Introducción materiales

TEMA 1. INTRODUCCIÓN

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[1.2] CONCEPTOS

¿Qué es un material?

• Punto de vista científico: Sustancia (elemento o compuesto químico) o grupo de sustancias sólidas con unas propiedades determinadas.
• Punto de vista tecnológico: Conjunto de materia que interviene en la construcción de algún objeto.

¿Qué estudia la ciencia e ingeniería de materiales?

Es una disciplina que estudia la relación existente entre la estructura y las propiedades de los materiales así como su posterior procesado y transformación.

Términos relevantes:

• Estructura: Orden de los átomos unos respecto de otros.
• Propiedad: Respuesta de un material a un estímulo externo. Pueden clasificarse en: mecánicas, eléctricas, térmicas, ópticas, magnéticas y químicas.
• Procesado: Forma de obtención de un material (fusión, polimerización…) y procesos de transformación de un material en una forma definida.
• Aplicación: Uso al que está destinado el material.

Carbono – principal ejemplo interrelación estructura-propiedades. (grafito y diamante)

[1.3] CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
• Compuestos (combinación de los tres tipos anteriores)

• Metales

Están compuestos por uno o más elementos metálicos (hierro, cobre, aluminio…) y, en ocasiones, por elementos no metálicos (carbono, oxígeno, nitrógeno) en pequeñas cantidades.

• Enlace: metálico
• Estructura: ordenada
• Propiedades: elevada densidad, resistencia mecánica, maleabilidad y ductilidad o conductividad eléctrica y térmica.
• Clasificación en función de su composición:

• Férreos (aceros y fundiciones). Elemento principal Hierro.
• No férreos (aluminio, titanio, cobre y las aleaciones de todos ellos)

• Cerámicos

Materiales inorgánicos (formados por elementos metálicos y no metálicos)

• Enlace: iónico y/o covalente
• Propiedades: elevada dureza, elevada rigidez, frágiles, aislantes eléctricos, baja conductividad térmica, elevada resistencia química.
• Clasificación en base a su estructura:

• Vidrios (materiales amorfos): borosilicatos, vidrios de sílice…
• Cerámicas cristalinas o semicristalinas. Divididos en:

• Cerámicas tradicionales: arcillas, porcelanas…
• Cerámicas técnicas: Carburo de Silicio, óxido de aluminio…

• Polímeros

Compuestos orgánicos formados por largas cadenas o estructuras tridimensionales.

Constituidos principalmente por carbono e hidrógeno, también presentes oxígeno, nitrógeno, azufre…

• Estructura: desordenada.
• Propiedades: baja densidad, baja conductividad eléctrica, algunos estabilidad química. No tan resistentes como los metálicos y cerámicos, elevada ductilidad.
• Clasificación basada en su estructura:

• Termoplásticos: polietileno
• Termoestables: resinas epóxidas
• Elastómeros: caucho natural

• Compuestos: Combinación de dos o más materiales de los mencionados anteriormente.

• Finalidad: desarrollar materiales que presenten nuevas propiedades o propiedades mejoradas.
• Clasificación en función del material predominante:

• De matriz metálica: aleaciones de aluminio reforzadas con elementos cerámicos.
• De matriz cerámica: hormigón, hormigón armado.
• De matriz polimérica: Resinas epóxido reforzadas con fibra de carbono.

[1.4] COMPETITIVIDAD Y COMPLEMENTARIEDAD

Durante la primera etapa, en el proceso de selección, lo más importante es determinar la propiedad relevante del material así como sus propiedades secundarias. Es ahí donde entra la competitividad entre materiales para saber escoger el mejor.

También, los materiales han de complementarse para alcanzar las mejores propiedades posibles, siempre atendiendo a datos extra como pueden ser los costes.

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