CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES

CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

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CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

OBJETIVOS

a) Conceptualizar sobre los diferentes tipos

de materiales

b) Presentar la relacin entre ciencia de los

materiales e engeniera de materiales

c) Presentar la relacin entre procesamiento,

estructura, propiedades y desempeo de un

material

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CONTENIDO

Perspectiva histrica de los Materiales

Estructura, procesamiento, propiedades y desempeo

Relacin entre ciencia de los materiales e ingeniera

de materiales

Clasificacin de los materiales

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CICLO DE VIDA DE LOS MATERIALES DE

INGENIERA

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Metlico

Cermico

Polimrico

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UTILIZACIN DE LOS MATERIALES

Transportes (carros, aviones, cohetesespaciales, trenes, barcos, bicicletas, carros decarreras)

Construccin (casas, edificios, carreteras,tneles)

Vestuario (tejidos impermeables, tejidos de altoperformance (desempeo) para prcticasdeportivas, calzados)

Comunicaciones (TV, telfonos, telfonoscelular, microcomputadores, fibras pticas, hilosde cobre, CD, walkman)

Alimentacin (embalages, tanques dealmacenamiento de alimentos, sistemas deprocesamiento de alimentos)

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PERSPECTIVA HISTRICA

Inicialmente se utilizaron solamente materialesnaturales: piedra, madera, arcilla, pieles.

Descubrimiento de tcnicas para la produccin demateriales: Edad del hierro, edad del bronce,porcelana, algunas aleaciones.

Descubrimiento de procesos que permitieronmodificar las propiedades de los materiales: mezclade diferentes materiales, tratamiento trmico ytermomecnico.

Hace aproximadamente 60 aos se inici el estudiosistemtico de la relacin estructura-propiedades.

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ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

Est asociada al arreglo de los componentes del

material en escala:

Subatmica

Atmica (tomos o molculas)

Microscpica (microestructura)

Macroscpica (macroestructura)

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Micrografia ptica de

una capa cementada.

Acero AISI 9310. 320X

Macrografia de una unin

soldada.

Aleacin Nb-10%Hf-10%W. 15X

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PROPIEDADES DE UN MATERIAL

Todo material expuesto a un estmulo ejerceuna respuesta.

Las principales propiedades de los slidos pueden ser agrupadas

Mecnicas Resistencia Ductilidad R.impacto R. Fatiga R. Termofluencia

Fsicas Elctricas Trmicas Magnticas pticas

Qumicas De degradacin (corrosin, oxidacin, desgaste)

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PROCESAMIENTO Y DESEMPEO

Procesamiento: conjunto de tcnicas para la obtencin

de materiales con formas y propiedades especficas.

Desempeo: resposta del material a un estmulo externo.

Tres muestras de alumina (Al2O3) procesadas por

diferentes mtodos. De izquierda a derecha: (i)

monocristal (transparente), (ii) policristal denso

(translcido) e(iii) policristal poroso (opaco).

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RELACIN ENTRE MICROESTRUCTURA,

PROCESAMIENTO, PROPIEDADES Y DESEMPEO

MICROESTRUCTURA

PROPIEDADES

DESEMPEO

PROCESAMIENTO

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CIENCIA DE LOS MATERIALES E INGENIERA DE

MATERIALES

Ciencia de los materiales: estudio de la relacin entreestructura y propiedades de los materiales.

Ingeniera de materiales: desarrollo o perfeccionamientode tcnicas de fabricacin y procesamiento de materiales

con base en la relacin estructura-propiedades.

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CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

(I) Metales

(II) Cermicas

(III) Polmeros

- Compuestos

- Semicondutores

- Biomateriales

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Metales

Combinacin de elementos

metlicos

Gran nmero de elctrones libres

Muchas propiedades estn

relacionadas a esos elctrones

Buenos conductores elctricos y

trmicos; opacos; alta resistencia Micrografia ptica de unmecnica, moderada plasticidad y latnpolicristalino.100X.

alta tenacidad

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Cermicas

Combinacin de elementos metlicos

y no metlicos (carburos, xidos y

nitruros)

Cermicas, arcillas, vidiros, vitro-

cermicas

Aislantes trmicos y elctricos;

refractrios; resistentes a medios

qumicamente agresivos; muy duras ymuy frgiles Micrografia pticade

transmisin del nitruro de

silcio (Si3N4). 750X.

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Polmeros

Compuestos orgnicos a base de

carbono, hidrgeno y otros

elementos.

Estructuras moleculares muy

grandes (macro-molculas).

Plsticos y Cauchos.

Poseen baja densidad; materiales

bastante flexbles, fcilmente

conformbles ypoco resistentes a

las altas temperaturas.

Micrografia ptica de

transmisin de un

polietileno de estructura

esferultica. 525X.

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Compuestos

Constitudos por ms de un

tipo de material.

Diseados para presentar

las mejores caractersticas

de cada uno de los

materiales involucrados.

Micrografiaptica de un

compuesto reforzado con fibras

de vidrio.1000X

Ejemplo: las llamadas fibras de vidro estn

constitudas por fibras de un material cermico

(vidrio) distribudas en un material polimrico.20

Semicondutores

Poseen propiedades elctricas

intermedirias de un material

conductor e un aislante.

Sus propiedades elctricas sonextremadamente sensbles a la

presencia de impurezas.

Utilizados en la industria

electrnica para fabricar circuitos

integrados.Wafer pulida en Si.

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Biomateriales

Utilizados para recomponer

partes del cuerpo humano que

fueron daadas por

enfermedades o accidentes.

Deben ser compatibles con los

tejidos humanos, es decir, no

pueden liberar sustancias

txicas cuando estn en

contacto con fluidos o tejidos del

cuerpo humano.

Fotografia de dos prtesis para

implantesquirrgicos.

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Necesidades actuales y desafios futuros

Reactores nucleares: materiales para contencin deradiacin y almacenamiento de resduos radioactivos,nuevos materiales para combustibles.

Transporte: materiales livianos y resistentes en altastemperaturas para optimizar el rendimiento energtico.

Energa: nuevos materiales para combustibles, materialesespecficos para la fabricacin de nuevos dispositivos parageneracin de energa usando fuentes alternativas noagresivas al medio ambiente.

Busqueda de nuevos recursos para la substituicin defuentes no renovables, como carbn o petrleo, usadasen la produccin de polmeros.

Reciclaje.

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