EstructurasEstructuras

Macrografia de una uniónsoldada.

Aleación Nb-10%Hf-10%W. 15X

Micrografia óptica deuna capa cementada.

Acero AISI 9310. 320X

Todo material expuesto aun estímulo ejerce una

respuesta.► Mecánicas► Resistencia► Ductilidad► R.impacto► R. Fatiga► R. Termofluencia► Físicas► Eléctricas► Térmicas► Magnéticas► Ópticas► Químicas► De degradación (corrosión, oxidación, desgaste)

Procesamiento y DesempeñoProcesamiento y Desempeño

► Procesamiento: Conjunto de técnicas para la Procesamiento: Conjunto de técnicas para la obtención de obtención de materialesmateriales con formas y con formas y propiedades específicas.propiedades específicas.

► Desempeño: Respuesta del material a un Desempeño: Respuesta del material a un estímulo externoestímulo externo

Tres muestras de alumina (Al2O3) procesadas pordiferentes métodos. De izquierda a derecha: (i)monocristal (transparente), (ii) policristal denso(translúcido) e (iii) policristal poroso (opaco).

Relación IntrinsecaRelación Intrinseca

► Ciencia de los materialesCiencia de los materiales: Estudio de la : Estudio de la relación entre estructura y propiedades de relación entre estructura y propiedades de los los materialesmateriales..

► Ingeniería de materialesIngeniería de materiales: Desarrollo o : Desarrollo o perfeccionamiento de técnicas de perfeccionamiento de técnicas de fabricación y procesamiento de fabricación y procesamiento de materiales materiales con base en la relación estructura-con base en la relación estructura-propiedades.propiedades.

Clasificación de materialesClasificación de materiales

(I) Metales

(II) Cerámicas

(III) Polímeros

–Compuestos– Semicondutores

–Biomateriales

MetalesMetales

► Combinación de elementos metálicos► Gran número de eléctrones libres► Muchas propiedades están relacionadas a esos

eléctrones► Buenos conductores eléctricos y térmicos; opacos;

alta resistencia mecánica, moderada plasticidad y alta tenacidad

Micrografia óptica de unlatón policristalino. 100X.

CeramicosCeramicos► Combinación de elementos metálicos Combinación de elementos metálicos

y no metálicos (carburos, óxidos y nitruros)y no metálicos (carburos, óxidos y nitruros)► Cerámicas, arcillas, vidiros, vitro-cerámicasCerámicas, arcillas, vidiros, vitro-cerámicas► Aislantes térmicos y eléctricos; refractários; Aislantes térmicos y eléctricos; refractários;

resistentes a medios químicamente resistentes a medios químicamente agresivos; muy duras y muy frágilesagresivos; muy duras y muy frágiles

Micrografia óptica detransmisión del nitruro desilício (Si3N4). 750X.

CompuestosCompuestos

Constituídos por más de un tipo de Constituídos por más de un tipo de material.material.

►Diseñados para presentar las mejores Diseñados para presentar las mejores características de cada uno de los características de cada uno de los materialesmateriales involucrados involucrados

Micrografia óptica de uncompuesto reforzado con fibrasde vidrio. 1000X

Necesidades Actuales y Desafios Necesidades Actuales y Desafios futurosfuturos

► Reactores nucleares: materiales para contención de radiación y almacenamiento de resíduos radioactivos, nuevos materiales para combustibles.

► Transporte: materiales livianos y resistentes en altas temperaturas para optimizar el rendimiento energético.

► Energía: nuevos materiales para combustibles, materiales específicos para la fabricación de nuevos dispositivos para generación de energía usando fuentes alternativas no agresivas al medio ambiente.

► Busqueda de nuevos recursos para la substituición de fuentes no renovables, como carbón o petróleo, usadas en la producción de polímeros.

► Reciclaje.

AnalisisAnalisis

Desempeño/CostoCuales son los costos fabricación?

Cual es la formabilidad?

Que tan robustos son losDispositivos?

MicroEstructura:

Que factor controla la resistencia de los materiales?

Que propiedades limitan la resistencia y formabilidad?

Composición:

Que elementos químicos participan?

Que composición es la adecuada?

Que aditivos se pueden usar que sean compatibles con loas aleantes o compisición

Sintesis y Procesamiento

Como se controlan los procesos para obtener las propiedades deseadas?

Como se llega al producto terminado?

Ejemplos RepresentativosEjemplos Representativos

► Cobre: Conductor Electrico-----Buena Cobre: Conductor Electrico-----Buena FormabilidadFormabilidad

► Aceros Aleados: Herramientas----Se endurece Aceros Aleados: Herramientas----Se endurece bastante con tratamiento termicobastante con tratamiento termico

► Al203, MgO, Si02------Refractarios----Aislante Al203, MgO, Si02------Refractarios----Aislante TermicoTermico

► Epoxicos: Encapsulamiento de circuitos----Epoxicos: Encapsulamiento de circuitos----Aislante Electrico, Fenomenal contra la humedad.Aislante Electrico, Fenomenal contra la humedad.

Mas ejemplosMas ejemplos

►GaAs: Sistemas Optoelectricos- GaAs: Sistemas Optoelectricos- Convierte Señales electricas en luzConvierte Señales electricas en luz

►Carburo de Tungsteno: Herramientas Carburo de Tungsteno: Herramientas de Corte de Carburo-Alta dureza de Corte de Carburo-Alta dureza excelente resistencia al choqueexcelente resistencia al choque

►Grafito-Resina Epoxica: Alta relación Grafito-Resina Epoxica: Alta relación de Resistencia al Peso. (Aviones)de Resistencia al Peso. (Aviones)

Resistencias RepresentativasResistencias RepresentativasR

esi

stenci

a (

Psi

)

100,000

200,000

300,000

-PEEK-NYLON-POLIETILENO

-SiC-Si3N4-Zr02-Al2O3

-Carbono Resina Epoxica-Kevlar-Resina Epoxica-Boro-Poliimida-Carbono-Poliimida-Vidrio-Poliester

-Acero al Carbono-Acero de Alta Resistencia-Acero Aleado-Aleación Cu-Be-Aleación de Niquel-Aleación de Titanio-Latón Cu-Zn-Aluminio-Zinc-Plomo

Polimeros

Ceramicos

Materiales Compuestos

Metales y aleaciones

Clasificacion Funcional de los MaterialesClasificacion Funcional de los Materiales

Clasificación de los

materiales Funcionales

Estructurales

Acero, Concreto, Fibra de Vidrio

Inteligentes

PZT, Fluidos MR, Geles Poliméricos

Opticos

SiO2,GaAs, YAG

Magneticos

Fe, NiZn, Co-Pt-Ta-Cr

Tecnologia de energia y Ambiente

UO2, Ni-Cd,ZrO2

Electronicos

Cu, W, Si

Biomedicos

Aceros inoxidables, Titanio

Aeroespaciales

Zerodur, C-C, Superaleaciones

FuncionalidadFuncionalidad

►Aeroespaciales: El primer vuelo de los Aeroespaciales: El primer vuelo de los Hermanos Wright se utilizo madera y Hermanos Wright se utilizo madera y ALUMINIO (el cual se contamino ALUMINIO (el cual se contamino porque se uso un molde de Cu, el cual porque se uso un molde de Cu, el cual reforzo el motor por accidente)reforzo el motor por accidente)

►Biomedicos: Ceramica natural llamada Biomedicos: Ceramica natural llamada Hidroxiapatita, Polimeros, Titanio y Hidroxiapatita, Polimeros, Titanio y Aceros inoxidables no magneticosAceros inoxidables no magneticos

ContinuaciónContinuación

►Electronicos: Semiconductores, Electronicos: Semiconductores, Poderosos electroimanes, Capacitores Poderosos electroimanes, Capacitores ceramicos, y los conocidos Cu y Al ceramicos, y los conocidos Cu y Al como conductorescomo conductores

►Tecnologia Energetica: Uranio y Tecnologia Energetica: Uranio y Plutonio como combustrible, Pilas Plutonio como combustrible, Pilas Recargables, Catalizadores de Recargables, Catalizadores de Activación a baja temperaturaActivación a baja temperatura

Mas continuaciónMas continuación

►Magneticos: Tecnologia de la Magneticos: Tecnologia de la información, conducción de información información, conducción de información y electricidady electricidad

►Opticos: Fibras Opticas, Laser, Celdas Opticos: Fibras Opticas, Laser, Celdas SolaresSolares

► Inteligentes: Responden a un estimulo Inteligentes: Responden a un estimulo magnético o de Temperatura, generando magnético o de Temperatura, generando una respuesta que podemos utilizaruna respuesta que podemos utilizar

Efectos Ambientales o de otra Efectos Ambientales o de otra IndoleIndole

►TemperaturaTemperatura►CorrosiónCorrosión►FatigaFatiga►Rapidez de DeformaciónRapidez de Deformación

Efecto de la temperaturaEfecto de la temperatura

►Los Cambios de Temperatura Los Cambios de Temperatura modifican profundamente las modifican profundamente las propiedades de los materialespropiedades de los materiales

►Ejemplos Tragicos: WTC NYC, Ejemplos Tragicos: WTC NYC, Challenger 1986Challenger 1986

Efectos de la TemperaturaEfectos de la TemperaturaR

esi

sten

cia

Polimeros

Aluminio

Ceramicos

Compuesto Carbono Carbono

1000°C 2000°C 3000°C

Aluminio Reforzado con fibras

Aleacion de Niquel