INTRODUCCION A LA CIENCIA DE MATERIALES

TRABAJO N° 1

INTRODUCCIÓN

¿Qué estudia la ciencia de los materiales?

Cuando se usa el término de Ciencia de Materiales, se habla de las disciplinas estructurales, de las propiedades, proceso y funcionamiento de los materiales de construcción. Esta ciencia conlleva estudios que permiten la implicación de la relación entre las propiedades y la estructura de los materiales, debido a que es por esto que se puede diseñar o proyectar la estructura de un material para obtener las propiedades.

Este es un campo multidisciplinario, que estudia a profundidad las propiedades físicas macroscópicas de los materiales, para que estas puedan ser aplicadas de la mejor forma en la ciencia y la ingeniería, de modo que se puedan utilizar en obras, máquinas y herramientas diversas. En este proceso por los polímeros influye la química, física, ingenierías química, mecánica, civil y eléctrica. La ciencia de los materiales se ha promovido en las universidades por la nanociencia y la nanotecnología. Aunque no se puede dejar de mencionar que ha avanzado bastante el desarrollo de las materias, cada vez más se espera lo más sofisticado, especializado y tecnológico en cuanto a los materiales de construcción.

Históricamente, el desarrollo y la evolución de los materiales, se han realizado por la necesidad de satisfacer los requerimientos del hombre. Las primeras civilizaciones se conocen como Edad de Piedra, Edad de Bronce, que eran los materiales que utilizaban. Los materiales que se encontraban a la disposición del hombre primitivo eran los que les proporcionaba la naturaleza, como son, piedras, maderas, arcilla, cuero, etc. Fue con el tiempo con el que el hombre aprendió del uso y aplicaron de ciertas técnicas para modificar o adaptar las características de los materiales.

Uno de los científicos más notables en el campo de propiedades de los materiales y su estructura fue Willard Gibas, por una demostración que realizó. La ciencia descubrió las fases térmicas de los metales. En por ello que en la actualidad los componentes eléctricos más sofisticados son semiconductores. La ciencia de materiales se clasifica en:

Metales

Cerámicos

Polímeros

Materiales compuestos

Semiconductores

La estructura cristalina es de sistema ortorrómbico y es una parte esencial en esta ciencia. La ciencia de materiales comprende diversos temas, como son, Estructura atómica y enlaces interatómicos, de sólidos cristalinos, Imperfecciones en estructuras cristalinas, Procesos de difusión atómica, Propiedades de los materiales, Dislocaciones y mecanismos de endurecimiento, Rotura, así como también:

Diagramas de fases

Transformaciones de fases

Tratamientos térmicos

Aleaciones

¿Qué estudia la ingeniería de los materiales?

La Ingeniería en Materiales es una moderna especialidad que se avoca al estudio de las propiedades de los materiales y los procesos tecnológicos idóneos para optimizar su elaboración y transformación en usos específicos.

Su campo de acción incluye el conocimiento científico de materiales tales como metales, plásticos, cerámicos, vidrios, compuestos y la forma de procesarlos, tanto para aplicaciones en sus formas convencionales, como para el campo de alta tecnología.

El ingeniero/a en Materiales, podrá laborar en cualquier sector productivo donde se trabaje con materiales industriales, como por ejemplo:

Empresas que procesan materiales de alta tecnología.

Empresas dedicadas a la elaboración de productos metálicos.

Empresas que aplican recubrimientos metálicos y no metálicos sobre piezas y estructuras.

Centros de investigación y desarrollo de nuevos materiales.

Laboratorios y empresas de ensayos destructivos y no destructivos de materiales.

Centros de investigación y empresas en corrección y protección de materiales.

Empresas que extraen y transforman minerales.

Industrias de generación de energía procesamiento de hidrocarburos.

Industria que elaboran cemento, vidrio y materiales compuestos.

Industrias que procesan plásticos, cerámicos y refractarios.

Empresas dedicadas a la protección del medio ambiente mediante el reprocesamiento de materiales.

¿Cuáles son los materiales más utilizados en la actualidad?

En la actualidad los materiales mas utilizados son, metales, plásticos, vidrios y fibras.

METALES

Los usos de los metales dependen en primer lugar, de sus propiedades características, como la resistencia, dureza, conductividad eléctrica y conductividad térmica. En segundo lugar dependen de su interés para realizar determinadas funciones químicas.

En realidad, casi todos los metales son importantes desde el punto de vista económico, pero solo aproximadamente una veintena de ellos son absolutamente esenciales.

Estos se clasifican en:

*FERROALEABLES: Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Mo, W, V

*NO FERROSOS: Cu, Zn, Pb, Sn, Al, Hg

*PRECIOSOS: Au, Ag, Pt

*NUCLEARES: Th, U

FERROALEABLES:

EL HIERRO (Fe): es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando este como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición. El acero es indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. Los aceros bajos en carbono se empelan para piezas de ingeniería que necesitan una alta resistencia mecánica y al desgaste; los aceros altos en carbono se emplean principalmente en las herramientas. Las fundiciones dependiendo de sus características se emplean en motores, válvulas, engranajes, etc. L os óxidos de hierro por su parte se emplean para pinturas; la magnetita y el oxido de hierro III se emplean en aplicaciones magnéticas y el Fe (OH)3 se emplea en radioquímica para concentrar los actínidos mediante Co-precipitación.

MAGNESIO (Mn): los óxidos de magnesio se utilizan como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, cemento, etc. Su uso principal es como elemento de aleación de aluminio en envases de bebidas, en componentes de los automóviles, el las llantas. Además el hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato (sales Epsom) y el citrato se emplean en la medicina. El polvo de carbonato de magnesio es utilizado por los gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre a los objetos. Es prácticamente imprescindible en la escalada de dificultad para secar mano y dedos (el sudor) del escalador y mejorar la adherencia a la roca. Otros usos incluyen flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias, entre otros usos.

CROMO (Cr): se utiliza principalmente en la metalurgia, en los procesos de cromado y también en el anodizado de aluminio. En las pinturas cromadas con tratamiento antioxidante. Sus cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas. Sus sales en general debido a sus colores se utilizan como mordientes. El cromato de potasio se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio. Su uso común es como catalizador. El mineral cromita se emplea en moldes para la fabricación de ladrillos. También se emplea el oxido de cromo para preservar la madera. Cuando se sustituyen algunos iones de aluminio por iones de cromo se obtiene el rubí.

NIQUEL (Ni): aproximadamente el 65% del níquel se utiliza en la fabricación de aceros inoxidables austenítico. El 12% se utiliza en superaleaciones de níquel y el restante 23% se reparte en otras aleaciones, baterías recargables, acuñación de monedas, recubrimientos metálicos. Las aleaciones de níquel-cobre como son muy resistentes a la corrosión se utilizan en los motores marinos y en la industria química. Las aleaciones de níquel-titanio se utilizan en robótica.

COBALTO (Co): entre sus aleaciones cae señalar las superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación. Se utiliza en los imanes, las cintas magnéticas, el la catálisis del petróleo y la industria química. Además se usa en secantes para pinturas, barnices y tintas y en el recubrimiento base de esmaltes vitrificados. En pigmentos, electrodos de baterías eléctricas, cables de acero de neumáticos. El Co-60 se usa en radioterapia, esterilización de alimentos y radiografía industrial para el control de calidad.

MOLIBIDENO (Mo): se utiliza pues en aleaciones de alta resistencia y que soporten temperaturas y corrosiones sumamente altas. Estas aleaciones se usan en la construcción y en piezas de aviones y automóviles. Además se usa como catalizador en la industria petrolera, en concreto para la eliminación del azufre. También se emplea en la industria de isótopos nucleares; en distintos pigmentos, para pinturas, plásticos, tintes, plásticos y compuestos de caucho, etc.

WOLFRAMIO: Se suele emplear en los filamentos de las lámparas incandescentes, en los alambres de los hornos eléctricos, en las puntas de los bolígrafos, en la producción de aleaciones de acero duras y resistentes. En la Segunda Guerra Mundial se usó para blindar la punta de los proyectiles anti-tanque. También se usa para la fabricación de dardos, concretamente

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