1 introducción materiales
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Luis Alberto Laguado Villamizar Diseñador Industrial
Mg Ingeniería de Materiales
Contenido
Historia
Ciencia e Ingeniería de Materiales
Estructura de los Materiales
Clasificación de los materiales
Clasificación Funcional de los Materiales
Clasificación Estructural de los Materiales
Efectos externos
Bibliografía
ASHBY, 2007
Edad d
e los M
eta
les
Acero
s
Su
pe
rale
acio
ne
s
Vid
rios m
etá
licos
Espum
as m
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Edad d
el C
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Resin
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Alta r
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Cem
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s
Vid
rios
Cerá
mic
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écnic
as
Edad d
e P
iedra
Arc
illas
FRP Fiber Reinforced Plastic
CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
GFRP Glass Fiber Reinforced Plastic
Ciencia e Ingeniería de los materiales
Microestructura Composición
Síntesis y
Procesamiento
Desempeño/Costo
ASKELAND, 2004
Ciencias Básicas
Ciencias Aplicadas
ASHBY, 2011
Estructura de los Materiales Descripción de la forma como se arreglan los elementos constitutivos dentro de un material. Influye en sus propiedades, aunque no cambie la composición química.
Estructura Atómica
Estructura Molecular
Estructura Granular (Microestructura)
Estructura Multifásica (Macroscópico)
Estructura Atómica
La disposición de los electrones afecta el comportamiento eléctrico, magnético, térmico y óptico.
www.kalipedia.com
Estructura Molecular
La disposición o arreglo de los átomos.
El estudio de la estructura cristalina y las imperfecciones influye en las propiedades del material.
www.tinet.cat
Estructura granular
www.utp.edu.co
Estructura de fases
En la mayor parte de los materiales se presenta más de una fase con arreglo atómico y propiedades únicas cada una.
www.cie.unam.mx
Composición
http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/
Síntesis
http://www.codelco.com/la_corporacion
Procesamiento
http://www.interempresas.net/Plastico
Clasificación de los materiales
1. Metales y aleaciones
2. Cerámicos, vidrios y vitrocerámicos
3. Polímeros (plásticos)
4. Semiconductores
5. Materiales compuestos
ASKELAND, 2004
ASHBY, 2011
Composites
Particulados
COMPUESTOS Fibras
Laminados
Aleaciones
Aceros
METALES Hierros
Aluminios
Aluminas
Carburos de Silicio
CERAMICOS Nitruros de Silicio
Zirconias
Termoplásticos:
PE, PP, PET, PS,
POLIMEROS Poliéster,
Fenólicas
Epóxicas
Sílice
Borosilicato
VIDRIOS Vitrocerámicos
Isopreno
Neopreno
ELASTÓMEROS Caucho natural
Siliconas
EVA
ASHBY, 2007
Metales y aleaciones Buena conductividad eléctrica y
térmica
Altos puntos de fusión
Alta Resistencia mecánica y rigidez
Alta tendencia a la corrosión y oxidación
Buena ductilidad o formabilidad
Buena resistencia a los choques térmicos
Buenos reflectores de la radiación visible
www.designsngold.com
Composición: uno o más elementos metálicos:
Hierro, Cobre, Aluminio.
Combinados con elementos No Metálicos:
Carburo de Silicio, Oxido de hierro.
Son elementos inorgánicos
Tienen estructura cristalina
Aleaciones Ferrosas: Acero, Hierro fundido
Aleaciones No Ferrosas: Cobre, Titanio, Aluminio
Cerámicos Materiales inorgánicos
Estructuras Cristalinas y
No Cristalinas
Ladrillos, vajillas, artículos sanitarios, refractarios (materiales resistentes al calor), abrasivos.
Aislantes eléctricos
y Térmicos
Alta resistencia térmica
Alta dureza
Fragilidad
www.obralia.com
Vidrios Materiales Amorfos, trasparentes
Se obtienen de la Sílice fundida
Alta resistencia térmica
Alta fragilidad
Construcción, automóviles, computadores, televisores…
Vidrios templados y Vitrocerámicos: tratamientos térmicos y nucleación. http://www.scranton.com.ar/vasa/vidrios
Polímeros
Termoplásticos, Termoestables, Elastómeros.
Origen natural: celulosa, caucho, polisacaridos
Origen sintético: petróleo y gas natural
Estructura lineal, pueden ser cristalinos
Buena resistividad eléctrica
Buen aislamiento térmico
Buena relación Resistencia/Peso
Buena resistencia a sustancias corrosivas
www.postgrado.csic.es
Semiconductores
Conductividad eléctrica intermedia
Aplicaciones electrónicas
Estructura monocristalina
Películas delgadas
materiales-sena.blogspot.com
Materiales Compuestos
Combinar y mejorar las propiedades de los materiales
Materiales ligeros, resistentes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas.
Fase Continua: Matriz,
Fase Dispersa: Refuerzo
Concreto, madera, plásticos reforzados con fibra de vidrio y fibra de Carbono.
www.directindustry.es/prod
Reforzados con partículas
Papel abrasivo
Reforzados con fibras
GRFP, CRFP
Reforzados con láminas
(Páneles tipo sandwich)
Maderas prefabricadas ASHBY, 2011
Clasificación funcional
de los materiales
Aeroespaciales
Biomédicos
Electrónicos
Energías y ambiente
Magnéticos
Ópticos
Inteligentes
Estructurales
ASKELAND, 2004
Aeroespaciales
Alta resistencia, bajo peso
Polvo de Aluminio
Aleaciones de aluminio,
Aleaciones de Titanio
Plásticos reforzados
Sílices
www.hightechscience.org
Biomédicos Implantes ortopédicos: acero
inoxidable.
Implantes dentales: Aleaciones de Titanio
Implantes cardiovasculares: Aleaciones de Ni-Ti
Cerámicas dentales: Zirconia, Hidroxiapatita
Imágenes ultrasónicas: Cerámicos PZT (Titanato de Plomo y Zirconia)
www.nobelbiocare.com
Materiales electrónicos
Semiconductores y circuitos integrados: Si, Ge.
Capacitores cerámicos: Titanato de Bario (BaTiO3) Óxido de Tantalio (Ta2O5)
Superconductores
Conductores eléctricos
materiales-sena.blogspot.com
Tecnología energética y ambiental
Combustible nuclear: Dióxido de Uranio y Plutonio
Baterías y celdas de combustible: Zirconia (ZrO2)
Industria del petróleo: zeolitas, alúmina.
Catalizadores: Platino, Rohdio,
Energía solar: Silicio amorfo. caebis.cnea.gov.ar/El_uranio
Materiales magnéticos Discos duros de PC:
aleaciones de cobalto, platino, tantalio y cromo.
Cintas de video: óxido de hierro sobre Acetato de celulosa.
Inductores y comunicación inalámbrica: ferrita magnética
Núcleos de transformadores: aceros y silicio.
www.recoverylabs.com
Materiales fotónicos u ópticos
Fibras ópticas: Sílice.
Detectores y láseres de semiconductor: granates de alúmina (Al2O3) y de itrio-aluminio (YAG yttrium aluminum garnet)
Celdas solares y módulos fotovoltáicos: Silice amorfo.
Pantallas de cristal líquido.
www.redestelecom.es
www.braile.com.br
Materiales inteligentes
Material que responde ante estímulos como: temperatura, esfuerzos, humedad, químico.
Aleaciones con memoria de forma: Nitinol Ni-Ti
Fluidos magnetorreológicos: pinturas magnéticas.
Vidrios fotocrómicos
Espejos de opacidad automática.
Materiales Estructurales Diseñados para soportar
esfuerzos
Combinación de resistencia, rigidez y tenacidad bajo distintas condiciones de carga y temperatura
Construcciones de edificios, puentes: aceros, concreto, materiales compuestos.
Automóviles: aceros, vidrios, plásticos, compuestos.
www.rr-middleeast.oie
Clasificación Estructural
Gases monoatómicos
Materiales amorfos
Cristales líquidos
Materiales cristalinos
Monocristales
Policristalinos
Efectos externos
Temperatura
Corrosión
Fatiga
Rapidez de deformación
Efecto de la Temperatura
ASKELAND, 2004
Corrosión Los materiales pueden reaccionar con el oxígeno y
otros gases, a la intemperie y a altas temperaturas.
Desarrollo de recubrimientos para protección.
http://www.trekearth.com/gallery/Central_America/Cuba/East/Guantanamo/Baracoa/
Fatiga El material es sometido a cargas dinámicas, las
repeticiones prolongadas de los ciclos de carga generan grietas que conducen a la falla por fatiga.
http://www.tecnoedu.com/Microscopios/MuestraMetales.php
Rapidez de deformación
Algunos materiales presentan buena ductilidad si se tensionan lentamente,
y pueden ser frágiles si se
tensionan rápidamente.
La resina Silly Putty® es un plástico a base de Silicona que presenta esta comportamiento.
http://www.michaelcoolidge.com/silly_putty_04.asp
Bibliografía ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David.
MATERIALS: engineering, science, processing and design. University of Cambridge, UK Butterworth-Heinemann, first edition 2007.
ASHBY Michael and FRY Marc. Innovation in Materials Teaching: sustainability and hybrid materials. www.grantadesign.com/education/resources
2011.
ASKELAND Donald, PHULÉ Pradeep. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Cuarta edición, Thomson, México, 2004.
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