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UNIDAD

CLASIFICACIÓN Y

CARACTERIZACIÓN DE LOS

MATERIALES

MATERIAL APLICACIONES PROPIEDADES EJEMPLOS OBTENCIÓN

Madera Muebles. Estructuras.

Embarcaciones.

No conduce el calor ni

la electricidad. Fácil

de trabajar.

Pino. Roble. Haya. A partir de árboles.

Metal Clips. Cuchillas. Cubiertos.

Estructuras.

Buen conductor del

calor y la electricidad.

Dúctil y maleable.

Acero. Cobre. Estaño.

Aluminio.

A partir de

determinados

minerales.

Plástico Bolígrafos. Carcasas de

electrodomésticos. Envases.

Ligero. Mal conductor

del calor y la

electricidad.

PVC. PET. Porexpán

(corcho blanco).

Metacrilato.

Mediante procesos

químicos, a partir del

petróleo.

Pétreos Encimeras. Fachadas y suelo

de edificios.

Pesados y resistentes.

Difíciles de trabajar.

Buenos aislantes del

calor y la electricidad.

Mármol. Granito. Se obtienen de las

rocas, en canteras.

Cerámica y

vidrio Vajillas. Ladrillos, tejas.

Ventanas, puertas. Cristales.

Duro. Frágil.

Transparente (solo

vidrio).

Loza. Porcelana.

Vidrio.

Cerámica: a partir de

arcillas y arenas por

moldeado y cocción.

Vidrio: se obtiene

mezclando y tratando

arena, caliza y sosa.

Textiles Ropa. Toldos. Flexibles y resistentes.

Fáciles de trabajar.

Algodón. Lana.

Nailon.

Se hilan y tejen fibras

de origen vegetal,

animal o sintético.

Químico el químico J. W.

Döbenreiner en 1829.

MATERIALES PUROS. Son aquellos que están tal y como son en la

naturaleza sin sufrir ningún cambio o alteración.

Todos los materiales están integrados por átomos

los que se organizan de diferentes maneras,

dependiendo del material que se trate y el estado

en el que se encuentra.

En 1869, el químico ruso

Dmitri Ivanovich Mendeleyev

desarrolló una tabla periódica

de los elementos según el

orden creciente de sus masas

atómicas.

Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o

inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van

a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un

conjunto de procesos para lograr las características requeridas

en tareas específicas. Estos procesos han requerido del

desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado

el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos

prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el

costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias

veces el costo original del material por lo que su estudio y

perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los

materiales y los artículos que integraran.

Todos los materiales están integrados por átomos los que se

organizan de diferentes maneras, esto depende del material y

el estado.

*Metales. * Metaloides *No metales *covalentes etc

MATERIALES ORGÁNICOS ℮ INORGÁNICOS.

Materiales orgánicos

Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales

pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tetracloruros,

no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los

representantes de este grupo son:

•Plásticos

•Productos del petróleo

•Madera

•Papel

•Hule

•Piel

Materiales de origen inorgánico

Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el

carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor

que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la

manufactura son:

•Los minerales

•El cemento

•La cerámica

•El vidrio

•El grafito (carbón mineral)

Metales y Aleaciones Los metales son ductiles

(facilmente conformables,

resistentes, buenos conductores

de calor y electricidad:

Aluminio, Cromo, Niquel, Cobre,

Hierro, Titanio, etc…

Las aleaciones son combinaciones

de metales hechas para mejorar

las propiedades de ciertos

metales:

Bronce (combinación de cobre y estaño)

Latón (cobre y zinc)

Acero (Hierro, Carbono, Manganeso, Tungsteno, Cromo, Niquel, Cobalto…)

ALEACIONES FERROSAS Y NO

FERROSAS. Resistencia

Fragilidad

Tenacidad

Resistencia

Fatiga

Maleabilidad

Colabilidad

Elasticidad

Conductibilidad

Los materiales no ferrosos son aquellos en cuya

composición no se encuentra el hierro. hay 3 tipos,

los pesados, los ligeros y los ultraligeros:

Pesados •Estaño

•Cobre

•cobalto

Ligeros •Titanio

•Aluminio

Ultraligeros •magnesio

MATERIALES CERÁMICOS.

Ceramicas y Vidrios

Las Cerámicas y los vidrios son

frágiles (bajo un impacto se

rompen fácilmente), duros, malos

conductores de calor y electricidad

(usados generalmente como

aislantes)

Cuarzo (SiO2)

Carburo de Titanio (Titanio

mezclado con carbono

MATERIALES POLIMEROS.

Monómero de polietileno

Polimeros Los Polimeros (poli significa

muchos) se dividen en plásticos y

elastomeros:

Los Plásticos (cuando se

deforman no regresan a su

forma original): grupo de

materiales sintéticos

procesados por calentamiento y

conformado o vaciados en

moldes (ej: Nylon)

Elastomeros (hule natural):

son elásticos (pueden estirarse

y regresar a su forma original)

Semiconductores

Semiconductores se

usan en electrónica (game

boy, XBOX, PS2,

computadoras…).

Semiconductores pueden

actuar como conductores y

aislantes al mismo tiempo.

Cu/SiC fibre composites

Composito

s

Los compositos se

forman a partir de

dos o más materiales

diferentes que

pueden ser metal,

ceramico o polimero

(ej: fibra de vidrio,

concreto, etc…)

Microstructure of a cast aluminum metal matrix

composite containing 30 volume percent SiC

particulate.

Historia de los

Materiales

Los materiales han tenido un gran impacto en la

evolución de la humanidad, estos han sido la clave del

progreso. Todas las civilizaciones han sido catalogadas

por los materiales que han usado, la edad de piedra, la

del bronce, etc. Sin embargo en tiempos recientes los

materiales han progresado, no en décadas o siglos, sino

en meses.

300,000 A.C.

PEDERNAL, LA PIEDRA MÁGICA, DE FÁCIL MANEJO PARA HACER

HERRAMIENTAS. EL INICIO DE LAS CERÁMICAS

5500 A.C. ORO NATIVO Y COBRE USADOS PARA HERRAMIENTAS Y ARMAS

INTRODUCCIÓN DE LOS METALES

5000 A.C. INTRODUCCIÓN DEL FUEGO Y EL “MARTILLEO” DEL COBRE PARA CAMBIAR

PROPIEDADES. INTRODUCCIÓN DEL PROCESADO DE MATERIALES

4000 A.C. FUSIÓN Y COLADO DE METALES. INTRODUCCIÓN DE PROCESADO Y

CONFORMADO DE MATERIALES

El primer objeto conocido de metal colado en un molde.

Maza de cobre

3500 A. C. REDUCCIÓN DE COBRE A PARTIR DE SU MINERAL. EL AMANECER DE LA

METALURGIA

Esta pintura en una tumba egipcia es uno de los primeros

registros del trabajado de metales

3000 A.C. USO DEL BRONCE. COMBINACIÓN DE ELEMENTOS PARA FABRICAR

ALEACIONES.

Bronce; la primera aleación

1450 A. C. DESCUBRIMIENTO DE LA FABRICACIÓN DE HIERRO

Ruedas de hierro

900 A. C. La civilización zapoteca elaboró piezas de oro por

fundición

1500 D. C. ALTO HORNO INVENTADO PARA PRODUCIR HIERRO. SE

PRESENTA LA ERA DE LA FABRICACIÓN DE HIERRO

Producción económica del hierro

1855 D. C. PATENTE DE BESSEMER PARA LA PRODUCCIÓN DE ACERO. DESARROLLÓ UN

MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN ECONÓMICA DE ACERO EN GRANDES

CANTIDADES. SURGIMIENTO DE LA FABRICACIÓN MODERNA DE ACERO

Sir Henry Bessemer (1813-1898

1886 D. C. PROCESO HALL. EXTRACCIÓN ELECTROQUÍMICA DE ALUMINIO,

HIZO DISPONIBLE AL ALUMINIO COMO UN MATERIAL

COMERCIAL

Celda Hall-Herault

1939 DESARROLLO COMERCIAL DEL NYLON.

CLAVE EN LA EVOLUCIÓN DE LOS PLÁSTICOS

1940 REFINACIÓN POR ZONAS, UN PROCESO DE PURIFICACIÓN,

PUNTO CRÍTICO PARA EL SURGIMIENTO DE LA TECNOLOGÍA DEL

SILICIO

1955

Catálisis de la polimerización, dio origen a una nueva

gama de plásticos y a un dramático crecimiento en su

aplicación en ingeniería

1950’S DESARROLLO DE ALEACIONES PARA ALTA TEMPERATURA, LAS

ALEACIONES BASE NÍQUEL IMPACTARON EL DESARROLLO DE

REACTORES

1960’S HABILIDAD PARA CRECER WAFERS DE SILICIO CADA VEZ MÁS Y

MÁS PEQUEÑAS

Wafers de silicio cada vez más pequeñas

1970’S

MINI PLANTAS. SURGIMIENTO DE UNA

NUEVA INDUSTRIA BASADO EN EL

PROCESAMIENTO DE MATERIALES DE

CHATARRA RECICLADA DE HIERRO

1980’S SUPERCONDUCTORES CERÁMICOS DE ALTA TEMPERATURA, RÁPIDA EVOLUCIÓN

ACOPLADA CON LA HABILIDAD PARA FABRICAR MATERIALES CERÁMICOS

Superconductor cerámico de alta temperatura

Relación

Estructura

Propiedades

Procesamiento

Funcionamiento

PROPIEDADES COMPARATIVAS DE LOS MATERIALES

Propiedad Metales Cerámicos Vidrios Polímeros Cemento y

Concreto

Compósitos

Resistencia a la Tensión E M B M B A-M-B

Resistencia a la

Compresión

M A B A A A-M-B

Resistencia a la Flexión A M B A M A-M-B

Resistencia al Desgaste A A B M B A-M-B

Dureza A-M A M B M A-M-B

Tenacidad A A B A B A-M-B

Plasticidad A B N A N A-M-B

Densidad A-M M-B M-B M-B M-B A-M-B

Conductividad térmica A B B N B A-M-B

Conductividad eléctrica A M-B N N N A-M-B

Propiedades Magnéticas E E N N N A-M-B

E = Excelente, A = Alta, M = Media, B = Baja, N = Nula

Clasificar según sus propiedades y

describir los diferentes tipos de

materiales en diversos objetos e

identificando su uso en la vida

cotidiana

2 1

3 8 9 10 12 11 7 6 5 4 3

13

7

6

5

4

2