Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales

Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales

1.1. ¿Qué son los materiales? Enumere ocho materiales de empleo generalizado en ingeniería.

Los materiales son sustancias por las que está compuesto o hecho algo, con propiedades que las hacen útiles en la construcción de máquinas, estructuras, dispositivos y productos. En otras palabras, los materiales del universo que el hombre utiliza para hacer cosas, que se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material.

• Madera          
• Aluminio
• Acero              
• Cobre
• Hormigón    
• Ladrillo
• Vidrio            
• Plástico

1.2. Defina la ciencia de los materiales e ingeniería de los materiales.

Ciencia de los materiales: se interesa primordialmente por la búsqueda del conocimiento básico acerca de la estructura de los materiales asi como también estudia a los materiales desde el punto de vista microscópico considerando sus propiedades físicas y químicas además de la elaboración de nuevos materiales.

Ingeniería de los materiales: se interesa primordialmente por el empleo del conocimiento fundamental y aplicado de los materiales como también se encarga de la aplicación de los materiales creando nuevos productos que beneficien a la sociedad.

1.3. ¿Cuáles son las clases principales de materiales en ingeniería?

Son los materiales:

• Cerámicos
• Poliméricos
• Metálicos
• Materiales compuestos

1.4. ¿Cuáles son algunas de las propiedades importantes de cada uno de estos materiales?

• Materiales metálicos: son sustancias inorgánicas compuestas por uno o más elementos metálicos y algunos no metálicos sus metales presentan una estructura cristalina. Son buenos conductores térmicos y eléctricos.

• Materiales poliméricos: Los polímeros se componen de macromoléculas orgánicas, sintéticas o naturales, la mayoría de los materiales poliméricos no son cristalinos. Son malos conductores de electricidad. 

• Materiales cerámicos: son materiales inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos enlazados químicamente entre sí. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezclas de ambos. Tienen una gran dureza y resistencia a las altas temperaturas pero tienden a ser frágiles.
• Materiales compuestos: son materiales que están compuestos propiamente por dos o más materiales, estos pueden ser a base de fibra de vidrio cumplen reforzar el trabajo elaborado.
• Materiales electrónicos: Son materiales que tienen una alta conductividad eléctrica.

1.5. Defina un material compuesto. Dé un ejemplo.

Un material es como dos o más materiales integrados para formar un material nuevo. La mayoría de los materiales compuestos están formados por un material específico de relleno que a su vez sirve de refuerzo. Los constituyentes de los materiales conservan sus propiedades y el nuevo compuesto tendrá propiedades distintas a la de cada uno de ellos.

Un ejemplo: El adobe compuesto por barro y paja.

PROBLEMAS

5. a) Mencione los criterios más importantes para seleccionar materiales que habrán de emplearse en un casco protector de uso deportivo. b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. c) ¿Por qué un casco de metal sólido no sería una buena elección?

a) Los criterios más importantes  serian la dureza su resistencia su peso su maleabilidad y su ligereza.

b) La fibra de carbono y fibra de vidrio ya que ambos son ligeros resistentes y moldeables.

c) El principal factor seria el peso que representa en su uso y en su fabricación se tardaría y costaría más.

8. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el poli tetrafluoretileno? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria de fabricación de utensilios de cocina?

a) Pertenece a los poliméricos.

b) Una de ellas es que es prácticamente inerte, su impermeabilidad que es un gran aislante eléctrico

c) Se los usan en sartenes y ollas por su capacidad de rozamiento bajo y facilidad de limpieza.

9. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el nitruro de boro cúbico (cBN)? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria metalmecánica?

a) Es un cerámico.

b) Es un excelente conductor de calor y aislante eléctrico, está presenta:

• Densidad: 0.0021 g/cm3
• Punto fusión: 2973oC

c) Es primordialmente utilizado como abrasivo para materiales industriales en especial para el mecanizado de aceros y materiales de gran dureza

11. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el arseniuro de galio (GaAs)? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria electrónica?

a) Pertenece a los materiales compuestos.

b) Que es:

• Semiconductor
• Densidad: 5.3176 g/cm3
• Punto de fusión: 1511 K
• Solubilidad en agua 20oC

c) Se lo utiliza para fabricar dispositivos como circuitos integrados a frecuencias de microondas, diodos de emisión infrarroja, diodos laser y células fotovoltaicas.

13. Identifique varios equipos deportivos que podrían beneficiarse con los materiales inteligentes o con la tecnología de los MEM. Mencione las razones concretas de la idoneidad de la aplicación.

• Se puede beneficiar en lo que viene a ser ciclismo, golf, tenis y futbol donde los materiales y el cambio de diseño de raquetas ha aumentado su velocidad y el poder sirve en el futbol las micro cámaras dentro del balón que registraran el recorrido del balón en jugadas polémicas.
• Se utilizan para hacer ropa deportiva, tales como trajes de neopreno y con otras fibras para hacer ropa cómoda con ajuste perfecto.
• Los investigadores tienen acceso a toda una mina de información técnica que pueden utilizar para inspirar innovaciones.

Materiales de Ingeniería

1. Compare los tres grupos (tipos) de materiales (metálicos, cerámicos y poliméricos) en cuanto a las siguientes propiedades: punto de fusión, dureza, maleabilidad, densidad y resistividad eléctrica.

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