Materiales

Unidad 1 Estructura, arreglos y movimiento de

los átomos.

Importancia y clasificación de los materiales en

la Ingeniería.

Importancia de los materiales en la Ingeniería

Todos los ingenieros tienen que ver con materiales, en manufactura, procesamientos

etc….deben seleccionar y utilizar materiales y analizar la falla de los mismos. Deben tomar

una diversidad de decisiones importantes al introducir un materiales a un diseño, si

pueden ser transformados de maneras consistentes en un producto, tolerancias

dimensionales correctas, conseguir las propiedades requeridas y mantenerlas en su uso,

que el material sea compatible, considerar que sea reciclable, y que no cause problemas al

ambiente, finalmente si puede convertirse de manera económica en un componente útil.

Metales Ceramicos Polimeros Semi

conductores

Materiales

Compuestos

Termoestable

Termoplastico

.

Elastomero.

Reforzados con particulas.

Compuestos

estructurales.

Reforzados

con fibras.

IJ l

V \Metales: Generalmente tiene como característica una buena conductividad eléctrica y térmica,

una resistencia relativamente alta, una alta rigidez, ductilidad o conformabilidad y resistencia al

impacto son útiles en aplicaciones estructurales o de carga, en ocasiones se utilizan metales puros,

los combinaciones de metales llamadas aleaciones proporcionan mejoría en alguna propiedad

particularmente deseable o permiten una mejor combinación de propiedades.

Cerámicos: Tienen baja conductividad eléctrica y térmica son utilizados como aislantes, son

fuertes y duros, pero también frágiles y quebradizos.

Polímeros: Producidos mediante polarización, es decir creando, grandes estructuras moleculares a

partir de moléculas orgánicas estos incluyen hule, plásticos y otros adhesivos. Los polímeros

tienen baja conductividad eléctrica y térmica reducida resistencia y no son adecuados para

utilizarse a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos tienen buena ductilidad y

conformidad, los polímeros termoestables son mas resistentes aunque más frágiles y los

elastómeros tienen una estructura intermedia tienen la capacidad de deformarse elásticamente

sin cambiar de forma permanente.

Semiconductores: La conductividad eléctrica de estos materiales puede controlarse para su uso en

dispositivos electrónicos como transistores, diodos, y circuitos integrados.

Materiales compuestos: Se forman a partir de uno o más materiales, produciendo propiedades

que no se encuentran en ninguno de los materiales de manera individual. Con materiales

compuestos podemos producir materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas

temperaturas, o bien, podemos producir herramientas de corte dura y resistente al impacto.

Materiales Compuestos reforzados con partículas: Están compuestos por partículas de un

material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y

dúctil.

Materiales Compuestos reforzados con fibras: Un componente suele ser un agente reforzante

como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que

proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que

suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de

las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión.

Materiales compuestos estructurales: Están formados tanto por compositos como por materiales

sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más

abundantes son los laminares y los llamados paneles sandwich.

Materiales Compositos: Los materiales compuestos son materiales de ingeniería, combinaciones

de materiales diversos como resinas epoxi, poliester, acrilicas, poliuretanicas, con materiales de

refuerzo tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras aramidicas, etc.

Sus propiedades son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes, por lo

que dan por resultante materiales de características excepcionales, muy utilizados en la industria

espacial, aeronáutica, química, náutica, etc. Arreglos atomicos.

Juega un papel importante en la determinación de la microestructura y en el comportamiento de

un material sólido. Existen dos tipos de formas en que los átomos se pueden unir unos con otros.

Enlaces Primarios.

Enlace iónico: es el resultado de una transferencia de electrones, desde un átomo a otro.

Enlace covalente: requiere que los electrones sean compartidos entre los átomos de manera que

cada uno contenga completo su orbital externo.

Enlace metálico: ocurre entre átomos con pocos electrones de valencia, esto es, sus orbitales

están casi completos. Con esto los electrones pueden brincar fácilmente a otro átomo

completando así su nivel de energía.

Enlaces secundarios.

Enlace de Vander Waals: la atracción depende de las distribuciones asimétricas de carga positiva y

negativa dentro de cada átomo o molécula que interviene en el enlace.

Enlace de hidrogeno: cada átomo de hidrogeno, al compartir su electrón con el oxígeno forma un

dipolo positivo, atrayendo moléculas de carga opuesta.

Sin orden

En los gases monoatómicos como el argón (Ar) los átomos o los iones no tienen un arreglo

ordenado, estos materiales llenan todo el espacio disponible que tienen

Orden de corto alcance

Cuando el arreglo especial de los átomos sólo se extiende en su vecindad inmediata, el material

tiene un orden de corto alcance (SRO). En los vidrios inorgánicos se observa esta peculiaridad.

Muchos polímeros muestran también arreglos atómicos de corto alcance.

Orden de largo alcance:

El arreglo atómico de largo alcance (LRO) abarca escalas de longitud mucho mayores de 100

nanómetros. Los átomos o los iones en estos materiales forman un patrón regular y repetitivo,

semejante a una red en tres dimensiones. De ahí se derivan los materiales cristalinos. Cuando un

material cristalino está formado de un solo cristal grande, se le llama mono cristal. La mayoría de

los metales y aleaciones, los semiconductores, los cerámicos y algunos polímeros tiene una

estructura cristalina donde los átomos o iones muestran este tipo de alcance de extensiva

longitud. Los poli cristalinos están formados de pequeños cristales y cuantiosos orientados

diversamente con respecto al espacio. Si un material cristalino está formado por un solo cristal grande, se le llama material mono cristalino o mono cristal. Un material poli cristalino está

formado por muchos cristales pequeños con diversas orientaciones en el espacio.

Redes, celdas unitarias bases y estructuras cristalinas.

Red cristalina: Conjunto de puntos

conocidos como puntos de red, que están

organizados siguiendo un patrón periódico

de forma que el entorno de cada punto de

la red es idéntico.

La estructura cristalina: Se refiere al

tamaño, la forma y organización de la

atómica dentro de la RED.

La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que

sigue observando las características generales de la red al

aplicar celdas unitarias se puede construir la red.

V

Celda unitaria

FIGURA 3-3 Una red es un arreglo periódico de

puntos que definen un espacio. La caida unitaria

{cc›ntomo gmeso] es una subdivisión de la red que

pum@-S ¿¢ ¡a mcg sigue conservando las características de la red.Se identifican 14 redes de Bravais agrupadas en 7 sistemas cristalinos, los puntos de red se

encuentran localizados en en las esquinas de las celdas unitarias, y en algunas casos en cualquiera

de las caras o en el centro de la celda unitaria.

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