resistencia y buena estabilidad química a temperaturas elevadas y en atmósferas no oxidantes, alta conductividad térmica, bajo coeficiente de dilatación térmica y alta resistencia al choque térmico, alta absorción de gases y fácil mecanización. El grafito se utiliza en elementos calefactores de hornos eléctricos, como electrodo para soldadura por arco, en crisoles metalúrgicos, en moldes para 3 Celdilla unidad de un "buckminsterfullereno" formado por una distribución centrada en las caras de moléculas C60. Una molécula sencilla se indica por C60.Estructura de una Figura 5. Cada molécula está compuesta por grupos de átomos de carbono que están enlazados uno junto a otro para formar configuraciones geométricas de hexágonos (6 átomos de carbono) y pentágonos (cinco átomos de carbono). Existe en forma molecular. en honor a R. contactos eléctricos. Una molécula de este tipo se muestra en la figura 4 y posee 20 hexágonos y 12 pentágonos. Fullerenos Esta forma polimórfica del carbono fue descubierta en 1985. Buckminster Fuller Figura 4. En cada caso. electrodos para baterías y dispositivos de purificación de aire. se han sintetizado fullerenos con la fórmula Cn donde n puede llegar a alcanzar valores tan altos como 240 y 250. La superficie molecular exhibe la simetría de un balón de fútbol.terial formado por moléculas de C 60 es conocido por el nombre buckminsterfullereno. El ma.estructuras cristalinas de cerámicos aleaciones metálicas y cerámicas. la estructura consta 4 . Investigaciones posteriores han permitido sintetizar una gran diversidad de estructuras para una amplia variedad de fullerenos. 4. por lo que el nombre abreviado en inglés de esta estructura es buckyball. toberas de cohetes reactores químicos. De hecho. como refractario y aislador a alta temperatura.. y consiste en una red esférica de 60 átomos de carbono..Fundamentos de materiales cerámicos. los cuales están colocados de tal manera que no hay dos pentágonos que compartan un mismo lado. resistencias. En la figura 7 se da una comparación de diversas características del grafito.estructuras cristalinas de cerámicos de doce pentágonos uniformemente distribuidos que conectan un conjunto de hexágonos. específicamente potasio. el primero que ha sido descubierto.Fundamentos de materiales cerámicos. diamante y fullerenos 5 .. resultado del enrollamiento simple de láminas de grafito hexagonal. + Cuando se añade potasio en un porcentaje de 3 iones K por molécula de C60. En cuanto a la estructura cristalina. El resultado Figura 6. el material resultante (K3C60) tiene una alta conductividad eléctrica y posee las características de un metal. Por tanto. + los iones K ocupan todas las posiciones intersticiales tetraédricas y octaédricas en la estructura cristalina fcc. podemos considerar que el K3C60 es un metal molecular. Aunque los pentágonos son necesarios para dar la curvatura aproximadamente esférica de los fullerenos. este material se comporta como un superconductor a 18 K. Además. la investigación sobre estos materiales únicos ha permitido obtener curvaturas cilíndricas.Estructura cilíndrica de anillos hexagonales de átomos de carbono o buckytube. Actualmente los fullerenos con mayor interés tecnológico son aquellos que contienen impurezas de metales alcalinos. Comparación de diversas características del grafito. Para un compuesto dado existe 6 . 5.Fundamentos de materiales cerámicos. Estructuras cerámicas binarias. 1. La expresión binaria se refiere a una estructura con dos lugares atómicos distintos. uno para el anión y otro para el catión. Introducción. diamante y fullerenos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 7 . Una parte importante de las estructuras cristalinas cerámicas (Enlaces iónicocovalentes) pueden derivarse del empaquetamiento compacto de esferas rígidas con simetría hexagonal compacta (HCP) o cúbica centrada en las caras (FCC). Tabla 2. Así. también de pueden desarrollar estructuras de tipo fluorita (CaF2) mediante el empaquetamiento compacto de cationes.Fundamentos de materiales cerámicos.. En la tabla 1 se muestran diversas estructuras binarias importantes y algunas de sus características.estructuras cristalinas de cerámicos una variedad de elementos que pueden entrar en solución sólida en dichos lugares atómicos sin que cambie la estructura. el término binario identifica el número de lugares atómicos y no el de los elementos químicos. En los huecos octaédricos o tetraédricos del empaquetamiento compacto se situarán los cationes con distintos niveles de ocupación.. En la tablas 2 se dan algunas de las estructuras generadas como consecuencia de la ocupación de huecos octaédricos o tetraédricos del empaquetamiento compacto de esferas rígidas con estructura cúbica o hexagonal. Aunque lo habitual es la derivación de las estructuras a partir del empaquetamiento compacto de aniones. Tabla 1.Estructuras originadas como consecuencia de la ocupación octaédrica y tetraédrica de un empaquetamiento compacto de esferas rígidas con simetría cúbica (FCC) 7 .Estructuras cerámicas binarias. Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos 8 . Estructuras cristalinas del tipo [AX]. una compuesta de cationes y la otra de aniones. Una celdilla unidad de esta estructura cristalina cu yo parámetro de red es a = 0. por lo cual también se denomina [ClNa]. Son los cerámicos con la fórmula química más sencilla. etc). 1. Una estructura cristalina equivalente se forma a partir de una estructura cúbica centrada en las caras formada por cationes. donde A indica el catión y X el anión (A es un elemento metálico y X es un elemento no metálico).282 nm. E n la estructura de NaCl los aniones de mayores dimensiones Cl forman un empaquetamiento cúbico denso. 9 . cada una de ellas se describe mediante el nombre de un material común que tiene esta particular estructura. en tanto que los huecos tetraédricos están totalmente desocupados. en el cual todos los huecos octaédricos están ocupados por los cationes Na.732 (La relación ClNa es Na/Cl = 0. Por consiguiente. el cociente entre el radio del catión y del anión está comprendido entre 0. se puede generar a partir de una estructura cúbica centrada en las caras de aniones con los cationes situados uno en el centro del cubo y otro en el centro de los doce lados del cubo. y. cada una de las cuales contiene únicamente iones de un solo signo. El número de coordinación tanto para los cationes como para los aniones es 6. NiO. Algunos de los materiales cerámicos más comunes son aquellos en los cuales el número de cationes y aniones es el mismo. La estructura de sodio es compartida por muchos materiales cerámicos de importancia (MgO.414 y 0. Estos se refieren a menudo como compuestos AX. La red de NaCl puede considerarse como el conjunto de dos estructuras centradas en las caras. La estructura consiste de una alternancia de cationes y aniones a lo largo de cada uno de los tres ejes de la celda unitaria (Direcciones cristalográficas 100 . Existen varias estructuras cristalinas distintas para los compuestos AX.564.Fundamentos de materiales cerámicos. 010 y 001).estructuras cristalinas de cerámicos 2. Estructura cristalina [Sal de roca] Quizás la estructura cristalina más común del tipo [Sal de roca] es la del cloruro sódico. la estructura cristalina del cloruro sódico puede ser imaginada como formada por dos redes cúbicas centradas en las caras interpenetrantes. por consiguiente. Estructura cristalina del cloruro de sodio.estructuras cristalinas de cerámicos F igura 8.Fundamentos de materiales cerámicos.-Estructura cristalina del cloruro de sodio. ClNa (Iones/Celda unidad: + 4Na + 4Cl Figura 9. ClNa 10 .. Las estructuras iónicas (y otras) pueden ser derivadas a partir de la ocupación de los huecos tetraédricos y octaédricos de los empaquetamientos densos (Figura 11).Fundamentos de materiales cerámicos. derivadas a partir de la ocupación de todos los huecos octaédricos del empaquetamiento denso FCC (ECC). NaCl. 11 . ClNa. Figura 11 -Estructura cristalina del cloruro de sodio.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 10-Estructura cristalina del cloruro de sodio. Los cationes se colocan en las posiciones octaédricas para tener a su alrededor 6 aniones. LiF. BaO. KBr. CoO y los sulfuros de elementos alcalino térreos . El enlace atómico es mayoritariamente iónico. al tener simetría cúbica. excepto que los aniones se disponen en un ordenamiento hexagonal compacto en vez de cúbico centrado en las caras (Figura 12) Tanto los aniones como los cationes tienen un número de coordinación igual a 6. La estructura cristalina. puede ser considerada en términos de una distribución FCC de planos compactos de aniones. todas las posiciones octaédricas están llenas. CaO. NiAs] incluye el mismo rango de tamaño de cationes que la estructura [NaCl]. Además.Fundamentos de materiales cerámicos. El níquel se encuentra situado en los huecos octaédricos. FeO. NiO. especialmente en los compu estos con iones monovalentes. 2. Otros compuestos que tienen esta estructura cristalina [NiAs] son el FeS.estructuras cristalinas de cerámicos Otros materiales comunes que tienen esta estructura cristalina son el KCl. MnO. 12 . Estructura cristalina [Arseniuro de níquel] La estructura cristalina [Arseniuro de níquel. ya que existe una posición octaédrica por anión y el cociente entre aniones y cationes es 1:1. VO. CdO. los óxidos cerámicos MgO. siendo todos los planos del tipo {111}. FeSe y CoSe. 13 .Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura12. NiAs.-Estructura cristalina del arseniuro de níquel. En este caso los cationes son demasiado grandes para poder situarse en los huecos octaédricos y. Existen dos + -) + iones en cada celda unidad (Uno Cs y otro Cl . 3. se sitúan en el hueco de mayor tamaño correspondiente al centro de un cubo.Fundamentos de materiales cerámicos. donde el número de coordinación es 8 para ambos tipos de iones. mientras que el centro del cubo hay un catión. por tanto.estructuras cristalinas de cerámicos Figura13 Estructura cristalina del arseniuro de níquel. El intercambio de las posiciones de los iones positivos y negativos reproduce la misma estructura. La estructura del CsCl se construye sobre la red de Bravais cúbica simple con + -) dos iones (Uno Cs y otro Cl asociados a cada punto reticular. Esta no es una estructura cúbica centrada en el cuerpo puesto que distintos tipos de iones ocupan los puntos de la red. El + +. Cada Cs esta enlazado por igual con los ocho Cl adyacentes y viceversa. [Cloruro de cesio]. NiAs. Los aniones están colocados en Cada uno de los vértices del cubo. ión Cs es mayor que el Na La relación entre los radios iónicos vale Cs/Cl = 939. Estructura cristalina [Cloruro de cesio] La figura 14 muestra una celdilla unidad de la estructura cristalina del cloruro de cesio. 14 . siendo posibles tetraedros de dos clases: una mitad de los tetraedros tienen los vértices orientados “mirando” a lo largo del eje ternario (eje perpendicular a las capas densamente empaquetadas) del empaquetamiento hacia arriba.. al vértice. . se llega a la estructura del tipo ZnS. blenda y [Wuitzita Una tercera estructura [AX] es una en la cual el número de coordinación es 4. con los 2+ 2iones Zn y S alternados en las posiciones atómicas. Otros compuestos que tienen esta estructura cristalina son el CsBr y el Cs.402 En la naturaleza se encuentran dos modificaciones de ZnS: 15 .Fundamentos de materiales cerámicos. La peculiaridad de las estructuras de este tipo es su polaridad.Celdilla unidad de la estructura cristalina del cloruro de cesio (CsCl). Desde el punto de vista del empaquetamiento denso. por tanto. se ajustan mejor en los huecos tetraédricos que son más pequeños. todos los iones están con coordinación tetraédrica. toda estructura se puede representar como formada por octaedros y un numero dos veces mayor de tetraedros. Los cationes son demasiado pequeños para permanecer estable en los huecos octaédricos y. debida a la no equivalencia de los dos extremos de los ejes ternarios. o sea. La relación (Zn / 2S ) = 0. Ocupando una mitad de los tetraedros con cationes. uno de los cuales 2+ corresponde a la base del tetraedro y el otro. hacia abajo. y la otra mitad. Estructura de sulfuro de cinc.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 14. 4. que esencialmente es la estructura cúbica del diamante. 16 . HgTe y SiC. A menudo el enlace atómico es en gran parte covalente en los compuestos que exhiben esta estructura cristalina. todos los vértices y posiciones en las caras de la celdilla cúbica están ocupadas por átomos S. AlP. en la cual 2+ una mitad de cuyos huecos tetraédricos está ocupada por cationes Zn (Figura 15). con los cationes y aniones alternándose en las posiciones de los átomos de carbono. CuCl.Estructura cristalina de la blenda o esfalerita (ZnS) como derivación de de la ocupación de la mitad de los huecos tetraédricos del empaquetamiento denso FCC (ECC).. La estructura cristalina de la blenda es similar a la del diamante.estructuras cristalinas de cerámicos (1). ZnTe. ZnO. tiene como base 2el empaquetamiento cúbico centrado en las caras de aniones S . ZnSe. CdS.Fundamentos de materiales cerámicos.- La llamada blenda de zinc ordinaria. en correspondencia con los cuatro ejes ternarios dirigidos a lo largo de las diagonales del cubo. Figura 15. El número de coordinación es 4. es decir todos los iones están coordinados tetraedricamente. Si las posiciones de los átomos de Zn y S son intercambiadas la estructura que resulta es equivalente. En la figura 16 se presenta una celdilla unidad. entre los cuales están GaAs. La estructura de la blenda de zinc tiene cuatro ejes polares. InSb. mientras que los átomos de Zn llenan el interior en posiciones de huecos tetraédricos (La mitad). o esfalerita. 17 . iónico y la resistencia y la dureza son moderadamente bajas.. dirigido a lo largo del eje c de la c eldilla hexagonal. por lo cual su resistencia y dureza son mayores.La modificación hexagonal compacta del ZnS.Fundamentos de materiales cerámicos. el único eje ternario. principalmente. wurtzita (Figura 17) 2tiene en la base un empaquetamiento hexagonal de aniones S . Para el BeO el enlace es. (2).Estructura cristalina de la blenda o esfalerita (ZnS). En la tabla 2 se puede observar que algunas sustancias (ZnS y SiC) tienen ambas estructuras..estructuras cristalinas de cerámicos Figura 16. La wurtzita solo tiene un eje polar. El grado de enlace covalente es mayor en el SiC. que es lo que se denomina formas polimorficas. La estructura cúbica del SiC y del ZnS es la estable a temperaturas bajas y la hexagonal a temperaturas altas. .Estructura cristalina de la wurtzita (ZnS).estructuras cristalinas de cerámicos Figura17.Fundamentos de materiales cerámicos. En la figura 18 puede verse una comparación entre las estructuras de la blenda y de la wurzita 18 . Una celdilla unidad esta formada por ocho cubos. estos últimos forman una estructura cúbica simple. Los iones de calcio de gran tamaño están colocados en los centros de los cubos.-Comparación entre las estructuras de la blenda y de la wurzita. entonces puede existir un compuesto con la formula química AmXp donde m y/o p son diferentes de 1. El cociente de radios iónicos (rC/rA) para el CaF2 es alrededor de 0. Un ejemplo es la estructura cristalina del mineral natural fluorita (CaF2). Si las cargas de los cationes y de los aniones no son iguales. Estructura cristalina tipo [Fluorita]. lo cual corresponde a un numero de coordinación de 8. del cual recibe el nombre. por consiguiente la estructura cristalina es similar a la del CsCl. 3.8. de ello resulta una estructura cristalina con huecos. grandes. 2+ La fórmula química muestra que el número de iones Ca es igual a la mitad de los iones F . tal 19 . con iones fluoruro en los vértices.Fundamentos de materiales cerámicos. 1. relativamente. Estructuras cristalinas del tipo [AmXp].estructuras cristalinas de cerámicos Figura 18. La fórmula química AX2 incluye un gran número de cerámicas estructurales. excepto que solo la mitad de los centros de los cubos están 2+ ocupados por iones Ca . Los cationes tienen coordinación 8 mientras que los aniones tienen coordinación 4 (tetraédrica). cuyos huecos tetraédricos están ocupados por los iones F.Estructura fluorita.. en la que hay tres iones (Un Ca y dos F ) asociados a cada punto reticular. iones calcio: color rojo Figura 19. 20 .estructuras cristalinas de cerámicos como se indica en la figura 19 Cada celda unidad contiene 12 iones (Cuatro 2+ 2+ Ca y ocho F ). Los iones calcio forman el empaquetamiento denso cúbico centrado en las caras. Iones flúor: color azul. La estructura de la fluorita también se puede construir sobre una red de Bravais cúbica centrada en las caras en la que se ocupan todos lo huecos tetraédricos (Figura 19).Fundamentos de materiales cerámicos. Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 20 Estructura cristalina de la fluorita como derivación de la ocupación de todos los huecos tetraédricos del empaquetamiento denso FCC (ECC 21 . CaF2 22 .Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 21.-Estructura cristalina de la fluorita. La estructura cristalina del ZrO2 (Circona) a diferentes temperaturas es de gran importancia. un bajo coeficiente de fricción y una alta temperatura de fusión. su módulo elástico.estructuras cristalinas de cerámicos Otros compuestos que tienen esta estructura cristalina incluyen a CeO2. debido a que tiene también una tenacidad relativamente alta comparada con otros materiales cerámicos. Estas propiedades se pueden obtener por la existencia del mecanismo de 23 . El oxido de zirconio.y las formas polimorficas de alta temperatura del ZrO2y del HfO2.Estructura cristalina e las tres formas polimórficas de la circona: (a) cúbica. Estas propiedades hacen de éste un material atractivo.. Otras propiedades interesantes son estabilidad en medios químicamente agresivos. El mecanismo es similar a transformación martensitica del acero. es un material que tiene muchas propiedades interesantes como su dureza. UO2. circona. La fase cúbica es estable a temperatura elevada (entre 2370 y 2680C) y t i e n e una estructura tipo fluorita. pero en este caso las posiciones de los aniones y de loscationes están cambiadas (Estructura antifluorita). La fase tetragonal es estable para temperaturas intermedias (1200-2370C) y tiene una estructura que corresponde a una distorsión de la fluorita. (c) monoclínica En los últimos años se han producido avances en el desarrollo de aleaciones de circona. ya que se han desarrollado técnicas para usar el cambio de una estructura a otra para producir cerámicas de tenacidad alta. alcanzándose una resistencia a la 1/2 fractura de 1400 MPa y una tenacidad de hasta 10 MPa m . con alta resistencia y tenacidad. Figura 22. (b) tetragonal. En figura 22 pueden verse las estructuras cristalinas de las tres formas polimórficas de la circona. resistencia a altas temperaturas y resistencia a la abrasión. La fase monoclínica aparece a temperaturas inferiores acostumbra a presentar maclas como resultado de los cambios de forma y de volumen originados por la transformación de la fase tetragonal.Fundamentos de materiales cerámicos. Las formas polimorficas del ZrO2y del HfO2estables a temperatura ambiente tienen una estructura tipo [Fluorita] distorsionada con una simetría monoclínica. PuO2y ThO2. se combinan con 22. las aleaciones de circona presentan buenas propiedades como son resistencia al contacto y resistencia al choque térmico. Te = Esferas blancas. El volumen no ocupado se situa cerca del centro de la celda unidad de la fluorita. etc. produciendo un efecto de cierre de grieta que impide su propagación. Estructura cristalina tipo antifluorita. Ag . lo que permite el empleo de estos materiales en aplicaciones en que puedan estar expuestos al contacto entre superficies. Na . Esta transformación de fase lleva asociado un aumento de volumen que genera esfuerzos compresivos alrededor de las caras de la fisura. se acomodan parte de los productos de fisión y se minimizan los cambios de volumen externos.Ag = Esferas negras. Los puntos T y O indican los emplazamientos 8c (Huecos tetraédricos) y los emplazamientos 4b (Huecos octaédricos).2los aniones O . 2.. Figura 23. En la figura 23 puede verse la estructura de α-Ag2Te. es decir los aniones están dispuestos en un ordenamiento cúbico centrado en las caras con los cationes ajustándose en todos los huecos tetraédricos. para formar compuestos de formula A2X. sin presentar desgaste. con los aniones y los cationes en las posiciones de red contrarias a las de las estructura de la fluorita. pero debido a los grandes huecos existentes en la estructura del UO2.Estructura de α-Ag2Te. Los productos de la fisión nuclear tienen un volumen mayor que el material de partida. Además. respectivamente.Fundamentos de materiales cerámicos. y sometidos a cambios de temperatura. S . Rb . 24 . Consiste de dos clases de poliedros: tetraedros y octaedros. ni daño por contacto o agrietamiento por el choque térmico. + + + + + Los cationes monovalentes Li . Te . El UO2 se usa como combustible nuclear. K . se forma así la estructura cristalina denominada [Antifluorita]. etc.estructuras cristalinas de cerámicos transformación de fase que puede incrementar espectacularmente la tenacidad. Cada átomo de Ti está rodeado de seis átomos de oxígeno (disposición octaédrica) y cada átomo de oxígeno se rodea de tres átomos de titanio (disposición trigonal). TeO2. Un número de coordinación de 3 no puede lograrse con ordenamientos compactos cúbicos o hexagonales. SnO2. Los cationes solo ocupan la mitad de las posiciones octaédricas. TiO2. Cuerdas de tetraedros distorsionados compartiendo lados (Dos con espaciamientos Ti – O de 1. En la figura 24 se muestran dos representaciones de la estructura tipo [Rutilo] usando como ejemplo la forma tetragonal del óxido de titanio.988 Å y cuatro con 1. Compuestos con este tipo de estructura son el TiO2. MnO2.944 Å) se extienden en la dirección cristalográfica c de la estructura. Dichos tetraedros comparten vértices con cuerdas adyacentes de octaedros formando una estructura tridimensional. En vez de eso. RuO2. NbO2. PbO2. Estructura cristalina tipo [Rutilo] La estructura cristalina tipo [Rutilo].Fundamentos de materiales cerámicos. incluye cationes de tamaño medio con una carga eléctrica de 4+. GeO2. 25 . de forma que la estructura de tipo rutilo presenta coordinación de 6:3.estructuras cristalinas de cerámicos 6 3 A X 3. WO2. El catión tiene un número de coordinación igual a 6 y el anión debe tener un número de coordinación tal que se cumpla la relación: Se basa en un empaquetamiento hexagonal compacto de los aniones en el que los cationes ocupan la mitad de los huecos octaédricos. OsO2 y IrO2 y por los fluoruros del tipo MgF2 y NiF2. VO2. el resultado es una estructura compacta distorsionada. 26 .estructuras cristalinas de cerámicos Figura 24 . (b)..Celda unitaria tetragonal del TiO2 mostrando las dos longitudes de enlace Ti-O diferentes.Compartición de aristas y vértices de los octaedros para formar la estructura tridimensional.Ilustraciones de la estructura tipo [Rutilo] (a).Fundamentos de materiales cerámicos.. El óxido de al uminio. La estructura tipo [Corindón] es una estructura binaria de gran importancia. cada octaedro Al-O comparte una cara y tres aristas con un octaedro adyacente. Para lograr una distribución uniforme de los cationes y de los aniones . pero que se aproximabmucho a una red hexagonal. es el material más importante que posee dicha estructura. Hay 30 iones por cada punt o reticular (y por cada celda unidad) y la formula química 3+ 2Al 2O3 exige que estos 30 iones estén divididos en 12 Al y 18 O . Estructura cristalina del corindón. Se trata de una red de Bravais romboédrica. 27 . V2 O3. Cr2 O3. Ti2 O3.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 25 Estructura del TiO2 4. Ga2 O3 y Rh2 O3. El número de coordinación de los cationes es 6 y el de los aniones 4. 2Los aniones O están dispuestos en un empaquetamiento próximo al hexagonal compacto y los cationes rellenan los 2/3 de los hue cos octaédricos.Fundamentos de materiales cerámicos. Al2 O3. Otros materiales son: Fe 2 O3. En la figura 26 puede verse la estructura cristalina del corindón. que se muestra superpuesta al 23+ apilamiento de capas compactas de iones O .Fundamentos de materiales cerámicos. Los iones Al rellenan los 2/3 de los huecos octaédricos entre capas adyacentes. 28 .estructuras cristalinas de cerámicos Figura 26 Celda unidad del Al2O3. -Estructura cristalina del corindón. 29 .Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 27. Una estructura cerámica ternaria consiste. con dos cationes de diferentes tamaños o cargas. finalmente. la mayor parte de la corteza de la tierra está compuesta de materiales cerámicos con estructuras ternarias. en un ordenamiento de iones (En general de aniones). se hará énfasis en las posiciones estructurales más bien que en la composición química. compuestos de la forma ABX4 con estructuras del tipo [circón]. Muchas cerámicas comerciales importantes con estructuras ternarias tienen composiciones con más de tres elementos donde más de un elemento de tamaño comparable ocupa un tipo de posición estructural. [fenacita] y [olivino].Fundamentos de materiales cerámicos.1.Resumen de algunas estructuras ternarias. Estas incluyen compuestos de la forma A2BX4 cuya estructuras pueden ser de los tipos [espinela]..estructuras cristalinas de cerámicos 6. generalmente. refractarios. magnéticos. compuestos de la forma ABX3 con la estructura del tipo [perovskitas] y. compacto o próximo al compacto.4. Las estructuras ternarias son sumamente importantes para la tecnología de cerámica avanzada. cuando se exploran estructuras ternarias. Así. Algunas estructuras ternarias se dan en la tabla 3 Se estudiarán sólo algunas de las estructuras ternarias. El objetivo es seleccionar ejemplos que ilustren los factores que controlan las disposiciones de los átomos e influyen en las propiedades de composiciones específicas. Muchas de las composiciones de materiales usados como dieléctricos avanzados. Tabla 10. otras estructuras ternarias. 1. que se ajustan en las posiciones intersticiales apropiadas. Introducción. Además. las derivadas del SiO2 ordenado y las ternarias derivadas de las estructuras binarias del [rutilo] y de la [fluorita]). 30 . Estructuras cerámicas ternarias. estructurales y ópticos tienen estructuras ternarias.1. es decir 23+ están en coordinación con cuatro oxígenos (O ) y los iones Al están situados en posiciones octaédricas. Una celda 2unitaria contiene 32 aniones X (por ejemplo. L a estructura tipo [Espinela] se muestra en la figura 28. Se aprecia 2+ cómo los iones Mg están ocupando posiciones tetraédricas. el catión A ocupa un octavo de los 3+ huecos tetraédricos y el B la mitad de los huecos octaédricos. 1. es decir un total de 56 iones. la cual puede verse como una combinación de las estructuras del NaCl y del ZnS. cuatro B y ocho X ) asociados a cada punto de red. 16 cationes en huecos octaédricos y 8 en tetraédricos.estructuras cristalinas de cerámicos 2.Fundamentos de materiales cerámicos. Estructuras ternarias de los compuestos de la forma A2BX4. es decir en coordinación con seis oxígenos 2 O 31 . Estructuras del tipo [Espinela La fórmula A2BX4 incluye una importante familia de cerámicos con aplicaciones magnéticas. En la 2+ estructura [espinela] normal. de oxígeno) localizados en los sitios de red de la estructura cúbica centrada en las caras. Las estructuras tipo [Espinela] se construyen sobre una red de Bravais cúbica centrada en las caras con 14 iones (dos 2+ 3+ 2A . estructuras cristalinas de cerámicos Fig ura 28. Posición relativa de los átomos en la estructura. los cationes A y la mitad 3+ de los cationes B ocupan huecos octaédricos. Muchos de los materiales cerámicos importantes utilizados por sus propiedades magnéticas tienen la estructura [Espinela] inversa. donde A tiene valencia +2 y B valencia +3. FeFe2O4 (=Fe3O4 o magnetita). Estos materiales pueden describirse a través de la fórmula B[AB]X4.Estructura tipo [Espinela] normal. mientras que los cationes 3+ B restantes están en huecos tetraédricos. 32 . FeNiFeO4 y muchas otras ferritas de interés comercial o cerámicos ferromagnéticos. que es una versión ligeramente modificada de la estructura de la espinela. 2+ En la estructura tipo [Espinela] inversa (Figura 29). Ejemplos son el FeMgFeO4.Fundamentos de materiales cerámicos.. el 2+ catión que ocupa el hueco tetraédrico puede ser tan grande como el Cd 4+ (0. S . En las estructuras donde el anión es el O .Fundamentos de materiales cerámicos. Se y Te .68 Å).29 Å) o tan pequeño 4+ como el Ge (0.94 Å) o tan pequeño como el Si (0. F .estructuras cristalinas de cerámicos Figura 29 Estructura tipo [Espinela] inversa. Las combinaciones de carga para las espinelas de óxidos incluyen: Además de otras. Esto permite una amplia gama de composiciones. Posición relativa de los átomos en la estructura. 33 . Una amplia variedad de iones en cuanto a tamaños y cargas puede encajar 2+ en la estructura tipo [Espinela]. También existen estructuras tipo [Espinela] con otros 222aniones. como por ejemplo.40 Å) y el catión que ocupa el + hueco octaédrico puede ser tan grande como el Ag (1. -Los huecos tetraédricosde los cationes se han resaltado mediante tetraedros y los octaédricosse han representado por esferas.Fundamentos de materiales cerámicos. (b).En ambas figuras los aniones se sitúanen los vértices de los tetraedros y de los octaedros.-Los huecos octaédricos de los cationes se han resaltado mediante octaedros y los tetraédricosse han representado por esferas. 34 .estructuras cristalinas de cerámicos Figura30 -Modelo atomísticode la estructura de la espinela.(a). Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 31. 35 .-Estructura cristalina del MgAl2O4. En la tabla 3 se dan algunas de las composiciones con estructura tipo [espinela]. Si3N4 son a = 7. Be2SiO4.607 Å y c = 2. 2 Å de diámetro paralelo al eje c.estructuras cristalinas de cerámicos Tabla 3 Composiciones con estructura tipo [espinela]. Li2SeO4. mientras que 36 . que es un nesosilicato. Tanto el catión Be 4+ como el Si son de pequeño tamaño y pueden ajustarse con una coordinación igual a 4 con un ión oxígeno en cada vértice de un tetraedro. A Estructura del tipo [Fenacita] 4 4 3 B X La estructura del tipo [Fenacita] recibe ese nombre debido al mineral natural 3+ denominado fenacita. Los tetraedros se unen entre si formando una estructura de red tridimensional compartiendo cada vértice.Nitruro de silicio] La estructura del tipo [β. El 2+ Zn2SiO4 (willenita) dopado con iones Mn también tiene una fuerte fosforescencia y fue extensamente usado como u material catodoluminescente. Las dimensiones de la celda u n i t a r i a del β.911 Å. Estructura del tipo [β.252 Å. Li2MoO4. Zn2GeO4 y Li2BeF4.Si3N4] e s esencialmente la misma que la de la [Fenacita].Fundamentos de materiales cerámicos. excepto que la celda unitaria es más compacta y de simetría hexagonal. en comparación con las de la celda unitaria del Be2SiO4 que son a = 12. Esto es debido a que todos los 4+ cationes Si están en posiciones cristalográficas equivalentes. La estructura resultante no es compacta y tiene un grado significativo de enlace covalente direccional. aproximadamente. Algunas composiciones con la estructura del tipo [Fenacita] incluyen a los compuestos Zn2SiO4. 2.472 Å y c = 8. La celda unidad tiene una simetría romboedral con un canal cilíndrico de. 3. 2+ El Be2SiO4 dopado con iones Mn fue uno de los primeros materiales de fósforo usados para la iluminación de las casas. 4.Si3N4 (vía la solución sólida de A13O3N) y todavía conservar la estructura del tipo [β.Si3N4 tiene un enlace covalente fuerte. 2+ y una para el El β. Figura 32.estructuras cristalinas de cerámicos hay tres posiciones distintas en el Be2SiO4. Se ha + 2determinado que cantidades considerables de iones Al3 y la O puede sustituir a los iones del β. A Estructura del tipo [Olivino] 6 4 4 B X La estructura del tipo [Olivino] recibe ese nombre debido al mineral natural denominado olivino. dos para el Be 4+ Si . componentes de motores y útiles para cortar metales. Esto ha conducido a una serie de composiciones denominadas SIALONES con una amplia gama de propiedades. En la figura 32 se puede ver la estructura cristalina del nitruro de silicio. La estructura 37 . Fe)2SiO4.Fundamentos de materiales cerámicos. que es una solución sólida entre los minerales forsterita (Mg2SiO4) y fayalita (Fe2SiO4). El β.. (Mg.Si3N4].Estructura cristalina del nitruro de silicio.Si3N4 debido a sus excelentes propiedades termomecánicas y elevada dureza es un material importante para aplicaciones estructurales avanzadas como cojinetes. realizado con los cationes más pequeños "B" colocados en un octavo de los huecos intersticiales tetraédricos y los cationes “A” de mayor tamaño en la mitad de los huecos octaédricos.127 Å y dos en 2. Tales distorsiones son necesarias para acomodar la gran variedad de tamaños de ion y cargas implicados. Una posición tiene dos iones oxígeno a una distancia interatómica de 2. El ordenamiento de los átomos en la estructura del tipo [olivino] se ilustra en la figura 33 Muchas estructuras ternarias están deformadas. El Fe2SiO4 puede ser usado como un ejemplo que nos ayude a visualizar l a estructura del tipo [Olivino]. Mg)O6 La estructura consiste en un ordenamiento hexagonal compacto de aniones. ligeramente deformado.estructuras cristalinas de cerámicos está basada en tetraedros SiO4 que unen cadenas de octaedros (Fe. Estas distorsiones y modificaciones de la estructura cristalina determinan modificaciones en el comportamiento del material. Tetraedros independientes comparten vértices y bordes con octaedros FeO. uno a 2.289 Å. El tetraedro tiene los espaciamientos del enlace S i -O del siguiente modo: uno a 1. La otra posición tiene dos a 2.126 Å. Pueden presentarse otras modificaciones cuando otros iones adicionales entran en solución sólida.122 Å.634 Å. dos en 2.236 Å y dos a 2. 38 . Esto da como resultado distorsiones de 2+ ambos poliedros de tal modo que el Fe tiene dos posiciones distintas dentro de la estructura cristalina. Cada combinación de t a m a ñ o y carga da como resultado u n grado ligeramente diferente o tipo de distorsión.088 Å. uno a 2.Fundamentos de materiales cerámicos.226 Å. E s t r u c t u r a d e l olivino mostrando el lado compartido de los octaedros distorsionados..estructuras cristalinas de cerámicos Figura 33 ( a).Estructura de la fayalita 39 ..Fundamentos de materiales cerámicos. Me representa los distintos iones metálicos que pueden ajustarse en la estructura (b). Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 34.-Estructura del olivino 40 . W. Nd. También están contenidos en muchos refractarios usados en plantas de acero. Eu. En la tabla 4 se dan diversas estructuras y composiciones. Gd. Pr.Fundamentos de materiales cerámicos. ZrO2 . Además. incluyen Al2BeO4. Y y tierras raras (serie de los lantanidos: La. El circón también se usa para aplicaciones de tecnología de cerámica porque tiene un coeficiente de dilatación térmica lineal bajo. la monazita (LnPO4) (Ln se refiere a elementos de la serie de los lantanidos) es fuente de los elementos tierras raras. el circón (ZrSiO4) es fuente del circonio metálico y la circonia. Tb. algunas composiciones con la estructura tipo 41 . Th. Tabla 4 Resumen de algunas estructuras ternarias de los compuestos de la forma ABX4 . La principal importancia de las composiciones ABX4 es como menas de Ba. 3. LiMgVO4.5Mn0. Yb y Lu) La barita (BaSO4) es la fuente principal de bario. Ce. Sm. Estructuras ternarias de los compuestos de la forma ABX 4 Los materiales con estructuras del tipo ABX4 son menos importantes en la tecnología de las cerámicas avanzadas. Dy. Zr. junto con las espinelas. Ho. constituyen la parte principal de la corteza terrestre.estructuras cristalinas de cerámicos Varios de los ejemplos más inusuales Na2BeF4. Er. Mn2SiS4 y Mg2SnSe4. - El olivino y las composiciones con estructura tipo [Olivino].5WO4) son fuentes para el tungsteno y la torita (ThSiO4) para el torio. que la de los compuestos A2BX4. la scheelita (CaWO4) y la wolframita (Fe0. Tm. estructuras cristalinas de cerámicos [circón] y [scheelita] son fluorescentes. que pueden ser optimizadas para usos específicos. Introducción. Otras composiciones con estructura tipo [perovskita] de importancia incluyen soluciones sólidas entre el KTaO3 y el KNBO3. Las composiciones se pueden alterar por substituciones químicas para proporcionar una amplia gama de propiedades. La composición YVO4.Fundamentos de materiales cerámicos.35O3 son usadas para condensadores. cerámicas ferroeléctricas. Las composiciones tales como el BaTiO3 y el PbZr0. Una amplia variedad de materiales de gran importancia en la tecnología moderna tiene estructuras del tipo de la que presentan los compuestos ABX3. Las más importantes son las composiciones que presentan la estructura del tipo [Perovskita] que presentan propiedades ferroeléctricas y con una constante dieléctrica alta. y la composición. las cuales se dan en la tabla 5 Tabla 5 Resumen de algunas estructuras ternarias de los compuestos de la forma ABX3. Estos materiales ferroeléctricos de alta temperatura también son usadas como piezas piezoeléctricas. que tienen estructuras relacionadas y tipo [ilmenita]. dopada con Eu es fosforescente de color rojo y se usa para la televisión en color. 1. 42 . con la estructura de la scheelita dopada con Nd es un anfitrión de láser 1 Estructuras ternarias de los compuestos de la forma ABX3. y transductores piezoeléctricos. CaWO4. que se usan como moduladores electroópticos para láseres. con la estructura del circón. Otros materiales moduladores de láser son el LiNbO3 y el LiTaO3.65Ti0. o Mn 4+ 3+ 5+ en la posición "A" y cationes muy pequeños limitados al C . Esto da como resultado una celda unitaria romboédrica que es mucho más larga en una dirección que en otras direcciones. Mirando a través de un cristal de calcita en la orientación apropiada se ve una imagen doble Figura 35 Estructura cristalina de la calcita 43 . Cada uno de 2+ esos grupos CO3 tiene seis iones Ca vecinos con una distancia interatómica Ca-O de 2. Fe. Cada ion C está rodeado por tres aniones O .Fundamentos de materiales cerámicos. cuando la calcita se -6 calienta. Mg.estructuras cristalinas de cerámicos 1 Estructura del tipo [Calcita] 6 3 3 A B X La estructura tipo [Calcita] implica cationes grandes como Ca. Por ejemplo. tiene un coeficiente de dilatación térmica lineal muy alto (25 x 10 -6 / ° C) en la dirección paralela al eje c. La anisotropía es tan alta que incluso hasta la luz es afectada al pasar a través de un cristal transparente de calcita. todos en el mismo plano a una distancia interatómica C-O de 1.36 Å. La estructura del CaCO3 es buen ejemplo y es ilustrada en 4+ 2la figura 35. lo que da lugar a propiedades anisotropicas (propiedades diferentes en direcciones diferentes).283 Å. pero un valor negativo (-6 x 10 / ° C) en la dirección perpendicular al eje c. B oN en la posición "B". Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos 44 . Ejemplos de composiciones incluyen el MgTiO3. En la figura 36 puede verse la estructura cristalina de la ilmenita.estructuras cristalinas de cerámicos 1 Estructura del tipo [Ilmenita] La estructura tipo [Ilmenita] implica un tamaño intermedio de los cationes que se ajustan en posiciones intersticiales octaédricas para producir una estructura ordenada derivada de la estructura tipo [Corundum]. NiTiO3 CoTiO3. ZnGeO3. MgSnO3. MnTiO3. 45 . y NiMnO3.Fundamentos de materiales cerámicos. Una capa de la estructura contiene cationes en la posición A y la capa adyacente contiene cationes en la posición B. FeTiO3. NaSbO3. Composiciones con estructuras ordenadas estrechamente relacionadas incluyen el LiNbO3 y LiTaO3. Fundamentos de materiales cerámicos. La estructura [perovskita ideal] implica cationes grandes con un tamaño similar al anión. tienen importantes propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas (relacionadas con las posiciones relativas que ocupan los cationes y los aniones en función de la temperatura. Las composiciones con la estructura [Perovskita] con propiedades eléctricas importantes son deformadas. El catión más pequeño llena un cuarto de los lugares intersticiales octaédricos. Las composiciones con la estructura tipo [perovskita ideal] incluyen las siguientes: SrTiO 3. ortorrómbica o romboedral. [010] y [001].33)O. como el BaTiO3. La posición B catión esta 46 . igual a 12. Los materiales con la estructura de perovskita. BaLiF3. KNbO3. LaAlO3. un Ti y tres O ) por cada punto reticular y por celda unitaria.estructuras cristalinas de cerámicos 1 Estructura del tipo [Perovskita] La estructura del tipo [Perovskita] y las estructuras relacionadas con ella son las estructuras de los compuestos ABX3 más importantes para las aplicaciones de tecnología más avanzada de las cerámicas. Otras están ordenadas o deformadas y tienen otras estructuras cristalinas como puede ser tetragonal. El catión grande se une a los aniones en un ordenamiento cúbico compacto y así tiene un número de coordinación. Ba (Zn0. KMgF3. Muchas de las estructuras tipo [perovskitas] son cúbicas y se denominan [perovskitas ideales]. NaTaO3. CsIO3. La estructura puede ser visualizada como cuerdas de octaedros AX que comparten vértices. CN. Existen cinco iones (un 2+ 4+ 2Ca . que se extienden en tres dimensiones perpendicularmente entre ellas a lo largo de las direcciones cristalográficas [100].67W0.67) O3 y Pb (Fe0.33Nb0. Esto se ilustra en la figura 37 junto con una vista alternativa. Los superconductores de alta temperatura son el resultado de las investigaciones sobre variaciones en la estructura de cerámicos del tipo de la perovskita. además de un segundo catión más pequeño. SrLiH3. Fundamentos de materiales cerámicos. En la tabla 5 se dan composiciones con estructura tipo [Perovskita] ideales. no Tabla 5.Ejemplos de composiciones con estructuras tipo [Perovskita] no ideale 47 .estructuras cristalinas de cerámicos ligeramente desplazada fuera del centro lo que determina un octaedro excéntrico deformado.. estructuras cristalinas de cerámicos 48 .Fundamentos de materiales cerámicos. mostrando las cuerdas de octaedros BX6 compartiendo vértices.Fundamentos de materiales cerámicos. 49 . Los aniones X están en el centro de cada lado del cubo.-Vista con el catión B en el centro de un cubo y el catión A en los vértices. el Catión B en los vértices de cubo y el catión A en el centro del cubo. (a).estructuras cristalinas de cerámicos Figura 37 Dos vistas esquemáticas de la estructura tipo [perovskita ideal]. (b).-Vista alternativa con los aniones en las posiciones centradas de las caras del cubo. Fundamentos de materiales cerámicos. y el Cu las del Ti. b = 3. Las propiedades de un superconductor dependerán obviamente de la estructura y empaquetamiento de los átomos en la estructura cristalina. la más conocida es el titanato de calcio.671 Å. que tienen una relación de dos átomos de metal por cada tres átomos de oxígeno. En la figura 38 puede verse la estructura cristalina del compuesto YBa2Cu3O7-x. se encuentran ocupando las posiciones del Ca.estructuras cristalinas de cerámicos Figura 38 Estructura cristalina de la perovskita. los átomos de Y y Ba. su bloque básico de construcción es la estructura simple de las perovskitas. De este modo resulta una celda ortorrómbica.882 Å y c = 11. que es un superconductor de alta temperatura. La celda unitaria de este compuesto aunque parece ser compleja. ABO3. CaTiO3 . CaTiO3. cuyos parámetros son a = 3. 50 . Puede observarse que la celda unitaria del superconductor 1-2-3 resulta del apilamiento de tres celdas cúbicas en las cuales. De ellas.817 Å. Fundamentos de materiales cerámicos. También se ha demostrado que el contenido de oxígeno en el material es determinante en la superconductividad.-Estructura cristalina del compuesto YBa2Cu3O7-x.estructuras cristalinas de cerámicos El aspecto al parecer esencial en la determinación de las propiedades superconductoras es la existencia de capas bidimensionales de CuO con diferentes números de coordinación. 51 . que se extienden a través del material. Figura 39. 2011.es/bitstream/handle/10251/12888/Estructura%20de %20los%20Silicatos.pdf?sequence=4 http://www.uc3m.pdf https://riunet.CERAMICOS.shtml} http://ocw.es/ciencia-e-oin/quimica-de-los-materiales/Material-declase/tema-6.com/trabajos-pdf5/materiales-ceramicos/materialesceramicos.estructuras cristalinas de cerámicos 7.Estructura.CRISTAL INA.2012.monografias.es/usr/fblanco/Materiales.-materiales-metalicos-ceramicos-y-polimeros-ii 52 .Fundamentos de materiales cerámicos. BIBLIOGRAFIA http://www6.upv.uniovi. Fundamentos de materiales cerámicos.estructuras cristalinas de cerámicos 53 .