Estructura, arreglos y movimiento de los átomos

• 1. CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES Unidad 1 : “Estructura, arreglos y movimiento de los átomos”

• 2. Importancia y clasificación de los materiales en Ingeniería  Prácticamente cada segmento de nuestra vida cotidiana está influido en mayor o menor grado por los materiales, como por ejemplo el transporte, la vivienda, la vestimenta, la comunicación, la recreación y la alimentación.

• 3. Importancia y clasificación de los materiales en Ingeniería  Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con características muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad; se trata de los metales, plásticos, vidrios y fibras.

• 4. Importancia y clasificación de los materiales en Ingeniería  El progreso de muchas tecnologías, que aumentan la confortabilidad de nuestra existencia, va asociado a la disponibilidad de materiales adecuados. El avance en la comprensión de un tipo de material suele ser el precursor del progreso de una tecnología.

• 5. El progreso de muchas tecnologías, que aumentan la confortabilidad de nuestra existencia, va asociado a la disponibilidad de materiales adecuados. El avance en la comprensión de un tipo de material suele ser el precursor del progreso de una tecnología. Por ejemplo, la fabricación de automóviles fue posible por la aparición de un acero idóneo y barato o de algún sustituto comparable. Actualmente los adelantos electrónicos más sofisticados se basan en componentes denominados materiales semiconductores.

• 6. A) Metales:  Los metales y las aleaciones que incluyen al acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel, entre algunos; tienen como características una adecuada conductividad térmica y eléctrica, además resistencia mecánica, alta rigidez, ductilidad y resistencia al impacto.

• 7. B) Cerámicos: Cerámico.- Material inorgánico que puede ser cristalino y/o amorfo. Los materiales de cerámica como ladrillos, el vidrio, la losa, los aislantes y los abrasivos, tienen escasa conductividad térmica y eléctrica, tiene buena resistencia y dureza, son deficientes en ductilidad y resistencia al impacto. Por lo anterior son menos usados en aplicaciones estructurales

• 8. C) Polímeros: El caucho, el plástico y muchos tipos de adhesivos, se producen creando estructuras moleculares a partir del petróleo en un proceso llamado polimerización. Los polímeros tiene baja conductividad térmica y eléctrica, poca resistencia mecánica y a altas temperaturas.

• 9. D) Materiales Compuestos: Están construidos por dos o más materiales que generan propiedades que uno solo no puede dar, como le concreto, el triplay y la fibra de vidrio. Ejemplo: *Grafito en matriz epoxica.- Se aplica en componentes aeronáuticos por su propiedad adecuada resistencia-peso.

• 10. ARREGLOS ATÓMICOS E IÓNICOS Los arreglos atómicos de iones desempeñan un papel importante en la determinación de la microestructura y por tanto en las propiedades de un material.

• 11. Clasificación de los materiales en base a su arreglo atómico o iónico En los diferentes estados de la materia se pueden encontrar cuatro formas en que se ordenan los átomos o iones.

• 12. Arreglos atómicos  a) Sin orden es aquel en que los átomos o iones no tienen arreglo ordenado, es el caso de los gases monoatómicos, como el argón o el plasma que se forma en un tubo de luz fluorescente, (estos materiales llenan todo el espacio que los contiene).

• 13.  Niveles de ordenamiento atómico en los materiales: (a) los gases monoatómicos inertes no tienen ordenamiento regular de átomos. (b) y (c) Algunos materiales, que incluyen vapor de agua, nitrógeno gaseoso, silicio amorfo y vidrios de silicato, tienen orden de corto alcance. (d) Los metales, aleaciones y muchas cerámicas, así como algunos polímeros, tienen ordenamiento regular de átomos o iones que se extiende a través del material.

• 14.  Muchos polímeros muestran también arreglos de corto alcance, por ejemplo, el polietileno está formado por cadenas de átomos de carbono con dos átomos de hidrógeno fijos a cada uno de los carbonos.  Como el carbono tiene valencia 4 y los átomos de carbono e hidrógeno están unidos con enlaces covalentes, se produce una estructura tetraédrica

• 15. arreglo tetraédrico de los enlaces C-H en el polietileno.

• 16. Orden de largo alcance  La mayoría de los metales, y aleaciones,  los semiconductores, los cerámicos y algunos polímeros tienen estructura cristalina donde los átomos o iones muestran orden de largo alcance.  El arreglo atómico abarca escalas mucho mayores de 100mm.

• 17.  Los átomos o iones en estos materiales forman un patrón regular y repetitivo, semejante a una red en tres dimensiones. A estos arreglos también se les conoce como redes cristalinas y a los materiales como materiales cristalinos.  Si un material esta formado por un solo cristal grande, se le llama mono cristalino o mocristal, y se utilizan en muchas aplicaciones electrónicas y ópticas. (ejemplo chips, hasta de 30 cm, de diámetro, mono cristales en forma de películas delgadas, alabes de turbinas).

• 18. Fig 1-Muestra un monocristal de silicio.

• 19.  Un material policristalino está formado por muchos cristales con diversas orientaciones en el espacio, a estos cristales más pequeños se les llaman granos. (Fig. 1)

• 20. Micrografía de un acero inoxidable policristalino en el que se observan los granos y los límites de grano.

• 21. Cristales líquidos (LCD)  Los cristales líquidos son materiales poliméricos que tienen un orden especial. En cierto estado los polímeros de cristal líquido se comportan como materiales amorfos (semejantes a los líquidos), sin embargo cuando se les aplica un estímulo externo (como un campo eléctrico, un cambio de temperatura), algunas moléculas de polímero se alinean y forman pequeñas regiones cristalinas.

• 22. Defectos e imperfecciones

• 23. Al analizar el término "imperfección de un material'', se presupone de un error en la organización de dicho material, y muchas veces, también se enjuicia con alevosía y asumimos que dicha imperfección, relacionada con algún tipo de imagen de deformación que es visualmente perceptible, le atribuyen al material el valor de obsoleto y no siempre es así. El arreglo de los átomos o iones en los materiales diseñados tiene imperfecciones o defectos. Frecuentemente éstos defectos tiene un efecto profundo sobre las propiedades de los materiales, y no necesariamente suceden a niveles macros, y muchas

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