Ingeneria y ciencia de los materiales
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La ciencia e ingeniería de los materiales estudia las relaciones entre la microestructura, composición, síntesis y procesamiento de los materiales y sus propiedades. Esto permite inventar nuevos materiales y mejorar los existentes. Los materiales se pueden clasificar en grupos como metales, cerámicas, polímeros, semiconductores y materiales compuestos. La selección de materiales para un uso específico debe considerar sus propiedades, capacidad de procesamiento y costo.
Ingeneria y ciencia de los materiales
- 1. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE ALTAMIRAIván Aarón Martínez García2° CMeca trónica
- 2. ¿Qué es la ciencia e ingeniería de los materiales?Es un campo interdisciplinario que se ocupa de inventar nuevos materiales y mejorar los ya conocidos, mediante el desarrollo de un conocimiento mas profundo de las relaciones entre micro estructura, composición, síntesis, y procedimientos.El termino microestructura significa una descripción del arreglo atómico. Composición significa una descripción química de un material. Síntesis indica la manera de fabricar los materiales a partir de elementos naturales o hechos por el hombre. Y el termino Procesamiento indica el modo en que se conforman los materiales en componentes útiles y para causar cambios en las propiedades de distintos materiales.
- 3. En la ciencia de materiales se subrayan las relaciones subyacentes entre las síntesis y el procesamiento, la estructura y la propiedades de los materiales.En la ingeniería de materiales el enfoque es hacia como convertir o trasformar los materiales en dispositivos o estructuras útiles. Gracias a estas ciencias el siguiente paso fue determinar como mejorar esos materiales. Por ¨mejorar¨ se entiende la forma como se puede conservar el comportamiento superconductor en esos materiales, a temperaturas cada vez mayores, o como se puede trasportar una gran cantidad de corriente a gran distancia.
- 4. A veces se clasifican como revolucionarios los descubrimientos de nuevos materiales, fenómenos o dispositivos. Por otra parte, los materiales que han evolucionado durante cierto tiempo puede tener la misma importancia; a esos materiales se les llama evolucionarios.Ejemplo: Antes los bloques se hacían de Hierro. Hoy la mayoría son de una aleación de aluminio ligero, buscando una mayor eficiencia en el consumo. Están hechos de una sola pieza, a partir de un molde de arena.
- 5. Clasificación de los Materiales Hay varia formas de clasificar los materiales.Una de ellas consiste en describir 5 grupos:Metales y aleaciones;Cerámicos, vidrios y vitroceramicos;Polímeros (plásticos);Semiconductores yMateriales compuestos.Los materiales de cada uno de estos grupos poseen distintas estructuras, propiedades y diferencias de resistencias.
- 6. Metales y aleaciones. Incluyen aceros, aluminios, magnesio, zinc, hierro, titanio, cobre y níquel. En general, los metales tienen buena conductividad eléctrica y térmica. Las mesclas de metales y aleaciones permiten mejorar determinadas propiedades o mejores combinaciones de propiedades.Cerámicos, vidrios, y vitroceramicas. Los cerámicos se pueden definir como metales cristalinos inorgánicos. Es posible que sean los materiales mas normales. Los cerámicos avanzados son materiales obtenidos refinando cerámicos naturales y con otros procesos especiales.
- 7. Polímeros. Los polímeros son materiales orgánicos comunes. Se producen con un proceso llamado polimerización. Un ejemplo es el caucho (elastómeros) y muchas clases de adhesivos. Muchos polímeros tienen una resistividad eléctrica muy buena, proporcionan un buen aislamiento térmico. Normalmente no son adecuados para usos a altas temperaturas. Tienen miles de aplicaciones: desde chalecos antibalas, discos compactos (CD) y pantallas de cristal liquido (LCD).Semiconductores. Los semiconductores base silicio, germanio, y arseniuro de galio, como los que se usan en las computadoras y en electrónica. La conductividad eléctrica de los materiales semiconductores es intermedia entre las de los aisladores cerámicos y los conductores metálicos.
- 8. Materiales compuestos (o compositos). Es combinar las propiedades de materiales distintos. Se forman a partir de dos o mas materiales y se obtienen propiedades que no posee un solo material. El concreto, la madera terciada y los plásticos reforzados con fibras de vidrio son ejemplos de materiales compuestos.
- 9. Clasificación Funcional De Los MaterialesUna clasificación funcional de los materiales puede ser de gran utilidad. Se pueden clasificar con base en si su función mas importante es mecánica (estructura), biológica, eléctrica, magnética, u optica.Aeroespaciales. Hoy, el trasbordador espacial de la NASA usa polvo de aluminio en los cohetes de respaldo. A esta categoría pertenecen algunas aleaciones de aluminio, plástico, sílice para las losetas y muchos otros materiales. Biomédicos. Nuestros huesos y dientes están formados, por parte, de una ceramica natural llamada hidroxiapatita.
- 10. Materiales electrónicos. Los semiconductores, como los hechos de silicio, se usan para fabricar circuitos integrados para chips de computadora. Se usan titanio de bario (BaTio3) y muchos materiales dieléctricos para fabricar capacitores cerámicos y otros dispositivos.Tecnología Energética y Tecnología Ambiental. En la industria nuclear se usan materiales como dióxido de uranio y plutonio como combustible . Para manejar los materiales nucleares y administrar los desechos radiactivos, se usan otros materiales, como vidrios y aceros inoxidables.Materiales magnéticos. Los discos duros de computadoras y las cintas de videocaseteras usan muchos materiales cerámicos, metálicos y polímeros que son magnéticos. Ejemplo, sobre un sustrato de polímero se depositan partículas de una forma especial del oxido de hierro, llamado oxido de hierro gamma, para fabricar las cintas de audio.
- 11. Clasificación De Los Materiales Con Base En Su EstructuraAlgunos materiales pueden ser cristalinos (los átomos del material se ordenan en forma periódica) o pueden ser amorfos (donde los átomos del material no tienen orden en gran a escala).Algunos materiales cristalinos pueden estar en forma de un cristal y se llaman mono cristales. Otros están formados por muchos cristales y se llaman poli cristalinos. Las características de los cristales o granos (tamaño, forma, etc.) y de las regiones entre ellos, llamadas limites de grano, influyen también sobre sus propiedades.
- 12. Efectos Ambientales Y De Otra ÍndoleLas relaciones entre estructura y propiedades delos materiales fabricados en forma de componentes se ven influidas con frecuencia por el entorno al que esta expuesto el material durante su uso.Temperatura. Los cambios de temperatura modifican profundamente las propiedades de los materiales . Los metales y las aleaciones que se hayan endurecido con ciertos tratamientos térmicos o técnicas de formado pueden perder repentinamente su resistencia al calentarlos.
- 13. Corrosión. La mayoría de los metales y los polímeros reaccionan con oxigeno u otros gases, en especial a temperaturas elevadas. Los metales y las cerámicas se pueden desintegrar, y los polímeros y las características sin oxido se pueden oxidar. En las aplicaciones espaciales se deben tener el efecto de la presencia de radiaciones y de oxigeno atómico.Fatiga. En muchas aplicaciones se devén diseñar los componentes de forma tal que la carga en el material no sea suficiente para causar su deformación permanente.Rapidez de Deformación. SILLY PUTTY® , un plástico basado en silicona, se puede estirar mucho si se tensa con lentitud (pequeña rapidez de deformación). Si se tensa con rapidez (mayor rapidez de deformación), se rompe.
- 14. Diseño Y Selección De Los Materiales.Cuando se diseña un material para determinada aplicación, debe tenerse en cuenta varios factores. El material debe adquirir loas propiedades físicas y mecánicas necesarias, debe ser capaz de procesarse o fabricarse en la forma deseada y debe proporcionar una solución económica para el problema del diseño.Libro: ¨Ciencia e Ingeniería de los materiales¨ Askeland y Phule pág.. 5-16