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Materiles No Metalicos


Enviado por   •  1 de Marzo de 2015  •  2.003 Palabras (9 Páginas)  •  175 Visitas

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Propiedades y aplicación de los materiales no metálicos, (cerámicos, polímeros y compositos)

Introducción

Todas las personas y especialmente los ingenieros tienen que ver con materiales, de manera cotidiana ya sea en manufactura, procesamientos y en el diseño y construcción de componentes o estructuras, ya que deben seleccionar y utilizar materiales y analizar fallas de los mismos.

Deben tomar una importante decisión al seleccionar los materiales a incorporar en un diseño porque se tiene que verificar si las propiedades requeridas se pueden conseguir y mantener durante el uso del producto, si el material es compatible con otras partes de un ensamble y si puede unirse fácilmente a ellas; por otro lado considerar que se pueda reciclar fácilmente y observar si el material o su fabricación pueden causar problemas ecológicos e incluso si puede convertirse de manera económica en un componente útil.

En este trabajo se pretende dar a conocer de una manera generalizada los distintos tipos de materiales disponibles para comprender un poco de su comportamiento y sus capacidades y poderlos aprovechar de una manera más eficiente, así como ampliar el panorama de las personas de la ingeniería en materiales y su relevancia en la industria.

2.1. Propiedades fiscas

a. Los no metales varían mucho en su apariencia.

b. No son lustrosos.

c. Por lo general son malos conductores del calor y la electricidad.

d. Sus puntos de fusión son más bajos que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono, se funde a 3570 ºC).

e. A temperatura ambiente los encontramos en estado gaseoso (H2, N2, 02, F2y C12), líquido (Br2) y un sólido volátil (I2). El resto de los no metales son sólidos que pueden ser duros como el diamante o blandos como el azufre.

f. Al contrario de los metales, son muy frágiles y no pueden estirarse en hilos ni en láminas.

g. No tienen brillo metálico y no reflejan la luz.

h. Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre en cantidades importantes. Otros son oligoelementos: flúor, silicio, arsénico, yodo, cloro.

Aplicación de los cerámicos

Teniendo estos procedimientos en mente, podemos ahora describir las características especiales de los productos cerámicos, comenzando con el ladrillo y productos de barro cocido para la construcción. Como base de estos se emplea la arcilla de bajo costo y de fácil fusión, la cual contiene un alto contenido de sílice, álcalis, alto FeO, materiales arenosos que se encuentran en depósitos materiales.

Materiales refractarios y aislantes.

Para los hornos y para las cucharas se emplean recubrimientos ya sean de ladrillo o monolíticos. Para manejar metales líquidos y escoria esencial distinguir entre refractarios ácidos, neutros y básicos. Las características de estos ladrillos son la resistencia a la escoria. Resistencia a los efectos de temperatura y capacidad aislante.

Los ladrillos ácidos son menos costosos, pero en muchos hornos se emplean escorias para refinar el metal.

El ladrillo aislante contiene mucho espacio poroso y en consecuencia, no es tan resistente a la escoria como el recubrimiento interior del recipiente.---INDUSTRIAL O DOMESTICA.

Loza de barro. Se hace de arcilla, aunque en algunos casos están presentes el sílice y feldespato, como el K. La característica importante es que se la somete al fuego a baja temperatura, comparada con la de otros productos de este grupo. Ello produce una fractura terrosa relativamente porosa.-------DOMESTICA

Losa semivitre, se fabrica empleando mezclas de arcilla-sílice-feldespato, las cuales se denominan triaxiales, por la presencia de estos tres ingredientes. La temperatura de cocido es mayor, dando por resultado la formación de vidrio, menor porosidad y mayor resistencia.----- DOMESTICO.

Loza de piedra. Difiere de la loza de barro, en que se emplea una mayor temperatura de cocido lo cual produce una porosidad menor del 5% comparado con el 5 a 20 % de la loza de barro. Por lo general la composición se controla más cuidadosamente que la loza de barro y el producto no lustroso tiene el acabado mate de la piedra fina. Este es un excelente material para loza de hornear, tanques de sustancias químicas y erpentines.----INDUSTRIAL

Loza china. Se obtiene cociendo la mezcla triaxial antes mencionada u otras mezclas a alta temperatura para obtener un objeto traslucido.---DOMESTICO

La porcelana. Es la que se cuece a las más altas temperaturas del grupo y está muy relacionada con la loza china que acabamos de describir.

En general la no utilización de fundentes y las temperaturas más altas dan como resultado un producto denso y muy duro.----INDUSTRIAL Y DOMESTICO

Propiedades físicas de los polímeros.

Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H.

La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas, debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura a la que funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf). Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea bastante superior a Tf.

Aplicaciones de los polímeros

Polímeros termoplásticos. (PE): Químicamente resistentes y eléctricamente aislantes, blandos, baja resistencia mecánica y poca resistencia a la degradación medioambiental. Contenedores, aislante eléctrico, tubos, artículos para el hogar, botellas, juguetes, cubiteras y en láminas para recubrimientos.

Polímeros termoestables: Tienen excelente propiedades eléctricas y son muy baratos. Sirven como matriz para ser reforzados con fibras. Los dos más comunes son el PBT (tereftalato de polibutadieno) y el PET (tereftalato de polietileno). PET se utiliza como alfombras, encordelado de neumáticos, y resinas de envase. PBT tiene un bajo coste se usa mucho en la actualidad: conectores, enchufes, relés, componentes de alto voltaje, consolas terminales, timbres. Se utiliza mucho en electrodomésticos, también como sillas, ventiladores o incluso como componente del casco de barcos pequeños. En forma de cintas delgadas se usan como soporte del material magnético en cintas magnetofónicas y de vídeo.

Elastómeros. Son conocidos como gomas por su capacidad de sufrir un gran alargamiento elástico que se puede recuperar si cesa el esfuerzo.

2.2. Propiedades mecánicas

No son dúctiles.

No maleables.

No tenaces.

Los no metales, que son relativamente pocos, se encuentran el extremo superior derecho de dicha tabla. Algunos elementos tienen comportamiento metálico y no metálico y se clasifican como metaloides y semimetales.

Propiedades mecánicas de los cerámicos.

Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes del grano.

Tenacidad de los materiales cerámicos

Los materiales cerámicos, debido a su combinación de enlace iónico y covalente, tienen una baja tenacidad inherente. En años pasados se han llevado a cabo múltiples investigaciones para mejorar la tenacidad de los materiales cerámicos. Mediante el uso de ciertos procesos, como cerámicas prensadas en caliente con aditivos y reacciones de enlace, se han producido cerámicas de ingeniería con mejor tenacidad

Falla por fatiga de cerámicos

La falla por fatiga en metales se presenta bajo esfuerzos cíclicos repetidos por la nucleación y la formación de grietas en un área endurecida por deformación plástica de una muestra. Debido al enlace iónico-covalente de los átomos en un material cerámico, hay una ausencia de plasticidad en las cerámicas durante el esfuerzo cíclico. En consecuencia, la fractura por fatiga es rara en las cerámicas.

Propiedades mecánicas de los polímeros.

Enlaces o fuerzas

Mantienen a los átomos y moléculas unidos, y son los grandes “culpables” de las propiedades mecánicas de los polímeros. Estos enlaces pueden ser entre átomos para formar las moléculas, o entre las mismas moléculas. En general, puede decirse que los enlaces primarios se asocian con las uniones interatómicas, y se resumen en tres tipos: iónico, covalente o metálico.

Los polímeros son materiales compuestos de moléculas extremadamente largas con enlaces de Van der Waals y puente de hidrógeno. Cuanto más largas sean estas cadenas, más “pesadas” y capaces de unirse entre sí, más fuerza intermolecular y, por lo tanto, más probabilidad de que sean sólidos a temperatura ambiente.

Cristalinidad

Otro tema fundamental en los polímeros. Tal como dijimos en el artículo sobre materiales industriales, las cadenas poliméricas se parecen mucho a fideos muy largos. Cuando vemos en un microscopio una muestra de material de este tipo vemos que tiene partes muy “ordenadas” y rectas, llamadas zonas cristalinas y partes donde las cadenas no siguen una forma ordenada, sino que están entrecruzadas en forma rara, que se las llama zonas amorfas.

Propiedades mecánicas de los composites.

Los composites de matriz polimérica reforzados con fibras de carbono son cada vez más usuales en aplicaciones estructurales. Estos materiales, en comparación con el acero o el aluminio, ofrecen ratios superiores de resistencia-peso y rigidez-peso, aumentando la absorción de energía de impacto por unidad de peso. Además reducen el ruido y las vibraciones y muestran una excelente resistencia a la fatiga.

2.3 propiedades térmicas, eléctricas y químicas

Propiedades químicas de los no metales

• Fácilmente ganan electrones para completar su último nivel de energía a 8 electrones.

• Sus átomos tienen en su última capa 4, 5, 6, o 7 electrones. Esto se puede comprobar si se observan en la Tabla Periódica los grupos IVA, VA, VIA y VIIA de los cuales forman parte los no metales.

• Sus átomos pueden ganar electrones en su último nivel de energía. Por lo cual al tener más cargas negativas forman iones negativos llamados aniones.

• Sus moléculas son diatomicas o poliatomicas según el caso: por ejemplo el oxígeno en la naturaleza como molécula diatamica , que es el oxígeno que respiramos y también se presenta como molécula triatómica este es el ozono (no es respirable).

• Se combinan con los metales para formar sales

• Catión metálico + anión sal.

• Al combinarse con el oxígeno forman anhídridos

• No metal + oxigeno anhídrido.

• Los anhídridos al combinarse con el agua forman ácidos

• Anhídrido + agua acido.

Propiedades térmicas de los no metales.

• Capacidad calorífica

Cuando se calienta un material solido este experimenta un descenso de temperatura indicando que ello dispersa el calor a la que se someta

• Dilatación térmica

La mayoría de los materiales solidos se expanden cuando son calentados y se contraen cuando son enfriados, el cambio de longitud con la temperatura para un material sólido.

Propiedades eléctricas de los materiales no metálicos.

La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres.

Los materiales no metálicos deben tener una resistencia muy elevada, requisito del que pueden deducirse las demás características necesarias. Para ello se han normalizado algunos conceptos y se han fijado los procedimientos de medidas.

Propiedades eléctricas.

-Resistividad de paso PD.

Es la resistencia que presenta un cubo de 1 cm de arista.

-Resistencia superficial y resistencia a las corrientes de fugas.

En altas tensiones pueden aparecer corrientes eléctricas como consecuencia de depósitos sobre la superficie de los no metales. Al cabo de un cierto tiempo la corriente podría atacar a estos materiales. Precisamente los plásticos son muy sensibles a ello, pues al ser sustancias orgánicas contienen carbono.

-Rigidez dieléctrica ED en kV / mm.

Se mide la tensión a la que se produce una descarga disruptiva entre dos electrodos.

La rigidez dieléctrica no es una magnitud lineal, sino que depende de una serie de factores

-Permitividad relativa Er.

Es importante que la permitividad relativa de los aislantes sea pequeña, pero por otro lado los materiales empleados como dieléctricos en los condensadores deberán presentar una gran permitividad. Además para poder valorar las propiedades del material debe saberse en que forma depende Er de la frecuencia.

-Comportamiento electroestático.

La carga electrostática es posible debido a las altísimas resistencias de los plásticos.

Junto a las propiedades eléctricas ya citadas los aislantes deben reunir también una serie de requisitos térmicos mecánicos químicos y tecnológicos que dependen de los fines para los que se destinen.

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