Clasificacion De Los Materiales

UNIDAD 1. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

1.1 Generalidades

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida.

Un material está compuesto por elementos, generalmente estos elementos son encontrados en la naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos.

Sin embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos están relacionados por una composición química definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal común, su fórmula química es NaCl, lo que significa que hay un átomo de Sodio (Na) por cada átomo de Cloro (Cl) y es la única forma de obtener este compuesto.

Otro factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es decir, su estructura, los materiales están caracterizados por tener una estructura, determinada y única, si este acomodo cambia, cambiarán las características del material y por lo tanto se hablará de este como una variación o como otro material distinto.

En ciencia e ingeniería de materiales, existe además otra distinción para los materiales, y es que deben tener un uso específico, si no es así, entonces se les denomina únicamente sustancia.

Por ejemplo, el agua (H2O) en estado líquido es una sustancia, pero al enfriarse y convertirse en hielo, se puede usar como un material de construcción, por lo tanto, esta misma agua solidificada, al tener un uso práctico, se le considera un material.

En resumen, los materiales están formados por elementos, con una composición y estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin específico.

Los materiales se clasifican de forma muy general en:

Metales

Cerámicos

Polímeros

Materiales compuestos (compuestos de los materiales anteriores)

Metales: Son sustancias inorgánicas compuestas de uno o más elementos metálicos (Fe, Cu, Al, Ni, Ti, Cr,…..) y que pueden contener también elementos no metálicos (C, N, O,…). Estos son materiales tienen estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada siguiendo determinadas leyes de simetría. Esta estructura, junto con las características del enlace metálico, dan lugar a unas propiedades que se consideran eminentemente metálicas, tales como la buena conductividad térmica y eléctrica, la plasticidad o capacidad de formación antes de alcanzar la rotura, etc.

La combinación de dos o más metales y no metales, constituyen las aleaciones metálicas, que suelen clasificar en dos grandes grupos: aleaciones ferrosas, cuyo metal base es el hierro, tales como aceros y fundiciones, y aleaciones no ferrosas, que carecen de hierro o solo contienen cantidades muy pequeñas, tales como las aleaciones de aluminio, cobre, titanio, níquel, etc.

Átomos unidos por una nube electrónica (enlace metálico)

Alta conductividad térmica y eléctrica

Densidad relativamente alta

Materiales muy tenaces.

Cerámicos: Son usados a menudo como aislantes. Fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos.

Son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos enlazados químicamente. Por ejemplo, el aluminio y sus aleaciones conforman una familia de materiales metálicos, pero el oxido de aluminio es uno de los materiales de ingeniería perteneciente a esta familia de materiales cerámicos.

Los materiales cerámicos pueden presentar estructuras cristalinas, no cristalinas o mezcla de ambas, por lo que tendremos materiales con una gran variedad de propiedades, dominando en algunos las altas resistencias mecánicas y en otros las propiedades aislantes y de resistencia al calor.

El principal problema que presentan todos ellos es su alta fragilidad, es, decir, su facilidad de quebrarse bajo cargas de impacto relativamente bajas. Las investigaciones que se llevan a cabo para resolver este problema, están conduciendo a obtener materiales cerámicos de alta resistencia mecánica con aumento de su resistencia a la fractura, cerámicos estructurales, que permite su utilización en la fabricación de elementos que tengan que trabajar a altas temperaturas como es el caso de los componentes de motores.

Materiales no orgánicos ni metálicos

Generalmente son óxidos o carburos

Muy baja conductividad eléctrica

Densidad relativamente baja

Materiales muy frágiles

Usualmente se utilizan como materiales de construcción. Ejemplos: ladrillo, vidrio, porcelana.

Polímeros: Los polímeros son materiales que se forman por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros. A pesar de que cuando se habla estos materiales la imagen más recurrente es un envase o una bolsa plástica, la humanidad ha utilizado materiales poliméricos naturales desde hace mucho tiempo. El algodón, la seda, el caucho, el almidón y la celulosa son ejemplo de ello. Además, ahora se sabe que materiales como la la queratina, presente en el cuerpo o la glucosa, sustancia vital para nuestro funcionamiento también polímeros, incluso el formador de genes, el ácido desoxirribubucléico (ADN) es un polímero natural.

No obstante, la historia de los polímeros sintéticos es reciente, pues fue hasta el año 1862 cuando se produjo el primer polímero sintético. Sin embargo, a partir de ese momento, la fabricación de nuevos materiales ha tenido un crecimiento exponencial, y para nuestros días existe una gran gama de estos, como ejemplos están: el polietileno, polipropileno y policloruro de vinilo, polímeros fluorados, poliacetato de vinilo y derivados, polímeros acrílicos, poliestireno y copolímeros, poliamidas, poliésteres, poliacetales, policarbonatos, polímeros celulósicos, resina fenólicas y aminoplásticas, resinas epoxi poliuretanos y siliconas.

En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen por distintas fuerzas de atracción intermolecular que dependen de la composición química del polímero (Van der Waals, puente de hidrógeno, dipolo-dipolo, etc.).

La gran ventaja de los materiales poliméricos es que no tienen la necesidad de constar de moléculas individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que tengan todas la misma composición química y la misma estructura molecular, lo que permite formar una variedad amplia y jugar con las características del polímero para obtener propiedades particulares.

Clasificación de los polímeros

Los

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