Al igual que en todo material, las propiedades de la cerámica están determinadas por los tipos de átomos presentes, los tipos de unión entre los átomos y la forma en que los átomos se agrupan
En la cerámica se encuentran dos tipos de enlaces: iónicos y covalentes. El enlace iónico ocurre entre un metal y un no metal, en otras palabras, dos elementos con electronegatividad muy diferente. La electronegatividad es la capacidad del núcleo en un átomo para atraer y retener todos los electrones dentro del átomo mismo, y depende del número de electrones y la distancia de los electrones en las capas externas del núcleo.
En un enlace iónico, uno de los átomos (el metal) transfiere electrones al otro átomo (el no metálico), volviéndose así cargado positivamente (catión), mientras que el no metálico se carga negativamente (anión). Los dos iones que tienen cargas opuestas se atraen entre sí con una fuerte fuerza electrostática.
La unión covalente ocurre en su lugar entre dos átomos no metálicos, en otras palabras, dos átomos que tienen electronegatividad similar, e implica el intercambio de pares de electrones entre los dos átomos.
Aunque ambos tipos de enlaces ocurren entre átomos en materiales cerámicos, en la mayoría de ellos (particularmente los óxidos) el enlace iónico es predominante.
Hay otros dos tipos de enlaces atómicos: metálicos y Van der Waals. En el primero, los cationes metálicos están rodeados de electrones que pueden moverse libremente entre átomos. Los enlaces metálicos no son tan fuertes como los enlaces iónicos y covalentes. Los enlaces metálicos son responsables de las principales propiedades de los metales, como la ductilidad, donde el metal se puede doblar o estirar fácilmente sin romperse, lo que permite que se introduzca en el alambre. El libre movimiento de electrones también explica por qué los metales tienden a ser conductores de electricidad y calor.
Los enlaces de Van der Waals consisten en fuerzas electrostáticas débiles entre átomos que tienen polarización permanente o inducida. Un ejemplo de enlace de Van der Waal es el enlace de hidrógeno entre hidrógeno y oxígeno, que es responsable de muchas propiedades del agua.
En los polímeros, hay enlaces covalentes entre los átomos del polímero, pero las macromoléculas poliméricas (o cadenas) se mantienen unidas por las fuerzas de Van der Waals. De los cuatro tipos de enlaces, Van der Waals es el más débil. Por esta razón, los polímeros son muy elásticos (por ejemplo, una banda elástica), se pueden fundir fácilmente y tienen poca resistencia.
Los enlaces iónicos y covalentes de la cerámica son responsables de muchas propiedades únicas de estos materiales, como alta dureza, altos puntos de fusión, baja expansión térmica y buena resistencia química, pero también de algunas características indeseables, siendo la principal la fragilidad, que conduce a fracturas a menos que el material se endurezca con agentes de refuerzo u otros medios.
Las propiedades de la cerámica, sin embargo, también dependen de su microestructura. Las cerámicas son, por definición, materiales policristalinos, inorgánicos, no metálicos, naturales o sintéticos. A veces, incluso los materiales monocristalinos, como el diamante y el zafiro, se incluyen erróneamente bajo el término cerámica. Los materiales policristalinos están formados por múltiples granos de cristal unidos durante el proceso de producción, mientras que los materiales monocristalinos se cultivan como un cristal tridimensional. Los procesos de fabricación de materiales policristalinos son relativamente baratos, en comparación con los cristales individuales. Debido a estas diferencias (por ejemplo,, cristales múltiples con diversas orientaciones, presencia de límites de grano, procesos de fabricación), los materiales policristalinos no deben confundirse con cristales individuales y deben ser los únicos incluidos en la definición de cerámica. Las propiedades y el procesamiento de la cerámica se ven afectados en gran medida por sus tamaños y formas de grano, y características como la densidad, la dureza, la resistencia mecánica y las propiedades ópticas se correlacionan fuertemente con la microestructura de la pieza sinterizada.
Por otro lado, el vidrio está hecho de materiales inorgánicos no metálicos con una estructura amorfa. La estructura amorfa significa que los átomos no están organizados de acuerdo con una disposición repetitiva y bien ordenada como en los cristales. Las vitrocerámicas están hechas de pequeños granos rodeados por una fase vítrea, y tienen propiedades entre las del vidrio y las de la cerámica.
La siguiente tabla proporciona un resumen de las principales propiedades de la cerámica y el vidrio. Estas son propiedades típicas. De hecho, las propiedades de la cerámica y el vidrio se pueden adaptar a aplicaciones específicas modificando la composición, incluida la creación de materiales compuestos con metales y polímeros, y cambiando los parámetros de procesamiento.
