Estructuras, Arreglos Y Movimientos De Los Atomos

Estructuras, arreglos y movimientos de los atomos

(Indice)

1.1.- Importancia y Clasificación de los materiales en la Ing…………………………...3

1.2.- Arreglos Atómicos………………………………………………………………...5

1.2.1.- Orden de corto y largo alcance…………………………………………...…6

1.2.2.- Redes, celdas unitarias y estructuras cristalinas…………………………….7

1.2.3.- Puntos, Direcciones y Planos de la Celda Unitaria………………………..11

1.3.- Defectos e Imperfecciones………………………………………………………..12

1.3.1.- Defectos Puntuales……………………………………………………..….12

1.3.2.- Dislocaciones…………………………………………………………...…12

1.3.3.- Defectos Superficiales…………………………………………………….13

1.3.4.- Importancia de los Defectos………………………………………………13

1.4.- Movimiento de los átomos…………………………………………………….14

1.4.1.- Aplicación de la Difusión………………………………………………..14

1.4.2.- Mecanismos de la Difusión………………………………………………17

Introducción

La responsabilidad de conocer, aplicar e investigar en materiales es de la Ing. de Materiales. Sin embargo solo se puede avanzar cuando se conocen profundamente las causas y consecuencias de los conocimientos que se han adquirido con anterioridad. Por ello, interesa definir:

Ciencia de materiales. Una disciplina científica íntimamente relacionada con la investigación, que tiene por objeto el conocimiento básico de la estructura interna, propiedades y procesamiento de los materiales.

Ingeniería de materiales. Una disciplina de ingeniería que trata del conocimiento de los materiales a niveles fundamentales y aplicados, con objeto de que puedan ser convertidos en productos necesarios o deseados por una sociedad tecnológica.

A veces es difícil definir la frontera entre ambos conceptos pues existe una zona de uso común, según la formación del especialista. Lo que si es evidente es que ambos deben caminar unidos de forma obligada.

En la Siguiente figura, apreciamos la forma en que se conectan la ciencia de los materiales, la Ing. De los materiales con las diferentes Ingenierias.

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1.1 IMPORTANCIA Y CLASIFICACION DE LOS MATERIALES EN LA ING.

Debido a que durante la lectura de este trabajo aprenderemos la importancia de los materiales en la ing. Pasaremos directamente a su clasificación.

La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:

• Metales

• Cerámicos

• Polímeros

• Materiales compuestos

• Semiconductores

En realidad en la ciencia de materiales se reconocen como categorías únicamente los Metales, los materiales Cerámicos y los Polímeros, cualquier material puede incluirse en una de estas categorías, así pues los semiconductores pertenecen a los materiales cerámicos y los materiales compuestos no son más que mezclas de materiales pertenecientes a las categorías principales.

Metales:

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.

Cerámicos

Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

El módulo de elasticidad alcanza valores bastante altos del orden de 311 GPa en el caso del Carburo de Titanio (TiC). El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta.

Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aun así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.

Tienen elevada resistencia a la compresión si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas (hasta 1.500 °C). Bajo cargas de compresión las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalladura las grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.

Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cerámicos son muy bajos (apenas sobrepasan el valor de 1 MPa.m1/2), valores que pueden ser aumentados considerablemente mediante métodos como el reforzamiento mediante fibras o la transformación de fase en circonia.

Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecánicas a altas temperaturas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

Polimeros

Son una consecuencia directa de su composición así como de la estructura molecular tanto a nivel molecular como supermolecular.

Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros y éstas han de ser mejoradas mediante la modificación de la composición o morfología por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el grado global del orden tridimensional.

Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones con objeto de predecir el desempeño de estos polímeros en aplicaciones prácticas.

Durante

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