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7/23/2019 Materiales con memoria de forma.ppt

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Rodrigo oberdam babio bautista

Ingenieria de materiales


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1. Historia

2. Efecto de memoria de forma

3. Aleaciones con memoria de forma

4. Polmeros con memoria de forma

5. Materiales cermicos con memoria de forma

6. Aleaciones metlicas con memoria de forma inducida

magnticamente

7. Aplicaciones aeroespaciales

8. Aplicaciones curiosas


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En 1932 un investigador suizo llamado Arne lander observ estecambio de forma en una aleacin de oro con cadmio, y se diocuenta del potencial que tena sta para lograr un movimientoutilizable. En 1950 L. C. Chang y T.A. Read, en la universidad deColumbia en Nueva York, utilizaron rayo X para estudiar laestructura cristalina de la aleacin. Sin embargo, no se lleg acomercializar popularmente debido al elevado pecio de loselementos de la aleacin. En 1961, mientras investigabanaleaciones resistentes a las corrosin para embarcaciones, unequipo dirigido por William Beuhler, en el U.S. Naval Ordenance

Laboratory (N.O.L.) encontraron este mismo efecto en unaaleacin de nquel con titanio. Ellos llamaron a esta aleacin"Nitinol" (combinaron las letras de Nquel, Titanio y NavalOrdenance Laboratory.)


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Son materiales que reaccionan bajo cambios fsicos o qumicos,variaciones de campos magnticos o elctricos, y que al volver alas condiciones iniciales recuperan su forma original, capaces derepetir este proceso infinidad de veces sin deteriorase.

Estos materiales con memoria de forma son capaces de autodiagnosticarse y repararse, gracias a su capacidad de cambio. Aestos materiales se les asigna una forma inicial, y despus de sersometidos al campo fsico o reaccin qumica correspondiente, se

ajusta su forma, de manera que se consigue que, en la presencia dedicho campo o reaccin el material vare entre las dos formasdeseadas.Bajo el trmino de materiales con memoria de forma existen cuatroclases diferentes segn la naturaleza, o del material en s, o delestmulo externo al que responden. Las cuatro clases en las que se

pueden dividir son: Aleaciones metlicas con memoria de forma (SMA)

Aleaciones con memoria de forma inducida magnticamente (FSMA)

Cermicas con memoria de forma (SMC)

Polmeros con memoria de forma (SMP)


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En el caso de las aleaciones metlicas, el efecto de memoria de forma esuna propiedad asociada nicamente a ciertas aleaciones que presentantransformaciones en estado slido, principalmente, gobernadas porprocesos de cizalla sin difusin en las que los tomos se reorganizan entredos fases cristalinas, una fase a baja temperatura llamada martensita yotra fase a alta temperatura conocida como austenita. Esta

transformacin, denominada transformacin martenstica, se producecuando la energa libre de la fase martensita es menor que la energa librede la fase austenita a una temperatura por debajo de una temperaturacrtica a la cual la energa libre de las dos fases coincide.

De este modo, el origen de la SMA se basa en la presencia de diferentesestructuras internas a diferentes temperaturas. Las temperaturas crticas alas cuales tienen lugar las transiciones de fase se identifican comoMs(temperatura de inicio de la formacin de la martensita), Mf(temperatura final de la formacin de la martensita), As (temperatura deinicio de la formacin de la fase austenita) y Af (temperatura a la que se

completa la formacin de la fase austenita).


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Sin embargo, a parte del efecto de memoria de forma basado en latransformacin martenstica, se debe destacar otra propiedad nicatambin relacionada con los procesos de transicin en fase slidaconocida como superelasticidad. Este efecto involucra una transformacinmartenstica inducida por una deformacin externa, es decir, el material

es deformado a una temperatura superior a la temperatura de la faseausterita, de forma que se induce al mismo tiempo una transformacinmartenstica. Dado que esta transformacin se ha generado a otratemperatura distinta a la habitual, al cesar la tensin que genera ladeformacin, el material recupera inmediatamente la fase no deformadaaustenita, demostrando una capacidad elstica fura de lo comn.


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Desde el punto de vista de la estructura atmica, la transformacin deaustenita en martensita puede explicarse en dos partes:Deformacin de la red cristalinaCizalladora invariante de la red

Cizalladora invariante de la red

Es un proceso de acomodamiento, la estructura cristalina producida por el

paso anterior es de diferente forma y volumen frecuente


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Punto de vista cristalogrfico

La forma de la nueva fase y la austenita debenser alteradas para acomodarse en una nuevaestructura, existen dos mecanismos :

Por deslizamiento

Procesos permanente comn en las martensita. Por maclado

es incapaz de acomodar cambios de volmenes,pero puede acomodar cambios de formas en un

modo reversible.


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Existen muchas maneras por las cuales la martensita puede formarse apartir de la austenita, pero solo un camino volver a la estructura

austenitica .


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Fueron desarrollados en Japn por primera vez en 1984 y tienen propiedadesanlogas a las aleaciones con memoria de forma, ya que presentanrespuesta mecnica frente a cambios de temperatura. Estos polmerossuelen pertenecer a familias como resinas epoxi, resinas de poliuretano,acrilatos de estireno y otras.

Al calentar estos materiales por encima de su temperatura de activacin ode transicin vtrea, se obtiene un cambio radical de polmero rgido a unestado muy elstico, que permite deformaciones de hasta el 200%. Una vezmanipulado, si se enfra el material manteniendo la deformacin impuesta,se congela dicha estructura volviendo a un estado rgido pero de noequilibrio. Volviendo a calentar al material por encima de su temperaturade activacin, se recupera la forma inicial no deformada.

El ciclo puede repetirse numerosas veces sin degradacin del polmero.


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A parte de los metales y los polmeros, las cermicascompletan las tres grandes familias de materiales

slidos. Una definicin general de cermica podra serla siguiente: materiales inorgnicos, no metlicos, quese producen habitualmente empleando arcillas y otrosminerales naturales o procesados qumicamente. Estascermicas inteligentes, normalmente, son cermicasbasadas en ZrO2, pero existen otros ejemplos basadosen niobato de magnesio o cermicas perovskitas.


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