Exposición de química

Exposición de química

introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales

¿Qué es la ciencia e ingeniería de los materiales?

La ciencia e ingeniería de los materiales es la encargada de investigar, inventar e innovar materiales, y además, en base a sus avances en éstos, se deduce el costo y procedimiento de producción de dichos materiales, y además, su relación con el medio ambiente. Es básica en todos los progresos tecnológicos y por lo tanto, sumamente necesaria para el ingeniero. Los materiales son la base de los inventos. Por ejemplo, materiales como la piedra, bronce y hierro fueron de los primeros en ser usados y fueron fundamentales para el desarrollo humano. Y hablando de tiempos más actuales, los monocristales de silicio y la comprensión de éstos han hecho posible la era de la información.

La ciencia e ingeniería de los materiales inventa e innova materiales mediante el desarrollo de un conocimiento más profundo de la relación de 4 aspectos principales en un material:

2 relacionados con el material mismo

-composición. Indica la composición química de un material

-estructura. indica una descripción del arreglo atómico, visto en distintos grados de detalle

Y 2 relacionados al proceso de elaboración del material

-síntesis. Indica el método de fabricación a partir de elementos naturales o concebidos por el hombre

-procesamiento. indica el modo en que se forman los materiales en componentes útiles y para causar cambios en las propiedades de distintos materiales

la ciencia de los materiales se encarga del estudio de la relación entre la síntesis y el procesamiento, la estructura y las propiedades de los materiales, mientras que la ingeniería de los materiales se encarga de investigar cómo convertir o transformar dichos materiales en estructuras dúctiles ó dispositivos.

Al mencionarse la estructura, al profundizar nos encontramos con que tiene una influencia sumamente importante sobre las propiedades, aún cuando la composición general no sea alterada. Los cambios ocurren en la microestructura (arreglo de estructura atómica) del material, y gracias a este conocimiento, se pueden descubrir maneras de controlar las propiedades del material en cuestión. Un ejemplo de materiales cuyas propiedades alteradas, son los compuestos cerámicos conductores de electricidad, inventados en 1986, aunque una limitante que descubrieron fue que sólo podía conducir temperaturas menores a 150 grados Kelvin, lo cual condujo a más mejoras, alterando sus propiedades conductoras.

A su vez, no sólo se toman en cuenta el proceso que se debe de llevar a cabo para cambiar las propiedades de un material al gusto, sino también el costo que éste conlleva. Por ejemplo, el diboruro de magensio es mucho mejor conductor, pero la fabricación de éste compuesto no puede hacer su producción viable.

Otro ejemplo de cómo los científicos manipulan los materiales a su favor, son los chasis de automóviles. Los aceros laminados utilizados en el chasis deben de ser resistentes, delgados, ligeros, grandes absorbedores de energía y maleables. Los científicos checarán la microestructura para saber si se pueden alcanzar dichas propiedades en el material, pero tomando en cuenta el costo junto con otras consideraciones para la fabricación.

Clasificación de los materiales

Existen varios métodos para clasificar los materiales, una de ellas consiste en describir 5 grupos, que son:

-metales y aleaciones

-cerámicos, vidrios y vitrocerámicas

-polímeros (plásticos)

-semiconductores

-materiales compuestos

Los materiales de cada uno de estos grupos poseen distintas estructuras y propiedades. Tomemos por ejemplo los metales, dado que se usan mucho en aplicaciones de cargas dinámicas, sus cualidades mecánicas son de gran interés práctico. Éstas son:

-esfuerzo: indica una carga o fuerza en un área determinada

-deformación unitaria: se refiere al cambio de dimensión, dividido entre la dimensión original. La aplicación de esfuerzo la causa.

la hay de 2 tipos

-elástica: se da cuando la deformación unitaria desaparece al retirar el esfuerzo aplicado

-plástica: se da cuando la deformación unitaria persiste al retirar el esfuerzo aplicado

Como nota, cuando la deformación es elástica y el esfuerzo aplicado y la deformación guardan una relación lineal, la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación unitaria se le llama módulo de elasticidad o módulo de Young.

siguiendo con la clasificación, cada grupo tiene sus características.

Metales y aleaciones

incluyen: aceros, aluminio, magnesio, zinc, hierro colado, titanio, cobre y niquel.

casi todos los metales tienen buena conductividad eléctrica y térmica. Además, los metales y aleaciones tienen una resistencia relativamente alta, rigidez, ductilidad, y buena tolerancia ante choques térmicos. Tienen mayor utilidad en aplicaciones con cargas dinámicas ó estructurales.

Cerámicos, vidrios y vitrocerámicas.

los cerámicos se pueden definir como materiales cristalinos inorgánicos. Los cerámicos avanzados son materiales obtenidos refinando cerámicos naturales y con otros procesos. Sus usos son principalmente con fines electrónicos, como lo es un chip de computadora, un capacitor, aislante eléctrico, etc. Pero también puede tener otros usos como recubrimiento aislante para proteger sustratos metálicos en motores de turbina, o como pinturas, plásticos, llantas. Y las cerámicas tradicionales se usan en ladrillos, vajillas, artículos sanitarios, refractarios y abrasivos. Por su porosidad, no suele conducir bien el calor y su punto de fundición es muy alto. Pueden ser resistentes y duros, pero también pueden ser frágiles, pero como propiedad invariable, son sumamente resistentes ante la presión. Por su parte, el vidrio, es

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