CIENCIA DE LOS MATE-RIALES

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 2

PLÁSTICOS O POLÍMEROS 3

2. INYECCIÓN 7

5.2 • Técnica discontinua: llenado a presión del molde + enfriamiento + desmoldeado. 7

Moldeo de termoplásticos 7

3. MATERIALES COMPUESTOS 10

5.3 3.1 Estructura de los materiales compuestos 10

3.1.1 Matriz. 10

3.1.2 Refuerzos. 11

3.1.3 Interfase matriz-refuerzo 12

3.1.4 CMM: propiedades y comportamiento 12

3.1.5 Propiedades mecánicas 13

3.1.6 Propiedades térmicas 13

3.1.7 Métodos de obtención 14

4. LOS MATERIALES CONDUCTORES Y MATERIALES AISLANTES 17

5.4 4.1 El agua ¿conductora o aislante? 17

5.5 17

5.6 4.2 Materiales Semiconductores 18

5.7 4.3 Materiales Superconductores 18

5.8 4.4 Materiales conductores 18

5. CERÁMICAS INDUSTRIALES 20

5.1 ÓXIDOS CERÁMICOS: ALUMINA 20

5.2 ÓXIDOS CERÁMICOS: ZIRCONIA 21

5.3 CERÁMICOS VIDRIADOS: SILICATOS AL-Li, Al-Mg, Al 21

5.4 CARBUROS Y NITRUROS: 21

6. VIDRIO 22

6.1 CLASIFICACIÓN DEL VIDRIO 22

6.1.1 Vidrio suave 22

6.1.2 Vidrio duro 22

6.1.3 Vidrio muy duro 23

6.1.4 Vidrio sensible a la luz 23

BIBLIOGRAFÍA 24

INTRODUCCIÓN

En los últimos sesenta años hemos presenciado un desarrollo formidable de nuevos

dispositivos y materiales. Sin remontarnos tan atrás, en las últimas décadas hemos asistido a la

expansión de las computadoras personales (PC) cada vez más veloces, de los discos compactos

(CD), de los láseres. También hemos asistido al creciente reemplazo de fibras naturales, como la

lana o el algodón, por otras sintéticas para fabricar tejidos impermeables que permitan transpirar

y conservar una temperatura constante. Día a día salen al mercado nuevos adhesivos, nuevas

tintas de colores, nuevos materiales para la construcción.

Las bases de los materiales que componen gran parte de los objetos y dispositivos que

nos rodean cotidianamente fueron desarrolladas en la primera mitad del siglo XX, pero fue a

partir de la finalización de la Segunda Guerra Mundial que se masificó el consumo y aumentaron

el desarrollo y la producción de una gran diversidad de materiales con mayor especificidad para

un uso particular. Este impulso en cierto modo disparó la necesidad de convergencia de distintas

disciplinas tradicionales en lo que hoy llamamos ciencia de materiales.

1. PLÁSTICOS O POLÍMEROS

Los polímeros son materiales orgánicos comunes. Se producen con un proceso llamado

polimerización. Un ejemplo es el caucho (elastómeros) y muchas clases de adhesivos. Muchos

polímeros tienen una resistividad eléctrica muy buena, proporcionan un buen aislamiento

térmico. Normalmente no son adecuados para usos a altas temperaturas. Tienen miles de

aplicaciones: desde chalecos antibalas, discos compactos (CD) y pantallas de cristal líquido

(LCD). La vida tal como la conocemos no podría existir sin polímeros. Las proteínas, formadas a

partir de un gran número de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos (-N-C(O), llevan a cabo

un sinnúmero de funciones vitales en bacterias, animales y plantas. Las fibras naturales son

también polímeros, formados por hidratos de carbono o por proteínas. Algunas de ellas proceden

de plantas que sintetizan celulosa (un polímero de glucosa): lino, sisal, algodón. Otras son

cadenas proteicas que se encuentran en animales: lana, seda, cabello1.

Figura 1. Diagrama de bloque: los plásticos

1 PROGRAMA DE CAPACITACIÓN MULTIMEDIAL. Plásticos y fibras. En http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema7_CM.pdf

Los polímeros, denominados incorrectamente plásticos, según diferentes criterios se

clasifican

a) En función de su origen.

b) En función de sus propiedades.

c) En función de su respuesta a la temperatura.

Durante un millón de años aproximadamente, desde su aparición sobre la Tierra, los seres

humanos han utilizado fundamentalmente cinco materiales para fabricar utensilios y objetos:

madera, piedra, hueso, cuerno y piel. A estos materiales se incorporaron otros durante la

revolución neolítica: la arcilla, la lana, las fibras vegetales y algunos metales. Hay que esperar a

finales del siglo XIX para obtener los primeros materiales sintéticos o artificiales, los polímeros,

llamados plásticos2.

Figura 2. Principales materias primas de los plásticos.

2 GOBIERNO DE CANARIAS. Las principales materias primas de los plásticos. En http://www3.gobiernodecanarias.org/aciisi/cienciasmc/web/u8/contenido4.4_u8.html

La denominación de materiales plásticos, o simplemente plásticos, define genéricamente

los productos obtenidos por medio de procesos de síntesis (resinas sintéticas) y las substancias

formadas por moléculas complejas de elevado peso molecular (ma-cromoléculas o polímeros).

La característica más importante de los materiales plásticos es que se ablandan a

determinada temperatura y permanecen plásticos durante un determinado período de tiempo.

Esto los hace moldeables y estampa-bles en las formas más diversas y complejas. Los materiales

plásticos no tienen un punto de fusión definido: es decir, no pasan del estado sólido al líquido a

una temperatura bien determinada, sino que, sometidos a calentamiento, pierden elasticidad y

consistencia hasta convertirse en un fluido muy viscoso. En la Naturaleza existen también

plásticos, es decir, substancias que se ablandan progresivamente por efecto de la temperatura:

por ejemplo, el marfil y el cuerno; también la lana y otras fibras textiles naturales pueden ser

consideradas materiales plásticos, puesto que una vez estiradas quedan deformadas

permanentemente.

Según su comportamiento, al variar la temperatura, los materiales plásticos se dividen en

dos categorías:

- termoplásticos: cuya plasticidad aumenta gradualmente en caliente, hasta alcanzar el

punto de fluidificación; después, pueden volver de manera reversible al estado sólido por

enfriamiento (ejemplo: resinas celulósicas, vinílicas y acrílicas, poliestireno, poliolefinas,

poliacetatos, policarbonatos, poliamidas, poliuretanos, siliconas, polifluorolefinas, etc.);

- termoendurecibles: que, por efecto del calor, después de la fase inicial de plasticidad, se

transforman en productos infusibles y rígidos, sufriendo una transformación química irreversible

(ejemplo: ferroplásticos, aminoplásticos, resinas alquídicas, poliésteres, resinas epoxídicas,

poliuretanos, etc.).

En la industria automovilística, a los materiales plásticos se les añaden substancias

especiales; de este modo pueden obtenerse plásticos coloreados, plásticos más resistentes a la

abrasión mecánica (por ejemplo, añadiendo lana de vidrio) o plásticos autolubricantes; a veces se

añaden incluso plasificantes que dan elasticidad y eliminan la fragilidad a baja temperatura.

Los materiales plásticos se producen mediante procesos químicos de polimerización:

partiendo de monómeros sometidos a procedimientos sintéticos de adición y condensación se

obtienen, respectivamente, moléculas de cadenas largas (polímeros) o moléculas con estructuras

y distribución complejas (co-polímeros). Cuanto más irregulares son la disposición y la

concentración de los monómeros, más plástico (es decir, menos rígido, menos cristalino y, por

consiguiente, menos frágil) será el material plástico obtenido3.

Los monómeros de base pueden ser compuestos orgánicos vegetales (por ejemplo,

celulosa de madera) o derivados del petróleo (por ejemplo, etileno, propileno, fenol, cloruro de

vinilo, estireno). Las moléculas de peso molecular alto obtenidas pueden presentarse en forma de

fibras, gránulos, resinas o conglomerados gomosos.

Las principales materias plásticas obtenidas por adición son: polietileno, polipropileno,

cloruro de polivinilo, poliestireno, polimetacrilato, etc. Entre las obtenidas por policondens ación

están: la baquelita, las resinas de silicona, los poliuretanos, los policarbonatos, los poliésteres y

las resinas melamínicas y anilínicas.

Además de la plasticidad, existen algunas características comunes a todos los materiales

plásticos. Las más importantes son:

- ligereza, que siendo con mucho muy superior a la del acero, compensa enormemente la

menor resistencia mecánica respecto a los metales;

- elevada resistencia a la corrosión y a los agentes atmosféricos, que elimina la necesidad

de una protección con antioxidantes o pinturas;

— características de aislamiento térmico, eléctrico y acústico, que los hacen apropiados

para numerosos empleos que no pueden ser desarrollados por los metales;

- aptitud de poder transformarse en piezas de forma incluso muy compleja a través de

diferentes sistemas de estampación:

- buena precisión geométrica de las piezas y perfecto acabado superficial, obtenibles en

los procesos de conformación, que eliminan mecanizaciones posteriores, y las operaciones de

acabado, haciendo incluso estéticamente agradables los productos finales.

Mediante procesos de producción o con la inclusión de aditivos se les pueden conferir

también otras características especiales, pero a éstas corresponde, generalmente, un coste muy

elevado.

3 DICCIONARIO.MOTORGIGA.COM. Materiales Plásticos. http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/materiales-plasticos-definicion-significado/gmx-niv15-con194770.htm

2. INYECCIÓN

Entre los diferentes los procesos de transformación (inyección, extrusión, soplado y

vacío, principalmente) destaca el proceso de inyección, gracias a ciclos rápidos de producción y

consecución de productos terminados a la salida de máquina, permitiendo que los materiales

poliméricos estén reemplazando a otros materiales como metales, maderas y vidrios, y

resolviendo necesidades tecnológicas.

Es la técnica de moldeo más utilizada con materiales poliméricos.

• Técnica discontinua: llenado a presión del molde + enfriamiento +

desmoldeado.

Aplicación:

Termoplásticos cristalinos (Tdesmoldeado<Tfc) y amorfos

(Tdesmoldeado<Tg).

Duroplásticos (tiempo en molde suficiente para reticulación).

Elastómeros (tiempo en molde suficiente para reticulación).

Moldeo de termoplásticos

1. Unidad de inyección:

Plastifica el material mediante husillo (similar a extrusoras monohusillo).

Tipos:

a) Husillo alternativo (reciprocating screw injection unit, RSIU):

Plastificación y acumulación de material plastificado mediante giro y retroceso

del husillo:

Inyección a gran velocidad (tiro o disparo, shot). La válvula antirretorno impide el

retroceso del material.

Regulación del movimiento por velocidad de inyección y presión máxima

admisible en el molde (hasta 200MPa).

Se mantiene la presión en el molde, inyectando más material durante inicio de

cristalización y contracción.

Separación del molde, y comienzo de nuevo ciclo de plastificación mientras la

pieza termina el enfriamiento en el molde.

b) Unidades de dos etapas:

Ventajas: mayor capacidad de producción, mayores presiones alcanzadas, más preciso

control del volumen inyectado, Preferidas para piezas complicadas de paredes finas.

¾ Desventajas: mayor coste, menor homogeneidad del material, mayor riesgo de

degradación.

Características más importantes: volumen máximo de tiro (shot size) y máxima presión

3. MATERIALES COMPUESTOS

Los materiales compuestos son aquellos que están formados por combinaciones de

metales, cerámicos y polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son

superiores a la de los materiales que los forman por separado, lo que hace que su utilización cada

vez sea más imponente sobre todo en aquellas piezas en las que se necesitan propiedades

combinadas, en la que un material (polímero, metal o cerámico) por sí solo no nos puede brindar.

Las propiedades que se obtienen son un producto de la combinación de los refuerzos que se

utilicen y de la matriz que soporta al refuerzo en los materiales compuestos, el cual también

juega un papel importante en la aplicación por lo que resulta necesario hacer referencia a las

propiedades que se obtienen al combinar refuerzo-matriz.

En general, la desventaja más clara de los materiales compuestos es el precio. Las

características de los materiales y de los procesos encarecen mucho el producto. Para ciertas

aplicaciones las elevadas propiedades mecánicas, tales como la alta rigidez específica, la buena

estabilidad dimensional, la tolerancia a altas temperaturas, la resistencia a la corrosión, la

ligereza o una mayor resistencia a la fatiga que los materiales clásicos compensan el alto precio

Además del refuerzo y la matriz existen otros tipos de componentes como cargas y

adictivos que dotan a los materiales compuestos de características peculiares para cada tipo de

fabricación y aplicación4.

3.1 Estructura de los materiales compuestos

3.1.1 Matriz.

Es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se puede distinguir a simple vista

por ser continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su

resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El comportamiento a la fractura

también depende de la resistencia de la interfase. Una interfase débil da como resultado un

material con baja rigidez y resistencia pero alta resistencia a la fractura y viceversa.

Las matrices se pueden clasificar en: Matrices orgánicas y Matrices inorgánicas.

Los materiales compuestos de matriz metálica (CMM) han sido destinados especialmente

a aplicaciones estructurales en la industria automotriz, aeroespacial, militar, eléctrica y

electrónica, las cuales usualmente exigen alta rigidez, resistencia y módulo específico. Para el

caso de las aplicaciones en el sector eléctrico y electrónico, se requiere en el diseño de los

materiales, propiedades termomecánicas y termofísicas con una máxima transferencia de calor.

Los materiales metálicos de uso más común en CMM son las aleaciones ligeras de Al, Ti

y Mg; siendo el Al el de mayor consumo debido a su bajo costo, baja densidad, buenas

propiedades mecánicas, alta resistencia a la degradación ambiental y fácil manipulación.

4 http://www.monografias.com/trabajos61/materiales-compuestos-aluminio/materiales-compuestos-aluminio.shtml#ixzz3Km9PVQos

También se destaca el uso de aleaciones base Cu, al igual que se está investigando el uso de

semiconductores, superaleaciones y compuestos intermetálicos.

3.1.2 Refuerzos.

Los tipos de refuerzo se pueden clasificar en tres categorías: fibras, whiskers y partículas.

Desde el punto de vista de propiedades mecánicas, se puede obtener una gran mejora mediante el

uso de fibras continuas, reforzando en la dirección del esfuerzo aplicado; mientras que con

whiskers y partículas se experimenta una disminución de resistencia pero se obtiene una gran

isotropía en el material.

Fibras Continuas: En el caso de las fibras metálicas, los problemas de ataque químico por

parte de la matriz, los posibles cambios estructurales con la temperaturaza, la posible disolución

de la fibra en la matriz y la relativamente fácil oxidación de las fibras de metales refractarios (W,

Mo, Nb), hacen que éste tipo de materiales sean poco empleados. Esto ha dado pie al enorme

desarrollo de las fibras cerámicas, siendo las más empleadas como refuerzo las de B, Al2O3 y

SiC, y que entre sus numerosas ventajas se cuentan: no se disuelven en la matriz, mantienen su

resistencia a altas temperaturas, tienen alto módulo de elasticidad, no se oxidan y tienen baja

densidad.

Partículas: El uso de partículas como material reforzante, tiene una mayor acogida en los

CMM, ya que asocian menores costos y permiten obtener una mayor isotropía de propiedades en

el producto. Sin embargo, para tener éxito en el CMM desarrollado, se debe tener un estricto

control del tamaño y la pureza de las partículas utilizadas. Los refuerzos típicos de mayor uso en

forma de partícula son los carburos (TiC, B4C), los óxidos (SiO2, TiO2, ZrO2, MgO), la mica y

el nitruro de silicio (Si3N4). En los últimos años se han empezado a utilizar partículas de

refuerzo de compuestos intermetálicos,

Fibras discontinuas o whiskers: Las fibras discontinuas utilizadas normalmente para

la producción de CMM son comercializadas en diferentes diámetros (entre 3 y 5 mm). El uso de

éste tipo de fibras conduce a propiedades inferiores que las fibras continuas, por lo que

su costo se reduce. Los whiskers tienen diámetros menores a 1 mm y pueden tener una longitud

de hasta 100 mm, por lo que pueden considerarse como refuerzos discontinuos. Los principales

tipos de whiskers disponibles en el mercado son los de SiC y Si3N4. Aunque este tipo de

refuerzo ha sido de uso frecuente, su utilización se ha visto restringida en algunos países a causa

de su carácter nocivo para la salud humana.

3.1.3 Interfase matriz-refuerzo

La zona de interfase es una región de composición química variable, donde tiene lugar la

unión entre la matriz y el refuerzo, que asegura la transferencia de las cargas aplicadas entre

ambos y condiciona las propiedades mecánicas finales de los materiales compuestos.

Existen algunas cualidades necesarias para garantizar una unión interfacial adecuada

entre la matriz y el reforzante: una buena mojabilidad del reforzante por parte de la matriz

metálica, que asegure un contacto inicial para luego, en el mejor de los casos, generar la unión en

la interfase una estabilidad termodinámica apropiada (ya que al interactuar estos materiales, la

excesiva reactividad es uno de los mayores inconvenientes encontrados), la existencia de fuerzas

de unión suficientes que garanticen la transmisión de esfuerzos de la matriz al refuerzo y que

sean además estables en el tiempo bajo altas temperaturas. En el sector eléctrico y electrónico, se

debe tener en cuenta que los CET de la matriz y de los refuerzos deben ser similares para limitar

los efectos de los esfuerzos internos a través de la interfase, sobre todo al utilizar el compuesto a

altas temperaturas.

3.1.4 CMM: propiedades y comportamiento

Bajo condiciones ideales, el material compuesto muestra un límite superior de

propiedades mecánicas y físicas definido generalmente por la regla de las mezclas. Es posible

sintetizar material compuestos con una combinación de propiedades específicas de la aleación

(tenacidad, conductividad eléctrica y térmica, resistencia a la temperatura, estabilidad ambiental,

procesabilidad) con las propiedades específicas de los cerámicos reforzantes (dureza, alto

módulo de Young, bajo coeficiente de expansión térmica). Es así como por ejemplo, un material

compuesto AlCuMgAg/SiC/60p muestra una mejora de cada una de sus propiedades, tanto

mecánicas como térmicas al compararlo con la aleación base. De igual modo, se han conformado

CMM tipo A356/SiC/30-40, para la obtención de piezas que requieren alta transferencia

de calor y alta tenacidad con baja densidad.

3.1.5 Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas que exhiben los CMM son consideradas superiores con

respecto a los materiales que los componen de manera individual, como ya se ha señalado

anteriormente. Dicho aumento en propiedades, depende de la morfología, la fracción

en volumen, el tamaño y la distribución del refuerzo en la aleación base. Además dichos factores

controlan la plasticidad y los esfuerzos térmicos residuales de la matriz

Se ha comprobado cómo varía la dureza de un material compuesto en estado de obtención

y después de un tratamiento térmico, así como respecto al incremento del volumen del

reforzante. La experiencia muestra un incremento en la resistencia a la tracción al variar el % de

volumen de la fracción reforzante, tanto en el material sin tratamiento térmico, como con

tratamiento térmico.

Figura 3. La resistencia a la tracción en los materiales compuestos con partículas duras y

blandas varía en función del volumen del material reforzante

Por su parte la deformación de los materiales compuestos tiene una tendencia inversa al

incremento del volumen de partículas reforzantes Similar comportamiento a la elongación tiene

la resistencia al impacto

3.1.6 Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas fundamentales a considerar en los CMM son el CET y la

conductividad térmica (CT) Dependiendo de la fracción de volumen de refuerzo, su morfología y

su distribución en la aleación base, se obtienen diferentes valores de ambas propiedades. Ambos

pueden ser modificados por el estado de precipitación de la matriz y por el tipo de aleación de la

matriz. Es así como el CET de las aleaciones de titanio es muy similar a algunos tipos de fibras

reforzantes, lo cual se considera una ventaja ya que se disminuyen los esfuerzos residuales

debido a la diferencia térmica entre las fibras y la matriz.

Algunos investigadores conciben que en la medida en que la CT de la aleación matriz se

vea disminuida con la introducción de partículas cerámicas, esto puede verse compensado si la

fase cerámica que se usa como refuerzo es conductora.

3.1.7 Métodos de obtención

Las técnicas de producción para CMM se clasifican básicamente en cuatro tipos según el

estado de la matriz durante el proceso:

En estado líquido (fundición, infiltración),

En estado sólido (pulvimetalurgía (PM), sinterización, prensado en caliente),

En estado semisólido (compocasting) y

En estado gaseoso (deposición de vapor, atomización, electrodeposición), éste

último de poca difusión, pero bastante utilizado en la obtención de CMM para el sector

electrónico

En la figura 1, se muestra el proceso de obtención de materiales compuestos por la vía de

fundición, utilizando un agitador para homogeneizar las partículas del refuerzo en la matriz

de aluminio.

Figura 3. Método de fundición con agitación.

En los métodos relacionados con la fundición deben tenerse en cuenta los siguientes

aspectos:

Empleo de una capa de gas inerte

Técnicas de desgaseado por inyección rotatoria Argón-SF6

Evitar sobrecalentamientos (Formación de carburo de aluminio)

Agitación para el mezclado del refuerzo con el aluminio fundido)

Evitar turbulencias (se atrapa gas)

En el caso donde el metal se infiltra sin presión en una preforma del material cerámico

poroso, como se observa en la figura 2. En este caso la filtración del metal depende del nivel de

porosidad interconectada en el material cerámico.

Figura 4. Esquema del método de infiltración para obtener materiales compuestos.

Los pasos que se siguen cuando se emplea la pulvimetalurgia para obtener materiales

compuestos con matriz de aluminios son los siguientes:

Mezclado de los polvos

Compactado

Sinterizado

Acabado del producto

Los materiales en forma de polvo son mezclados previamente hasta obtener una

distribución homogénea, luego son prensados para obtener la forma de la pieza que se quiere

obtener y después se procede a la sinterización. El proceso de sinterización generalmente se

desarrolla en atmósfera de nitrógeno o amoniaco disociado.

Otro método empleado es el de al fundición prensada, mediante este método el metal

solidifica bajo la presión, entre moldes cuyas superficies son presionadas en

una prensa hidráulica. La presión aplicada y el contacto con el molde favorecen la transferencia

de calor, por lo que el enfriamiento es rápido y se obtiene un grano fino, libre de poros y

propiedades mecánicas cercanas a la materia prima

También se obtienen materiales compuestos con matriz de aluminio mediante extrucción,

cuando se hace pasar el material preconformado, tanto en frío, como en caliente a través de

troqueles con la forma que se desea, generalmente piezas simétricas a través de un eje.

Mediante la extrucción se logra acabado superficial y exactitud dimensional. Aunque a

veces se requieren operaciones de maquinado pequeñas tales como taladrado, pequeños cortes,

etc.

4. LOS MATERIALES CONDUCTORES Y MATERIALES AISLANTES

Los materiales pueden ser clasificados en conductores o aislantes, según conduzcan la

electricidad con facilidad o no lo hagan.

Esta clasificación depende de cuán firmemente estén

unidos los electrones a sus estructuras, ya que esto es un indicio de

la energía necesaria para otorgarles movilidad dentro del material,

es decir para conducir la electricidad.

Ejemplos de conductores y de aislantes

Esta diferenciación es útil dentro de ciertos límites. Por ejemplo, el cuarzo fundido es 10

cuatrillones de veces mejor aislante que el cobre, por lo que ambos suelen ser señalados como

excelentes aislante y conductor, respectivamente. Los metales y el agua sin destilar son

considerados buenos conductores, en cambio los plásticos y el vidrio son buenos aislantes.

4.1 El agua ¿conductora o aislante?

El agua en estado químicamente puro es una sustancia aislante. Sin embargo, en la

naturaleza se la encuentra en solución con otras sustancias que

presentan en su estructura iones con relativa libertad de

movimiento. En tales condiciones, estas soluciones son muy

buenas conductoras de la electricidad.

Una estrategia usada para evitar los accidentes

causados por la acumulación de electricidad estáticaconsiste en aumentar

la conductividad superficial por elevación de la humedad relativa. Muchas veces se instala  con

este propósito un sistema de humidificación, integrado al equipo  de aire acondicionado. El aire

húmedo conduce la electricidad e impide que las superficies se carguen.

4.2 Materiales Semiconductores

A esta clasificación se agregan en la actualidad los

materiales llamados semiconductores, como el silicio y el

germanio, los cuales son buenos aislantes cuando están en estado

cristalino puro, pero conducen la electricidad cuando se sustituyen

solo algunos átomos del cristal con otros, como arsénico o boro, mediante la técnica conocida

como dopado del material.

Los semiconductores tienen amplia aplicación tecnológica, por ejemplo en la fabricación

de transistores.

4.3 Materiales Superconductores

Algunos materiales que se consideran buenos conductores aumentan su

conductividad hasta prácticamente el infinito cuando se los enfría a

temperaturas cercanas al cero absoluto (– 273 K): son los llamados

superconductores.

En la actualidad, se han encontrado algunos materiales

cerámicos superconductores a temperaturas de algo más de 100 K. Existen grandes expectativas

respecto del diseño de materiales superconductores a  temperaturas más altas ya que permitirían

un ahorro importante de energía.

4.4 Materiales conductores

En los materiales conductores, la carga se distribuye en la

superficie, lo que es fácilmente explicable si se tiene en cuenta la

repulsión entre las cargas de igual signo y la relativa movilidad con

que cuentan en los materiales de buena conductividad.

La concentración de carga depende de la curvatura de la

superficie, y se puede comprobar experimentalmente que la

máxima concentración se da en los értices o puntas.

El cuerpo humano puede ser considerado como un buen

conductor. Cuando la humedad relativa es baja, puede acumular

cargas bastante altas, ocasionadas por ejemplo, por la fricción del calzado con suelos aislantes.

También puede observarse la fricción de las prendas de seda, lana o fibras sintéticas, que

al ser retiradas provocan muchas veces pequeñas chispas eléctricas visibles y también audibles

como un débil chisporroteo.

Estas consideraciones adquieren significativa importancia en cuanto a evitar accidentes

para aquellas personas que trabajan con materiales altamente inflamables y también para las que

manipulan con equipos electrónicos muy sensibles, ya que éstos podrían sufrir algún desperfecto

por la acción de esa pequeña descarga.

5. CERÁMICAS INDUSTRIALES

Un cerámico es un compuesto inorgánico que consiste en un metal y uno o más no

metales.

•La palabra cerámica proviene del griego Keramos, que significa arcilla de vasijas o

trastos hechos de barro, el termino termino en ingles es clay.

•Los compuestos cerámicos se caracterizan por tener enlaces iónicos y covalentes, lo que

les ayuda a dar alta dureza, rigidez y temperatura de fusión

También conocidas como cerámicas de ingeniería, de alta tecnología o cerámicos finos,

porque proporcionan alta resistencia a temperaturas extremadamente altas, bajo peso, alta dureza

y alta resistencia a la corrosión.

• El costo es bajo debido a que la materia prima para hacer la cerámica es abundante en la

corteza terrestre. • Uno de los problemas con estos materiales es su fragilidad, sin embargo se

está trabajando en mejorar su ductilidad y tenacidad.

5.1 ÓXIDOS CERÁMICOS: ALUMINA

• Por sus propiedades físicas y mecánicas se utiliza como: abrasivos, bioceramicos

(huesos y dientes artificiales), aislantes eléctricos, componentes electrónicos, electrónicos,

ingredientes ingredientes de aleación aleación del vidrio, vidrio, ladrillos refractarios, insertos

para herramientas de corte y componentes de ingeniería

5.2 ÓXIDOS CERÁMICOS: ZIRCONIA

• Es oxido de zirconio ZrO2, de color blanco.

• Presenta una resistencia hasta de 2200ºC, posee una buena tenacidad, tenacidad,

resistencia resistencia al desgaste desgaste y a la corrosión, baja conductividad térmica.

• Las aplicaciones típicas incluyen dados para la extrusión en caliente de los metales, y

las perlas de zirconia usadas como medio de esmerilado y de dispersión para recubrimientos para

usos aeroespaciales, anticorrosivos, pinturas automotrices.

5.3 CERÁMICOS VIDRIADOS: SILICATOS AL-Li, Al-Mg, Al

• Están formados por microestructuras polifásicas complejas, que tienen coeficientes de

expansión térmicas cercanos a cero y resistentes a la corrosión provocada provocada por la alta

temperatura temperatura.

• Se utilizan en recipientes para cocinas comerciales y domésticas, vajillas, utensilios de

cocina para fuego directo y cámaras para microondas, así como en aplicaciones técnicas e

industriales.

• Se producen a partir de vidrio fundido y después cristalizado por tratamiento térmico.

5.4 CARBUROS Y NITRUROS:

De boro, de silicio y de aluminio.

• El carburo y nitruro de boro tiene muy alta dureza (es la segunda segunda sustancia

sustancia más dura después después del diamante) y baja densidad, se utiliza para placas

blindadas a prueba de balas, herramientas de corte, por su excelente resistencia a la abrasión se

utiliza como abrasivo en piedras de esmeril, boquillas de gas a presión.

• El carburo y nitruro de silicio tiene elevada resistencia a la termofluencia a temperaturas

elevadas, una dilatación térmica baja y una conductividad térmica alta, es adecuado para

componentes de alta temperatura como turbinas de gas, motores de cohete y crisoles para fundir.

6. VIDRIO

Es un sólido transparente amorfo (estructura atómica no cristalina) que es duro y frágil,

con excelente resistencia al intemperismo y a la mayoria de los reactivos químicos, excepto el

ácido hidro -fluorhídrico.

Está compuesto de sílice, cal y carbonato de sodio y está organizado en tres tipos

básicos: vidrio suave, vidrio duro y vidrio muy duro. También hay tres grados de vidrio sensible

a la luz y vidrios arquitectónicos especiales.

6.1 CLASIFICACIÓN DEL VIDRIO

Todos los vidrios contienen por lo menos 50% de sílice, que se le conoce como formador

del vidrio, la composición y las propiedades se pueden modificar de manera importante

adicionando

6.1.1 Vidrio suave

• Se ablanda o funde a temperaturas relativamente bajas.

• El vidrio cal-sosa comprende casi el 90% de todo el vidrio producido, no es caro y se

usa para hacer productos de alto volumen como botellas, vasos, ventanas, y bulbos para focos.

• NO es muy resistente a temperaturas altas. Cambios bruscos de temperatura o productos

químicos.

• El vidrio alcalino con plomo, contiene monóxido de plomo y se llama así por su alto

índice de refacción (no por su estructura atómica), y se utiliza para prismas y lentes ópticos. Se

usa como escudo contra la radiación atómica y es mejor aislante eléctrico que los vidrios de cal

sosa.

6.1.2 Vidrio duro

• Se ablanda o funde a temperaturas relativamente altas.

• El vidrio de borosilicato (1912), resiste choques térmicos y las altas temperaturas, tiene

una excelente excelente resistencia resistencia a los ácidos y al ataque químico, presentando bajo

coeficiente de expansión térmica.

• Se utiliza para cafeteras domésticas y comerciales, recipientes de vidrio para hornos y

para laboratorio, lentes para lámparas y otros usos de altas temperaturas.

• El vidrio de aluminosilicato (1936), es más difícil de fabricar y cuesta más que el de

borosilicato.

• Los vidrios de alumínicosilicato contienen cerca de 55% de SiO 2, 20% de AlO 3 y

cantidades pequeñas de B 2 O 3, MgO y CaO. Los contenidos elevados elevados de alúmina

alúmina y dióxido dióxido de silicio silicio producen un vidrio de un punto elevado de fusión,

que tiene mayor resistencia a las temperaturas elevadas que el de sosa y cal.

• Se utiliza en aplicaciones de alto desempeño como termómetros para alta temperatura,

ventanas de vehículos espaciales y como resistores en circuitos electrónicos.

6.1.3 Vidrio muy duro

• Se ablanda o funde a temperaturas extremadamente altas.

• Desarrollado en 1936 es un vidrio de 96% de sílice, sus propiedades son cercanas a las

de la sílice fundida, y algunas veces se usa como sustituto en componentes ópticos ópticos y en

ventanas ventanas de vehiculos espaciales.

• Puede soportar el calor de la entrada a la atmosfera terrestre, razón por la cual se utiliza

como recubrimiento resistente al calor del transbordador aerospacial.

6.1.4 Vidrio sensible a la luz

• Vidrio fotocrómico: para anteojos que se oscurecen cuando se exponen a la luz solar o a

la radiación ultravioleta y se aclaran cuando se retira el estímulo.

• Vidrio fotosensible: cambia de claro a opalino cuando se expone a energía ultravioleta

ultravioleta y cuando se calientan.

• Vidrios fotocromáticos (1978): se utilizan para almacenar información, objetos

decorativos y otros productos y contenedores transparentes.

BIBLIOGRAFÍA

http://erenovable.com/materiales-conductores-y-materiales-aislantes/

http://www.mater.upm.es/polimeros/Documentos/Cap6_5MoldeoInyeccion.pdf

Los plásticos - TEMAS CLAVE

www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1079

Materiales cerámicos. En www.uv.es/uimcv/Castellano/ModuloMatCeramicos/Unidad%201.pdf

http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema7_CM.pdf

Materiales: vidrio – Brand. En www.brand.de/es/caracteristicas-de-vidrio/