Materiales Cerámicos 2 test

¿Cómo se define formalmente un material cerámico según el documento técnico?. Compuesto orgánico no metálico sinterizado por encima de T_f. Compuesto inorgánico y no metálico (cristalino, vítreo o mixto) obtenido por conformado y sinterización. Mezcla metálica-polimérica sometida a consolidación por fusión completa. Polímero entrecruzado reforzado con silicatos naturales.

¿Cuál es el rango de temperatura típico en el que se produce el proceso de sinterización cerámico?. T > T_f (fusión total del polvo). T < T_f (tratamiento térmico a alta temperatura por debajo del punto de fusión). T = T_g (temperatura exacta de transición vítrea). T < 100 ºC (secado por evaporación libre).

En la formulación de piezas cerámicas tradicionales, ¿cuál es la función principal del aditivo de cuarzo (SiO₂)?. Reducir significativamente la temperatura de fusión de toda la mezcla actuando como fundente principal. Actuar como un componente no plástico desgrasante que reduce la contracción durante el secado y la cocción. Formar una estructura celular por desgasificación durante la sinterización. Proporcionar plasticidad inmediata a la masa húmeda.

¿Cuál es la fórmula química típica de la caolinita, componente mineral base de las arcillas tradicionales?. BaTiO₃ · H₂O. 2SiO₂ · Al₂O₃ · 2H₂O. SiC · Si₃N₄. Al₂O₃ · ZrO₂.

¿Qué diferencia fundamental existe entre las materias primas empleadas en cerámicos tradicionales frente a los cerámicos avanzados?. Los cerámicos tradicionales no contienen óxidos metálicos en su composición química. Los tradicionales utilizan mezclas complejas de origen natural (como SiO₂, Al₂O₃, MgO), mientras que los avanzados emplean polvos sintéticos de alta pureza. Los tradicionales se procesan por vía gaseosa y los avanzados por molienda manual. Los avanzados provienen exclusivamente de rocas volcánicas sin tratar.

¿Cuál es el orden de magnitud típico del tamaño de defecto en cerámicos avanzados frente a los tradicionales?. Tradicionales: micrométricos (μm); Avanzados: milimétricos (mm). Tradicionales: milimétricos (mm); Avanzados: micrométricos (<10 μm). Tradicionales: nanométricos (nm); Avanzados: centimétricos (cm). Ambos presentan idéntico tamaño de defecto.

¿Qué desviación de la densidad teórica (ρ_t) presentan típicamente los cerámicos avanzados bien procesados?. Desviación del 10–20%. Desviación del 1–2% (alcanzando cerca del 99% de la densidad teórica). Desviación del 50%. Desviación superior al 30%.

¿Por qué la alúmina (Al₂O₃) transparente ópticamente requiere una densidad relativa del 99,9% ρ_t?. Para aumentar la deformación plástica en frío. Para eliminar la porosidad residual que dispersa la luz. Para reducir su punto de fusión por debajo de los 500 ºC. Para transformar su estructura cristalina en amorfa.

¿Qué tipo de enlace químico predomina en el carburo de silicio (SiC) y en el diamante?. Enlace metálico libre. Enlace covalentemente direccionado de alta energía. Enlace iónico puro tipo AX. Enlace de Van der Waals superficial.

¿Cuál de los siguientes cerámicos es un ejemplo clásico de estructura iónica tipo AX?. Diamante (C). Óxido de magnesio (MgO). Carburo de silicio (SiC). Nitruro de boro cúbico (BN_c).

En la preparación de polvo cerámico, ¿en qué consiste la etapa de dimensionamiento?. En extruir la masa plástica a través de una boquilla hidráulica. En determinar la distribución del tamaño de partícula, superficie específica y propiedades físicas. En cocer las piezas en un horno túnel a 1000 ºC. En aplicar una capa de esmalte protector antes de la molienda.

¿Qué ventaja ofrece el prensado isostático en frío (CIP) frente al prensado uniaxial en matriz rígida?. Evita la necesidad de sinterización posterior. Aplica una presión uniforme en todas las direcciones mediante un fluido, obteniendo una densidad en verde más homogénea. Elimina por completo los aglutinantes orgánicos a temperatura ambiente. Permite fundir el material cerámico directamente.

¿Cuál es la función del contenedor hermético flexible ("bag") en el proceso de prensado isostático en frío (CIP)?. Evitar que el oxígeno reaccione con el material cerámico durante la sinterización final. Transmitir la presión del fluido hidráulico de manera uniforme sobre el polvo cerámico compactado. Calentar el polvo por inducción magnética. Evitar la contracción del material durante la cocción.

En el prensado isostático en caliente (HIP), ¿qué dos factores se aplican simultáneamente?. Vacío extremo y radiación UV. Presión isostática (vía gas inerte) y temperatura de sinterización. Deformación por laminación y enfriamiento criogénico. Mecanizado ultrasónico y grabado químico.

¿Qué efecto microestructural produce el proceso HIP en comparación con la sinterización convencional sin presión?. Granos gigantescos y porosidad del 15%. Alta densidad final con un tamaño de grano muy pequeño y mínima porosidad. Transformación de la matriz en un líquido superenfriado. Formación de grietas macroscópicas por choque térmico.

¿En qué consiste el método de conformado libre de polvo mediante deposición química en fase vapor (CVD)?. En pulverizar agua sobre arcilla caliente. En hacer reaccionar gases precursores para depositar una película fina o pieza sólida de alta pureza sobre un sustrato. En compactar gránulos en seco dentro de una prensa mecánica. En congelar suspensiones cerámicas acuosas.

¿Cuál es la función principal de la etapa de Burnout (desaglomeración / secado térmico) entre 200 ºC y 700 ºC?. Fundir la sílice para formar cuarzo β. Eliminar de forma controlada los aditivos orgánicos (dispersantes, aglutinantes, lubricantes) antes de la sinterización. Transformar el nitruro de boro hexagonal en cúbico. Aumentar el tamaño de poro para mejorar el aislamiento.

En la sinterización en fase sólida, ¿cuál es el primer fenómeno físico observable entre partículas adyacentes?. La formación de una película líquida volátil. La formación del cuello de unión entre partículas por difusión atómica. La fusión completa de los bordes de grano. El aumento brusco del volumen específico.

¿Qué ventaja e inconveniente presenta la sinterización en fase líquida (añadiendo ~1% de aditivo de bajo T_f)?. Ventaja: elimina la necesidad de calor; Inconveniente: destruye la dureza superficial. Ventaja: acelera la densificación a menor T; Inconveniente: la fase vítrea residual en bordes de grano reduce la resistencia a alta temperatura. Ventaja: transforma la cerámica en metal; Inconveniente: requiere presiones de 10 GPa. Ventaja: incrementa la porosidad; Inconveniente: impide el pulido.

¿Qué propiedades del material se clasifican como poco sensibles a la microestructura por depender directamente del enlace atómico?. Módulo de Young (E), coeficiente de expansión térmica (α), densidad teórica (ρ) y punto de fusión (T_f). Tenacidad a la fractura (K_IC), resistencia a la tracción (σ) y fatiga. Resistencia al impacto y tamaño de defecto crítico. Desgaste abrasivo y tenacidad por transformación de fase.

¿Por qué la curva tensión-deformación de un cerámico monolítico es completamente lineal hasta la rotura?. Porque experimenta una gran deformación plástica antes del límite elástico. Porque carece de movilidad de dislocaciones a temperatura ambiente, presentando un comportamiento puramente elástico frágil. Porque los electrones libres absorben la energía de deformación. Porque el módulo de Young se reduce a cero al aplicar carga.

¿Por qué la presencia de microporos reduce drásticamente la resistencia mecánica a tracción de los cerámicos?. Porque aumentan la conductividad eléctrica del material. Porque reducen la sección efectiva resistente y actúan como concentradores de esfuerzos locales. Porque aumentan la plasticidad en los bordes de grano. Porque elevan el punto de fusión del óxido.

¿Por qué la conductividad térmica (k) de cerámicos densos como el diamante o el carburo de silicio (SiC) es inusualmente elevada a temperatura ambiente?. Debido a la gran cantidad de electrones libres en su banda de conducción. Debido al transporte altamente eficiente de fonones (cuantos de vibración de la red) en su red cristalina rígida y ordenada. Por la difusión rápida de fotones térmicos a través de los poros. Por el choque cinético entre moléculas gaseosas ocluidas.

¿Qué parámetro cuantifica el índice de resistencia al choque térmico (I_r) de un material cerámico?. I_r = (α_l · E) / (k · R). I_r = (k · R) / (α_l · E · c). I_r = T_f / T_g. I_r = ρ · c_p · k.

¿A partir de qué temperatura relativa de operación (T_uso / T_f) se activa el fenómeno de termofluencia en cerámicos?. T_uso / T_f > 0,05. T_uso / T_f > 0,3. T_uso / T_f > 0,95. Solamente cuando T_uso > T_f.

¿Cuál es la temperatura de fusión (T_f) aproximada de la alúmina de alta pureza (Al₂O₃)?. 1000 ºC. 2050 ºC. 3500 ºC. 600 ºC.

¿Qué mecanismo incrementa la tenacidad a la fractura en la Circonia Parcialmente Estabilizada (ZrO₂-CPE)?. La evaporación de la fase vítrea durante el choque mecánico. La transformación de fase cristalina inducida por tensión en el frente de la grieta con expansión volumétrica que la comprime. La adición de fibras plásticas de polietileno. El deslizamiento continuado de dislocaciones metálicas.

¿Qué compuesto cerámico es el más utilizado como dieléctrico de alta permitividad en condensadores y piezoeléctricos?. SiC. Titanato de bario (BaTiO₃). Caolín. Nitruro de boro hexagonal (BN_h).

¿Por qué los cerámicos no óxidos basados en silicio (SiC, Si₃N₄) pueden trabajar en atmósferas oxidantes hasta 1600 ºC?. Porque no reaccionan con el oxígeno bajo ninguna circunstancia. Porque forman una capa superficial pasivante de dióxido de silicio (SiO₂) que frena la oxidación posterior. Porque subliman antes de oxidarse. Porque emiten electrones de apantallamiento.

¿Cuál es la diferencia fundamental de estructura entre el nitruro de boro hexagonal (BN_h) y el cúbico (BN_c)?. BN_h es superduro como el diamante y BN_c es blando como el talco. BN_h tiene estructura laminar tipo grafito (lubricante) y BN_c tiene estructura tipo diamante (extrema dureza). Ambos poseen la misma dureza y estructura amorfa. BN_c es soluble en agua a temperatura ambiente.

¿Por qué el nitruro de boro cúbico (BN_c) es preferido frente al diamante sintético en el mecanizado y corte de aceros a alta velocidad?. Porque tiene una temperatura de fusión significativamente menor que facilita la autolubricación. Porque posee una mayor resistencia química y estabilidad frente a la oxidación/reactividad con hierro a altas temperaturas. Porque es dúctil y se puede laminar mecánicamente. Porque disuelve el acero en frío evitando el desgaste por fricción.

¿Qué familia de materiales cerámicos avanzados se sintetiza incorporando óxidos (como Al₂O₃) en la red de nitruro de silicio (Si₃N₄)?. Ferritas. Sialones (SiAlON). Vitrocerámicas de litio. Arcillas refractarias.

¿Cuál es el componente mineral básico en los refractarios arcillosos de calidad convencional?. Magnesita (MgO). Arcilla caolinita (Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O). Nitruro de titanio (TiN). Carbonato de bario.

¿Qué materias primas se utilizan para fabricar refractarios no arcillosos de carácter básico?. Cuarzo purificado y sílice coloidal. Magnesita natural (MgO), dolomita y cromita. Polietileno de alta densidad. Alúmina amorfa transparente.

¿Cuál es el objetivo principal al desarrollar Composites de Matriz Cerámica (CMC)?. Reducir la temperatura de fusión a 100 ºC. Incrementar la tenacidad a la fractura (K_IC) e impedir la propagación frágil y catastrófica de grietas. Hacer los cerámicos eléctricamente superconductores. Reemplazar todos los elementos cerámicos por matrices poliméricas.

¿Por qué las fibras de carbono o mullita son adecuadas para reforzar CMCs mientras que las de vidrio convencional o polímeros no lo son?. Porque las fibras poliméricas se disuelven en agua durante la mezcla. Porque las fibras de carbono y mullita soportan las elevadas temperaturas de sinterización (>1000 ºC) sin degradarse. Porque el vidrio convencional es demasiado dúctil. Porque las fibras de carbono tienen menor resistencia que los polímeros.

¿Cómo se define un vidrio inorgánico desde el punto de vista termodinámico y estructural?. Sólido cristalino con granos orientados preferencialmente. Producto inorgánico de fusión enfriado hasta un estado rígido sin cristalización (líquido superenfriado con estructura amorfa). Cerámica porosa obtenida por sinterización en fase sólida a 200 ºC. Polímero termoplástico de cadena lineal.

En la curva de volumen específico frente a temperatura de un vidrio, ¿qué representa la temperatura T_g?. El punto exacto de ebullición de la sílice. La temperatura de transición vítrea donde el líquido superenfriado pasa al estado vítreo rígido. El punto de fusión cristalina (T_m). La temperatura de combustión de la materia orgánica.

¿Cuál es la función de los modificadores de red (álcalis como el Na₂O) en la fabricación del vidrio de sílice?. Aumentar la viscosidad del fundido a 2000 ºC. Romper enlaces Si-O-Si para reducir la temperatura de fusión y la viscosidad del fundido, facilitando su conformado. Cristalizar toda la mezcla de inmediato. Hacer el vidrio opaco al infrarrojo.

¿Qué es una vitrocerámica y qué aplicación destacada posee según el documento?. Un vidrio orgánico transparente usado en envases descartables. Un material policristalino obtenido por cristalización controlada de un vidrio amorfo (ej. espejo del telescopio Keck II de LiAlSiO₄). Un ladrillo arcilloso revestido con pintura plástica. Un metal sinterizado con alta porosidad interior.

En la formulación de mezclas para cerámicos cristalinos tradicionales, ¿cuál es la función principal que desempeña el aditivo de cuarzo (SiO₂)?. Reducir significativamente la temperatura de fusión de toda la mezcla actuando como fundente principal. Actuar como un componente no plástico desgrasante que reduce la contracción del material durante el secado y la cocción. Generar porosidad cerrada gaseosa para aligerar la pieza final. Reaccionar a temperatura ambiente formando un gel adhesivo orgánico.

¿Qué diferencia fundamental existe entre las materias primas empleadas en cerámicos tradicionales frente a los cerámicos avanzados?. Los cerámicos tradicionales no contienen óxidos metálicos en su composición química. Los tradicionales utilizan mezclas complejas de origen natural (como SiO₂, Al₂O₃, MgO), mientras que los avanzados emplean polvos sintéticos de alta pureza. Los tradicionales se procesan por la vía gaseosa y los avanzados por molienda manual. Los avanzados provienen exclusivamente de rocas volcánicas sin tratar.

¿Cuál es el origen químico y microestructural de las cerámicas avanzadas denominadas Sialones (SiAlON)?. Son mezclas físicas no sinterizadas de cuarzo y alúmina hidratada. Son compuestos formados por la incorporación de óxidos como Al₂O₃ en la red de nitruro de silicio (Si₃N₄). Son carburos purificados sustituidos con átomos de hierro. Son vitrocerámicas compuestas de silicatos de sodio purísimo.

¿Por qué el nitruro de boro cúbico (BN_c) es preferido frente al diamante sintético en el mecanizado y corte de aceros a alta velocidad?. Porque tiene una temperatura de fusión significativamente menor que facilita la autolubricación. Porque posee una mayor resistencia química y estabilidad frente a la oxidación y la reactividad con el hierro a altas temperaturas. Porque es dúctil y se puede laminar mecánicamente. Porque disuelve el acero en frío evitando el desgaste por fricción.

¿Cuál es la función del contenedor hermético flexible ("bag") en el proceso de prensado isostático en frío (CIP)?. Evitar que el oxígeno reaccione con el material cerámico durante la sinterización final. Transmitir la presión del fluido hidráulico de manera uniforme e isostática sobre el polvo cerámico compactado. Mantener una temperatura constante de 1500 ºC durante la compactación. Filtrar los componentes gruesos de la arcilla.

¿Por qué la conductividad térmica (k) de cerámicos densos como el diamante o el carburo de silicio (SiC) es inusualmente elevada a temperatura ambiente?. Debido a la gran cantidad de electrones libres en su banda de conducción. Debido al transporte altamente eficiente de fonones (cuantos de vibración de la red) en su red cristalina rígida y ordenada. Por la difusión rápida de fotones térmicos a través de los poros. Por el choque cinético entre moléculas gaseosas ocluidas.

En el procesamiento cerámico tradicional, ¿qué fenómeno físico causa el encogimiento dimensional durante la etapa de secado?. La cristalización del cuarzo α en cuarzo β. La evaporación del agua libre y capilar existente entre las láminas de arcilla. La sublimación del carburo de silicio. La fusión de los nitruros sintéticos.

¿En qué rango de viscosidad se define el denominado "punto de trabajo" para el conformado industrial de un vidrio sodo-cálcico?. 10¹⁴,⁵ poises. 10⁴ poises (aproximadamente a 1100 ºC). 10¹ poises. 10²⁰ poises.

¿Por qué la presencia de granos gigantes o no uniformes formados durante el sinterizado reduce la resistencia de una cerámica avanzada?. Porque disminuyen el punto de fusión del material a 100 ºC. Porque actúan como defectos concentradores de tensiones e incrementan la longitud del defecto crítico inicial. Porque transforman la estructura en superconductora. Porque eliminan por completo la porosidad residual.

¿Qué ventaja ofrece la adición de fibras cerámicas de mullita o SiC a una matriz cerámica monolítica?. Aumentar la densidad a niveles metálicos. Dispersar la energía de grieta mediante mecanismos de puenteo y desprendimiento de fibras (fiber pull-out), mejorando la tenacidad. Convertir el material en un fluido Newtoniano. Reducir la resistencia a la oxidación a alta temperatura.

¿Qué caracteriza a los refractarios no arcillosos de tipo básico?. Estar formados únicamente por dióxido de silicio amorfo. Estar compuestos por óxidos alcalinotérreos como MgO (magnesita) y CaO (dolomita), resistentes a escorias básicas. Degradarse a temperaturas superiores a 300 ºC. Contener un 90% de aglutinante orgánico soluble.

¿Qué diferencia principal existe entre el comportamiento de solidificación de un sólido cristalino y un vidrio amorfizado?. El sólido cristalino no presenta punto de fusión definido. El sólido cristalino muestra una discontinuidad brusca de volumen en T_m, mientras que el vidrio cambia gradualmente de volumen a través de T_g. El vidrio solidifica a temperaturas más altas que cualquier cerámica cristalina. Ambos muestran idéntico comportamiento dilatométrico a todas las temperaturas.