1er parcial ciencia de los materiales

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”[pic 1]

VICE RECTORADO PUERTO ORDAZ UNIDAD REGIONAL DE POSTGRADO ESPECIALIZACIÓN EN SOLDADURA

ASIGNATURA “CIENCIAS DE LOS MATERIALES”

Nombre y Apellido: Giorgio Aceto        Cédula de Identidad: 25.937.151        

Evaluación Final 20 Puntos (  %)        Calificación de la Evaluación:        (  %)

Parte “A”: Completación, en ésta sección cada pregunta posee una puntuación de 0,5 puntos, llegando a un total de 5 Puntos.

1.  La ciencia de los materiales Implica investigar la relación entre estructura y las propiedades de los materiales.

1. Tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes  eléctricos Semiconductores        .

1. Los        materiales        los        podemos        clasificar        en        metálicos        ,        cerámicos        ,

polímeros         y semiconductores        , la combinación de éstos puede dar origen a los materiales compuestos.

1.  Cubico centrado en cuerpo (BCC), Posee un punto reticular en el centro de la celda, además de los vértices.

1.          Las cerámicas        , Son compuestos químicos inorgánicos, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Sus enlaces iónicos o covalentes les confieren una alta estabilidad y son resistentes a las alteraciones químicas.

1.  El átomo, Es la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades.
2.  Amorfos        , Materiales donde no existe ordenamiento periódico ni repetitivo en ninguna dirección.
3.  Los electrones de valencia        , Electrones del último nivel energético (más externo) en los mayores niveles de energía del átomo siendo los responsables de la interacción.

1. Es la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones iniciales cuando cesa el esfuerzo que había generado su deformación elásticos         .

1. La Aleación de Cobre y Zinc se denomina Latón         .

Parte “B”: Selección, en esta sección cada pregunta posee una puntuación de 0,5 punto, llegando a un total de 5 Puntos, encierra con un círculo la respuestas que considere verdaderas.

1. La energía total que absorbe un material antes de romperse:

1. Conductividad térmica.
2. Ductilidad.
3. Tenacidad.
4. Conductividad eléctrica.

1. Tiene buena resistencia, buena ductilidad, conductividad eléctrica, térmica, y una buena resistencia a la temperatura moderada.

1. Materiales compuestos.
2. Enlaces iónicos.
3. Fuerza de Van der Walls.
4. Materiales semiconductores.
5. Materiales Metálicos.

1. Incluyen el comportamiento eléctrico, magnético, óptico, térmico, elástico y químico depende tanto de la estructura como del procesamiento de una materia.

1. Enlace Covalente.
2. Materiales Semiconductores.
3. Propiedades Físicas de un material.
4. Materiales cerámicos.

1. Basadas en Hierro como el principal metal: aceros (al carbono, aleados, inoxidables, etc.) y

fundiciones.

1. Aleaciones Aluminio.
2. Aleaciones de Cobre.
3. Aleaciones no Férreas.
4. Aleaciones Férreas.

1. Se presenta entre átomos de los primeros y últimos grupos de la tabla periódica.

1. Materiales semiconductores.

1. Fuerza de Van Der Wall.
2. Enlaces Iónicos
3. Enlaces Metálicos.

1. Posee un átomo centrado en cada vértice del cubo y un átomo en el centro de las caras de la red, su su factor de empaquetamiento es de 0,74.

1. Hexagonal
2. Cubica centrada en el Cuerpo (BCC).
3. Monoclinic.
4. Cubica centrada en la Caras (FCC).

1. Es aquel en el que los átomos se sitúan en una disposición repetitiva o periódica a lo largo de muchas distancias atómicas.

1. Cristalinidad.
2. Estructura cristalina.
3. Material cristalino

1. Se define mediante su geometría y por la posición de los átomos dentro de ella la estructura cristalina.

1. Celda Unitaria.
2. Puntos de la red.
3. Red.

1. Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad.

1. Ensayo de Dureza.
2. Ensayo de Forja.
3. Ensayo de Impacto.
4. Ensayo de Tracción.

1. Evolución de los procesos: desarrollo de los altos hornos, aparición de las fundiciones. Desarrollo de métodos de producción a gran escala.

1. Edad de Cobre
2. Edad moderna
3. Edad Media
4. Edad de Hierro

Parte “C”: Desarrollo. Un total de (10 Puntos).

1. Mencione, explique los tipos de materiales con sus respectivas características. Y de ejemplo de ellos (1,5 ptos).

1. Explique cómo ocurren cada mecanismo y características de los enlaces metálico, covalentes e iónicos. Indique a que tipo de material corresponde cada enlace. Y mencione ejemplo de ellos. (1,5 ptos)

1. Determine los índices de Miller para los planos: (221), (331). Direcciones [310], [121]. Explique cúal es la finalidad de los mismos en los materiales. (2 ptos)

1. Diseñe los materiales necesarios para transportar una corriente entre dos componentes mediante una extensión eléctrica. ( 1 ptos)

1. Calcule el factor de empaquetamiento para las estructuras cristalina FCC y BCC. Y explique cuál de las dos estructuras es más compacta y como influyen en las propiedades de los materiales. (2 ptos)

1. Las estructuras cristalinas FCC y HCP, tienen el mismo factor de empaquetamiento de 0,74. ¿Cuál de las dos estructuras en más compacta? ¿Cómo influye las propiedades de los materiales? ¿En qué otros aspectos son semejantes las estructuras? ¿En qué difieren? (2 ptos)

        Respuestas parte “C”:

• Metálicos: una aleación metálica puede contener varios metales o en casos no metales, por ejemplo, el acero contiene carbono. Algunas características que suelen contener los metales son buena conductividad eléctrica y térmica, altas resistencias a la rigidez, ductilidad y resistencia al impacto. Son buenos para soportar cargas por lo que se usan en muchas estructuras o en lugares donde lleven carga. Los metales pueden usarse puros, como el cobre, pero si se mezclan o alean distintos metales puedes conseguir diferentes propiedades que pueden ayudar a lograr algún objetivo en específico. El acero fundido gris se puede usar como bloque de motores.
• Cerámicas: Se definen como materiales cristalinos inorgánicos.  Sus principales características son muy resistentes y duras por lo que también quebradizas. No son buenas conductoras de calor ni electricidad, y para fundirlas se deben calentar a muy altas temperaturas. Tienen una excepcional resistencia a la compresión. También, con la ayuda de estos se puede llegar a hacer chips de computadora sensores y activadores, capacitores, inductores, etc. Un ejemplo puede ser el Nitruro de Silicio (Si3N4), que se usa como polvo abrasivo.
• Polímeros: En general son materiales orgánicos. Entre los polímeros se puede encontrar el caucho y la mayoría de los adhesivos. Los polímeros suelen ser buenos aislantes eléctricos y térmicos. Su resistencia es mas baja que las cerámicas o metales, pero tienen una buena relación resistencia-peso. Normalmente no se pueden usar a altas temperaturas, pero si tienden a tener una buena resistencia a sustancias corrosivas. Los polímeros se pueden encontrar en chalecos antibalas, discos compactos (CD-DVD), cuerdas, pantallas, vestimenta y vasos térmicos. Entre los polímeros se pueden encontrar los termoplásticos y termoestables. Un ejemplo de polímero puede ser el Policloruro de vinilo (PVC)(C2H3Cl).
• Semiconductores: Se basan en Silicio (Si) Germanio (Ge) y arseniuro de galio (GaAs), los que se suelen utilizar en computadores y dispositivos electrónicos. La conductividad de estos es una mezcla entre los aislantes cerámicos y los conductores metálicos. Gracias a los semiconductores se inicio la era de la información. En algunos semiconductores se puede controlar la conductividad para así poder fabricar algunos tipos de transistores y diodos.

• Enlace metálico: Los metales son elementos electropositivos, es decir, que “donan” sus electrones de valencia. Dado a que los electrones de valencia se mueven con libertad dentro de una infinidad de electrones y se asocian con varias partes centrales del átomo, los iones centrales con carga positiva se mantienen unidas por medio de la atracción mutua al electrón, formando así un enlace metálico fuerte. Los metales tienden a tener buena ductilidad, esto porque los enlaces no son direccionales. Un ejemplo de un enlace metálico es el Bronce, aleación cobre-estaño.
• Enlace covalente: Estos se forman por enlaces que forman una compartición de electrones de valencia entre dos o mas átomos. Por ejemplo, un átomo de Silicio (Si), que tiene valencia cuatro, obtiene ocho electrones en su capa de energía externa porque comparte sus electrones de valencia con cuatro átomos de Silicio circundantes. Cada instancia representa un enlace covalente, por lo tanto, cada átomo de silicio esta enlazado a cuatro átomos vecinos . Los enlaces covalentes son direccionales, es decir, los átomos obtienen posiciones fijas, causando una ductilidad limitada. Los enlaces covalentes son muy fuertes, es por eso que los materiales mas duros conocidos son formados por enlaces covalentes, como lo son el diamante y el nitruro de silicio (Si3N4). Su punto de fusión es alto, suelen tener baja conductividad eléctrica y térmica.
• Enlace iónico: Este ocurre cuando hay mas de un tipo de átomo en el material. Uno de los átomos dona sus electrones de valencia a un átomo distinto para lena la capa de energía externa de este. Ahora los átomos tienen sus niveles de energía externo llenos, pero han adquirido un acarga eléctrica, formando un anion (-) y un cation (+). Como tienen cargas opuestas se atraen, pues ya se tiene un enlace y es del tipo iónico. Un ejemplo de un enlace iónico puede ser la sal de mesa o cloruro de sodio (NaCl).

1. Los índices de Miller no san mas que un juego de coordenadas tridimensionales que nos permiten indicar unívocamente un sistema de planos cristalográficos. Estos se representan entre paréntesis y con las letras (h k l). Estos deben ser números enteros y primos entre si.

Ver anexo 1.

1. Se debe utilizar un material metálico, debido a que estos son los mejores conductores de electricidad. Entre los metales se pueden encontrar algunos conductores mejores que otros, como lo son el acero, hierro, cobre plata u oro. La plata y el oro suelen ser muy costosos y densos, el acero y hierro no son tan dúctiles por lo que el cobre o aluminio son los mas utilizados para este fin. Se debe aislar la extensión eléctrica a fin de que no haga contacto eléctrico o corto circuito con cualquier otro  material, los materiales cerámicos son los mejores aislantes, pero no son dúctiles y presentan una alta fragilidad, consecuentemente su uso no seria el mas apropiado. Un recubrimiento de un polímero termoplástico seria el más conveniente para este fin, ya que son buenos aislantes y presentan una buena ductilidad.

1. Ambas estructuras son cubicas, una tiene un átomo en el centro del cubo y el otro tiene un átomo en el centro de cada cara, ambos tienen un átomo en cada vértice del cubo. En el cuadro comparativo podemos observar que la estructura FCC es mas compacta que la BCC. Podemos observar que los átomos de Vanadio (V), Cromo (Cr), Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo) y Wolframio (W) poseen una estructura BCC, dadas las características que comparten estos materiales podemos predecir que esta estructura presenta una alta tenacidad y dureza y una baja ductilidad. Los átomos de Cobre (Cu), Plata (Ag), Oro (Au) y Plomo (Pb) poseen una estructura FCC, estos materiales son muy dúctiles y no son muy duros. Además, son muy buenos conductores eléctricos y térmicos.

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