CIENCIA DE LOS MATERIALESEs una ciencia general que de ella se deducen varias especialidades. Estudia y descubre nuevos materiales o nuevas propiedades de materiales existentes

INGENIERÍA DE LOS MATERIALESEs una ciencia aplicada –técnica- que toma el conocimiento aportado por la Ciencia de los Materiales y desarrolla aplicaciones para convertir la materia prima en un producto que satisfaga los requerimientos del mercado

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS MATERIALES1. Metales: puros y aleaciones2. Cerámicos3. Polímeros4. Compuestos5. Semiconductores6. Con memoria7. Nanomateriales

METALES PUROS: Los metales puros o nativos son aquellos que se encuentran en estado natural puro es decir no se encuentran combinados con oxigeno (óxidos) u otros elementos (sulfuros, carbonatos, silicatos etc.) Se presentan generalmente como pequeños conglomerados de metal aunque puede presentarse también en casos excepcionales en grandes masas, ejemplos de estos metales son: oro (au), plata (ag), cobre (cu), mercurio (hg) entre otros

METALES ALEADOS: Es el proceso de mezclar entre si, por medio de Fusión simultanea, dos o más metales.

Mezclar o fundir dos o más elementos químicos, de los cuales al menos uno es un metal, para obtener una aleación

EJEMPLOS DE ALEACIONES DE METALES: Latón = cobre + cinc, Bronce = cobre + estano, Soldadura de estaño = estaño + plomo

QUE LOGRAMOS CON UNA ALEACION: Mejorar determinadas propiedades de los materiales. Por ejemplo: 1) Facilidad para trabajarlos en taller, por doblado o limado,.2) Permitir una mejor colada, 3) Resistencia, 4) Tenacidad, 5) Dureza

METALES PUROS: Cu, Fe, Ni, Cr, Mn, Mg, Sb, Zn, Al, Sn,

ALEACIONES: -Duraluminio: Cu, Mg, Mn, Zn, Babitt –Cu,Sn,Sb,Al, Bronce –Cu,Sn, Latón –Cu,Zn, Acero –Fe,C,Cr,Ni,Mn,Ti,Va,W, Cuproníquel –monel- Cu,Ni.

DURALUMINIO: de: cobre, magnesio, manganeso y zinc; con altas características y resistencia a la tracción, resistencia mecánica a temperatura ambiente. Sin embargo, su resistencia a la corrosión, soldabilidad y aptitud para el anodizado son bajas.

BABBITT: metal antifricción, resultado de la aleación de: cobre, estaño, antimonio y aluminio

BRONCE: Es toda aleación de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 por ciento.

LATON: aleación de cobre y zinc. Las proporciones de cobre y zinc pueden variar para crear una variedad de latones con propiedades diversas

ACERO: Es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbono

CUPRONIQUEL-MONEL: es una aleación de cobre y níquel (Cu + Ni) y las impurezas de la consolidación, tales como hierro y manganeso. No corroe en Agua de mar, porque se ajusta su potencial de electrodo de ser neutral con respecto al agua de mar.

CERÁMICOS: Yeso, Asbesto, Arcilla, Alúmina –cerámica, Vidrio, Cal, Porcelana.

MATERIALES CERAMICOS: Es un tipo de material inorgánico, no metálico. Tradicionalmente basados en arcilla y sílice. Es un buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada.

YESO: Se le conoce en la industria como: Sulfato de calcio dihidratado (CaSO4· 2H2O). Es compacto o terroso, comúnmente de color blanco. Tenaz y tan blando que se raya con la uña. Deshidratado por la acción del fuego y molido. tiene la propiedad de endurecerse rápidamente cuando se amasa

con agua, y se emplea en la construcción y en la escultura. Es un producto preparado a partir de

una roca natural denominada aljez (sulfato de calcio dihidrato: CaSO4· 2H2O. En estado natural el aljez, piedra de yeso o yeso crudo, contiene 79,07% de sulfato de calcio anhidro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, sin embargo, generalmente presenta impurezas que le confieren variadas coloraciones, entre las que

encontramos la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, vermiculita, etc. El sulfato de calcio

dihidrato: CaSO4· 2H2O mediante deshidratación, puede añadirse en fábrica determinadas adiciones de otras sustancias químicas para modificar sus características de fraguado resistencia, adherencia, retención de agua y densidad, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente Una variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

ASBESTO: También llamado amianto, es un grupo de minerales metamórficos fibrosos. Están compuestos de silicatos de cadena doble. (Si, Mg Y Fe). Se encuentra de forma natural en formaciones rocosas alrededor del mundo Los minerales de asbesto tienen fibras largas y resistentes que se pueden separar y son suficientemente flexibles como para ser entrelazadas y también resisten altas temperaturas. El asbesto se ha usado principalmente materiales de

construcción (tejas para recubrimiento de tejados, baldosas). azulejos, productos de papel y productos de cemento con asbesto), productos de fricción (embrague de automóviles, frenos, componentes de la transmisión), pinturas. También está presente como contaminante en algunos alimentos.

Las excelentes propiedades que presenta el amianto (aislantes, mecánicas, químicas, y de resistencia al calor y a las llamas) y su relativo bajo costo, pueden explicar sus numerosas aplicaciones industriales. Además, existen numerosos yacimientos en todo el planeta y su costo de extracción es bajo. Los productos relacionados con el asbesto/amianto provocan cáncer con una elevada mortalidad. Los principales productores y exportadores de amianto son Rusia, Canadá, Australia y Sudáfrica.

ARCILLA: Está constituida por agregados de silicatos de aluminios hidratados, procedentes de la descomposición de minerales de aluminio. La arcilla es un silicoaluminato hidratado, es decir que desde el punto de vista químico está compuesta de silicio (Si), aluminio (Al), oxígeno (O) e hidrógeno (H).Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato. Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y también sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 C. La arcilla endurecida mediante la acción del fuego fue la primera cerámica elaborada por los seres humanos, y aún es uno de los materiales más baratos y de uso más amplio. Ladrillos, utensilios de cocina, objetos de arte e incluso instrumentos musicales como la ocarina son elaborados con arcilla.

ALUMINA –CERAMICA: Material cerámico muy versátil. Sus propiedades la hacen especialmente

apto para aplicaciones en donde la temperatura es un factor crítico. Su dureza ha permitido

darle forma a la industria del abrasivo, que es de las más antiguas, y rentables, ya que en el mundo, en un momento determinado, una empresa está utilizando un abrasivo para dar forma a

piezas de manufactura. Alumina: es el oxido de aluminio (Al2O3) Junto con la sílice, es el

ingrediente más importante en la constitución de las arcillas y los barnices, impartiéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración. El oxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón, y de esmeril. Ciertas piedras preciosas, como el rubí y el zafiro, son formas de alumina coloreadas por indicios de óxidos de metales pesados. El oxido de aluminio fundido y vuelto a cristalizar es idéntico en sus propiedades químicas y físicas al corindón natural.

VIDRIO: Material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico

amorfo. se obtiene por fusión a unos 1.500 °C , de arena de sílice (SiO2),carbonato de sodio

(Na2C O 3) y caliza (Ca C O 3).Se obtiene también sobre todo a partir de sílice (SiO2) fundido a altas

temperaturas con boratos o fosfatos. El vidrio también se encuentra en la naturaleza, por ejemplo:

En la obsidiana: roca volcánica vítrea de color negro o verde oscuro. O en los enigmáticos objetos

conocidos como: Tectitas: objetos de vidrio natural, de algunos centímetros o milímetros. El

vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo. El color del vidrio depende de los elementos u óxidos empleados. Por lo que, Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco.

CAL: Llamada: oxido de calcio, cal o cal viva, Es un compuesto químico de fórmula Ca O . Esta palabra interviene en el nombre de otras sustancias, como por ejemplo la «cal apagada» o «cal muerta», que es hidróxido de calcio,Ca(OH) 2.El uso común del hidróxido de calcio es en forros cavitarios La cal es una sustancia blanca, ligera, cáustica y alcalina que se obtiene calcinando caliza y otros materiales que contienen carbonato cálcico. El óxido de calcio reacciona violentamente con el agua, haciendo que ésta alcance los 90 °C. Se forma entonces hidróxido de calcio (cal muerta y/o apagada), o Ca (OH)2. Usos comunes del Oxido de calcio, Cal o Cal viva: preparación de cementos y morteros, obtención del hipoclorito de sodio que es la materia fundamental de los blanqueadores domésticos (clorox, etc.),, Curtido de pieles, en la neutralización de terrenos ácidos

Usos comunes del hidróxido de calcio, cal apagada o cal muerta: Como forros cavitarios

PORCELANA: Producto cerámico tradicionalmente blanco, compacto, duro y translúcido (deja pasar luz pero no se ven bien los objetos). Desarrollado por los chinos en el siglo VII u VIII La porcelana se obtiene a partir de una pasta muy elaborada compuesta por caolín, feldespato y cuarzo.

Porcentajes de masas para formar la porcelana: 25 % de cuarzo,25 % de feldespato y 50 % de caolín.

El proceso de cocción se realiza en dos etapas: La primera corresponde a la obtención del bizcocho (850-900 °C) y la segunda corresponde al vidriado (a temperaturas que varían según el producto entre 1175 y 1450 °C). La porcelana se suele decorar en una tercera cocción (tercer fuego) con pigmentos que se obtienen a partir de óxidos metálicos calcinados.

POLÍMEROS: Cloruro de polivinilo, Politetrafluoroetileno, Polimetilmetacrilato, Polietileno, polipropileno, Poliuretano, Epóxico, Poliestireno, Tereftalato de polietileno –PET, Policarbonato, Poliamida, Nylon, Fenol-formaldehído, Urea, Melamina, ABS-acrilonitrilo-butadieno-estireno, Kevlar, Bakelita, Poliisopreno, Butadieno-estireno.

CLORURO DE POLIVINILO: El cloruro de polivinilo, más conocido como pvc, es una combinación química de carburo, hidrógeno y cloro. En su composición, el PVC contiene un 57% de cloro, proveniente de la sal común y un 43% de hidrocarburos (gas y/o petróleo). Los productos

fabricados a partir de pvc obedecen a elevados patrones de calidad técnica, que han motivado usos cada vez más diferenciados.

CARACTERISTICAS DEL PVC: Elevada resistencia a la abrasión, Buena resistencia mecánica y al impacto, Usando aditivos como: estabilizantes, plastificantes entre otros, el pvc puede transformarse en un material rígido o flexible, Es estable e inerte, por lo que se emplea extensivamente donde la higiene es una prioridad, por ejemplo, los catéteres y las bolsas para

sangre y hemoderivados están fabricadas con pvc, así como muchas tuberías de agua potable. Es

un material altamente resistente. Los productos de pvc pueden durar hasta más de sesenta años, como se comprueba en aplicaciones tales como tuberías para conducción de agua potable y sanitarios, Debido a las moléculas de cloro que forman parte del polímero pvc, no se quema con facilidad, Se emplea eficazmente para aislar y proteger cables eléctricos en el hogar, oficinas y en las industrias, debido a que es un buen aislante eléctrico.

POLITETRAFLUOROETILENO (teflón): El POLITETRAFLUOROETILENO (P.T.F.E.) es un producto blanco que se obtiene por extrusión (dar forma a una masa metálica, plástica, etc., haciéndola salir por una abertura especialmente dispuesta), o por moldeo, sinterizando (Producir piezas de gran resistencia y dureza calentando, sin llegar a la temperatura de fusión). El fabricado por moldeo es siempre superior en calidad y características al extruido.

CARACTERISTICAS IMPORTANTES QUE HACEN UNICO EL POLITETRAFLUOROETILENO (P.T.F.E.): Alta temperatura 260°C, Aguante a casi todos los productos químicos, Bajo coeficiente de rozamiento, Excelente aislación eléctrica, Apto para contactar con alimentos, Apto para uso dentro del cuerpo humano, Antistick: no se le pegotean productos

APLICACIONES DEL POLITETRAFLUOROETILENO (TEFLÓN) (P.T.F.E.): Componentes de válvulas, O-rings, V-rings, partes de bombas, Empaquetaduras, procesamiento de alimentos, equipos químicos, cables, Transformadores, espirales, prótesis médicas,

POLIMETIL METACRILATO O ACRILICO: Es también conocido como acrílico y sus siglas PMMA, La presentación más frecuente que se encuentra en la industria del plástico es en gránulos o en láminas màs conocido como Plexiglas. El PMMA (polimetil metacrilato) o acrílico se obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo.

POLIMERIZACIÓN: Proceso químico por el cual mediante el calor, la luz o un catalizador se unen varias moléculas de un compuesto para formar una cadena de múltiples eslabones de estas y obtener una macromolécula.

MONOMERO: (del griego mono, ‘uno’, y meros, ‘parte’) es una molécula de pequeña masa molecular

MACROMOLECULA: son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.

El PMMA (polimetil metacrilato): es el mejor de los plásticos en cuanto a su resistencia a la intemperie, transparencia y resistencia al rayado

El Poli metacrilato de metilo es un material sustitutivo del vidrio, aplicado en multitud de usos:

Cristaleras, Vitrinas, Letreros luminosos, Lentes de contacto, Fibra óptica, Prótesis de

odontología, Reflectores, Urnas, la barrera en la pista de hielo que impide que los discos de jockey sean proyectados hacia las caras de los espectadores, se hace de PMMA.

Cuando se trata de hacer ventanas, el PMMA tiene otra ventaja con respecto al vidrio: es más transparente. Cuando las ventanas de vidrio se hacen demasiado gruesas, llega a ser dificultoso ver a través. Pero las ventanas de PMMA se pueden hacer tan gruesas como de 33 centímetros y siguen siendo perfectamente transparentes. Es un material maravilloso para fabricar inmensos acuarios, cuyas ventanas deben ser lo suficientemente gruesas como para contener la alta presión de millones de litros de agua.

La ventana más grande del mundo, una ventana panorámica en el acuario de la bahía de Monterrey en California, está hecha de una sola pieza gigante de PMMA de 16,6 m de largo, 5,5 m de alto y 33 centímetros de espesor. También puede ser usado como implante de prótesis de córnea, para proporcionar una vía óptica a la retina. También como lentes intraoculares, para corregir problemas causados por cataratas. Implantado como ducto del saco lagrimal, para corregir la obstrucción crónica.

POLIETILENO: El polietileno (PE) es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva CH2-CH2. Es uno de los plásticos más comunes, debido a su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladas anuales alrededor del mundo) y a su bajo precio. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 )

El polietileno se usa para diferentes tipos de productos finales entre los más comunes se encuentran: Extrusión: Película, cables, hilos, tuberías, Co-Extrusión: Películas y láminas multicapa, Moldeo por inyección: Partes en tercera dimensión con formas complicadas, Inyección

y soplado: Botellas de diferentes tamaños, extrusión y soplado : Bolsas o tubos de calibre

delgado, extrusión y soplado de cuerpos huecos: Botellas de diferentes tamaños, Roto moldeo :

Depósitos y formas huecas de grandes dimensiones

El polietileno tiene un color lechoso translúcido, este color se puede modificar con tres procedimientos comunes:

1) Añadir pigmento polvo al PE antes de su procesamiento2) Colorear todo el PE antes de su procesamiento3) Usar un concentrado de color (conocido en inglés como masterbatch), el cual

representa la forma más económica y fácil de colorear un polímero.

Productos terminados de PEBD (polietileno de baja densidad): Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc.; Películas para agro; Recubrimiento de acequias; Envasado automático de alimentos y productos industriales: leche, agua, plásticos, etc.; Stretch film; Base para pañales desechables; Bolsas para suero.

Productos terminados de PEAD : Envases para: detergentes, lejía, aceites automotor, champú, lácteos; Bolsas para supermercados; Bazar y menaje; Cajones para pescados, gaseosas, cervezas; Envases para pintura, helados, aceites; Tambores; Tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, láminas de drenaje y uso sanitario.

POLIPROPILENO: El PP es el Polímero termoplástico, parcialmente cristalino con Fórmula química, (C3H6)n, también se le llama Polímero de Propano. Se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poli olefinas (polimerización de compuesto con doble enlace) y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos. Álcali: Hidróxido metálico muy soluble en el agua, que se comporta como una base fuerte.

El PP es transformado mediante muchos procesos diferentes. Los más utilizados son:

1) Moldeo por inyección : una gran diversidad de piezas, desde juguetes hasta parachoques y/o defensas para automóviles

2) Moldeo por soplado : recipientes huecos como por ejemplo botellas o depósitos de combustible

3) Termo formado : contenedores de alimentos. En particular se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta temperatura (microondas) o baja temperatura (congelados).

4) Extrusión : de perfiles, láminas y tubos.

El PP es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos. (Álcali: hidróxido metálico muy soluble en el agua). Con el pp se fabrican fundas para CD, tubos de micro centrifuga, torres para CD

POLIURETANO: El (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de di-bases hidroxílicas

Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: termoestables o termoplásticos: No se altera fácilmente por la acción del calor. No pierde su forma por la acción del calor y de la presión. Los más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes.

Poliuretanos termoplásticos: Maleable por el calor. Puede que se degradan antes de fluir o fluyen antes de degradarse, respectivamente.

Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones.

EPOXICO: Una resina epoxi o poli epóxido es un polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o «endurecedor». Las resinas epoxi más frecuentes son producto de una reacción entre epiclorohidrina y bis fenol A . La epiclorhidrina no existe en la Naturaleza. Se prepara sintéticamente por transformación del propileno con gas de cloro a 600°C y por hidrólisis con hidróxido de calcio.

Las resinas epoxi son excelentes aislantes eléctricos y se usan en muchos componentes para proteger de cortocircuitos, polvo, humedad, etc.

La resistencia a la tracción de este tipo de adhesivos puede llegar a superar los 350 kg/cm², lo que les convierte en el adhesivo más resistente del mundo.

POLIESTIRENO: El (PS) es un Polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno. Existen cuatro tipos principales: el PS cristal, que es transparente, rígido y quebradizo; el poliestireno de alto impacto, resistente y opaco, el poliestireno expandido, muy ligero, y el poliestireno extrusionado, similar al expandido pero más denso e impermeable.

Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricación de envases mediante extrusion-termoformado, y de objetos diversos mediante moldeo por inyección.

Las formas expandidas y extruida se emplean principalmente como aislantes térmicos en construcción.

TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET): más conocido por sus siglas en inglés PET, (Polyethylene Terephtalate) es un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y textiles. Químicamente es un polímero que se obtiene mediante una reacción de poli condensación entre el acido terftalico y el etilenglicol. Pertenece al grupo de materiales sintéticos denominados poliésteres.

El tereftalato (PET) es un polímero termoplástico lineal, con un alto grado de cristalinidad. Como todos los termoplásticos puede ser procesado mediante extrusión, inyección, inyección y soplado, soplado de preforma y termo formado (moldes). Para evitar el crecimiento excesivo de las esferulitas y lamelas de cristales, este material debe ser rápidamente enfriado, con esto se logra una mayor transparencia.

Características mas relevantes del PET: Alta transparencia, aunque admite cargas de colorantes. Alta resistencia al desgaste y corrosión. Muy buen coeficiente de deslizamiento. Buena resistencia química y térmica. Muy buena barrera a CO2. Aceptable barrera a O2 y humedad. Reciclable, aunque tiende a disminuir su viscosidad con la historia térmica. Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos alimentarios.

Las propiedades físicas del PET y su capacidad para cumplir diversas especificaciones técnicas han sido las razones por las que el material haya alcanzado un desarrollo relevante en la producción de fibras textiles y en la producción de una gran diversidad de envases, especialmente en la producción de botellas, bandejas, flejes y láminas.

POLICARBONATO: El policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear y termo formar, y son utilizados ampliamente en la manufactura moderna. El nombre "policarbonato" se basa en que se trata de polímeros que presentan grupos funcionales unidos por grupos carbonato en una larga cadena molecular.

TRES PRINCIPALES CUALIDADES DE LOS POLICARBONATOS: Gran resistencia a los impactos, Gran resistencia a la temperatura, propiedades ópticas.

Usos comunes de los policarbonatos: Óptica: usado para crear lentes para todo tipo de gafas. Electrónica: se utilizan como materia prima para CD, DVD y algunos componentes de los ordenadores. Seguridad: cristales antibalas y escudos anti-disturbios de la policía. Diseño y arquitectura: cubrimiento de espacios y aplicaciones de diseño. Moldes de Pastelería: utilizados para la elaboración de bombones y figuras de chocolate.

POLIAMIDA: Las poliamidas se pueden encontrar en la naturaleza, como la lana o la seda, y también ser sintéticas, como el nailon o el Kevlar. Las aramidas (aromatic polyamide) son un tipo de poliamidas en las que hay grupos aromáticos formando parte de su estructura. Se pueden obtener también fibras muy resistentes a la tracción como el kevlar, o fibras también muy resistentes al fuego, como el Nomex, ambas comercializadas por DuPont.

NYLON: Nombre comercial: nylon. Es un Polímero artificial que pertenece al grupo de las Poliamidas. Se genera formalmente por poli condensación de un diácido con una diamina (Sustancia química que contiene dos grupos de amino en su molécula. (La diamina más sencilla es la etilendiamina, de fórmula H2N-CH2-NH2.).

El nailon es una fibra textil elástica y resistente. No la ataca la polilla. No precisa planchado. Se utiliza en la confección de medias, tejidos y telas de punto, también cerdas y sedales. El nailon

moldeado se utiliza como material duro en la fabricación de diversos utensilios, como mangos de cepillos, peines, etc.

PROPIEDADES DEL NYLON: Durante la fabricación las fibras de nailon son sometidas a extrusión, texturizado e hilado en frío hasta alcanzar cerca de 4 veces su longitud original, lo cual aumenta su cristalinidad y resistencia a la tracción.

RESISTENCIA DEL NYLON: Su viscosidad de fundido es muy baja, lo cual puede acarrear dificultades en la transformación industrial, y su exposición a la intemperie puede causar una fragilización y un cambio de color salvo si hay estabilización o protección previa. Al nailon se le puede agregar fibra de vidrio para proporcionar un incremento en la rigidez.

PUNTO DE FUSIÓN Y SOLUBILIDAD DEL NYLON: El nailon es soluble en fenol, cresol y acido fórmico. Su punto de fusión es de 263 °C.

FENOL-FORMALDEHÍDO: La resina fenol-formaldehido es una resina sintética termoestable, obtenida como producto de la reacción de los fenoles con el formaldehido. A veces, los precursores (sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante una reacción química). Son otros aldehídos u otro fenol.

Las resinas fenólicas se utilizan principalmente en la producción de tableros de circuitos. Ellos son más conocidos sin embargo, para la producción de productos moldeados como bolas de billar, encimeras de laboratorio, revestimientos y adhesivos. Un ejemplo bien conocido es la Baquelita (el más antiguo material industrial de polímeros sintéticos).

UREA FORMALDEHIDO: Es un polímero incoloro que se puede tintar con más facilidades que la baquelita, es también más duro y resalta un magnifico aislante térmico y eléctrico. Se designa con las siglas (UF). Se emplea en la fabricación de aparatos de mando y control, elementos de circuitos eléctricos, elementos decorativos, carcasa de pequeños aparatos, etc...

MELAMINA: La melamina es un trímero (está constituida por tres moléculas iguales) de cianamida, formando un heterociclo aromático (Estructura cíclica o en anillo en la que uno o más átomos constituyentes no son de carbono. Estos átomos pueden ser principalmente de nitrógeno, de oxígeno o de azufre que puede reaccionar con el formaldehido, dando la resina melamina-

formaldehido. Tanto la urea-formaldehido como la melamina-formaldehído tienen propiedades

generales muy similares, aunque existe mucha diferencia en sus aplicaciones. A ambas resinas se les conoce como amino resinas (radical monovalente formado por un átomo de nitrógeno y dos de hidrogeno).Las amino resinas se usan principalmente como adhesivos para hacer madera aglomerada y contrachapado, usados en la construcción residencial, fabricación de muebles (laminados decorativos).

ABS-ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO: El acrilonitrilo butadieno estireno o ABS es un termoplástico duro, resistente al calor y a los impactos. Es un copolímero obtenido de la

polimerización del estireno y acrilonitrilo en la presencia del poli butadieno, resultado de la combinación de los tres monómeros, originando un plástico que se presenta en una gran variedad de grados dependiendo de las proporciones utilizadas de cada uno.

Básicamente, el estireno contribuye a la facilidad de las características del proceso,

El acrilonitrilo imparte la resistencia química e incrementa la dureza superficial y

El butadieno contribuye a la fuerza de impacto y dureza total.

Las porciones pueden variar del 15-35% de acrilonitrilo, 5-30% de butadieno y 40-60% de estireno.

CARACTERISTICAS DEL ACRILONITRILO: Resistencia química, Resistencia a la fatiga, Dureza y rigidez, Resistencia a la fusión.

CARACTERISTICAS DEL BUTADIENO: Ductilidad a baja temperatura, Resistencia al impacto, Resistencia a la fusión.

CARACTERISTICAS DEL ESTIRENO: Facilidad de procesado (fluidez), Brillo, Dureza y rigidez.

APLICACIONES DEL ABS-ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO: Carcasas de electrodomésticos y de teléfonos, Maletas, Cascos deportivos, Cubiertas internas de las puertas de refrigeradores, Carcasas de computadoras, Fabricación de tubería sanitaria como sustituto del PVC.

Por su característica de ser cromable el ABS se utiliza ampliamente en la industria automotriz Se pueden usar en aleaciones con otros plásticos, por ejemplo, el ABS con el PVC nos da un plástico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar amplio uso en la construcción de televisores.

KEVLAR: Esencialmente hay dos tipos de fibras de Kevlar: Kevlar 29 y Kevlar 49.

El Kevlar 29: es la fibra tal y como se obtiene de su fabricación. Se usa típicamente como refuerzo en tiras por sus buenas propiedades mecánicas, o para tejidos. Entre sus aplicaciones está la fabricación de cables, ropa resistente (de protección) o chalecos antibalas.

Los cables de Kevlar son tan fuertes como los cables de acero, pero tienen sólo cerca del 20% de su peso lo que hace de este polímero una excelente herramienta con múltiples utilidades.

El Kevlar 49: se emplea cuando las fibras se van a embeber en una resina para formar un material compuesto. Las fibras de Kevlar 49 están tratadas superficialmente para favorecer la unión con la resina. El Kevlar 49 se emplea como equipamiento para deportes extremos, para altavoces y para la industria aeronáutica, aviones y satélites de comunicaciones y cascos para motos.

CARACTERISTICAS DE KEVLAR: Alta fuerza extensible, Alargamiento bajo o rigidez estructural, Conductividad eléctrica baja, Alta resistencia química, Contracción termal baja, Alta dureza, Estabilidad dimensional excelente, Alta resistencia al corte.

EL KEVLAR TAMBIEN SE USA EN: Chaquetas, e impermeables, Bolsas de aire en el sistema de aterrizaje del Mars pathfinder, Cuerdas de pequeño diámetro, Hilo para coser, Petos y protecciones para caballos de picar toros, El blindaje anti metralla en los motores jet de avión, de

protección a pasajeros en caso de explosión. Neumáticos funcionales (funcionan

desinflados),Guantes contra cortes, raspones y otras lesiones, Kayaks con resistencia de impacto, Esquis cascos y racquets fuertes, ligeros, Algunos candados para notebook, Revestimiento para la fibra óptica, Silenciadores de tubos de escape, Cascos de Fórmula 1, Botas de alta montaña, Tanques de combustible de los F1, Alas de aviones, Lámparas, Parlantes de estudio profesional, Coderas y rodilleras de alta resistencia, Cascos de portero de hockey, Equipación de motorista.

BAKELITA: Fue la primera sustancia plástica totalmente sintética, creada en 1907 y nombrada así en honor a su creador, el belga Leo Baekeland. Fue también uno de los primeros polímeros sintéticos termoestables conocidos. puede moldearse a medida que se forma y endurece al solidificarse.

La bakelita No conduce la electricidad, Es resistente al agua y los solventes, pero fácilmente mecanizable, El alto grado de entrecruzamiento de la estructura molecular de la baquelita le confiere la propiedad de ser un plástico termoestable: una vez que se enfría no puede volver a ablandarse. Esto lo diferencia de los polímeros termoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias veces.

APLICACIONES DE LA BAKELITA: El atractivo estilo retro de los viejos productos de baquelita y la producción masiva han hecho que, en los últimos años, los objetos de este material se lleguen a considerar de colección. Su amplio espectro de uso la hizo aplicable en las nuevas tecnologías como carcasas de teléfonos y radios, hasta estructuras de carburadores. Se utiliza hasta hoy en asas de cacerolas.

POLISOPRENO (CAUCHO NATURAL): Uno de los polímeros naturales mejor conocidos. Los antiguos mayas lo extraían del árbol de la Hevea y lo empleaban para hacer botas de lluvia y las pelotas que utilizaban en un juego similar al básquet. Es lo que llamamos un elastómero, es decir, después de ser estirado o deformado, recupera su forma original. Normalmente, el caucho natural es tratado para producir entrecruzamientos, lo que lo convierte en un elastómero aún mejor. El caucho se compone de dos elementos: el carbono y el hidrógeno, es decir, pertenece a la clase de hidrocarburos. El caucho es un polímero natural con la formula molecular (C5H8)n

MATERIALES COMPUESTOS: Plywood, Tablex, Durpanel, Fórmica, Cemento, Concreto, Fibra de vidrio con epóxico.

SEMICONDUCTORES: unión de Ge y Si con el propósito de producir diodos y transistores.

MATERIALES CON MEMORIA: Materiales que recuperan su estructura después de aplicárseles una o más variables.

NANOMATERIALES: Nano compuestos, Nanotubos, Nano partículas, Superficies nano moduladas, Materiales nano porosos, Nano capas, Nano estructuras biológicas.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: Físicas: brilla, densidad, magnetismo, conductividades térmicas, acústicas, ópticas, eléctricas. Químicas: resistencia que el material ofrece al ataque de compuestos químicos agresivos –ácidos. Mecánicas: dureza, tenacidad, resilencia, ductilidad, fragilidad, elasticidad, plasticidad. Tecnológicas: proporcionan la factibilidad para que el material pueda convertirse en un producto.

PROPIEDADES FÍSICAS: Las propiedades físicas de los materiales son todas aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia debido a que sus moléculas no sufren modificación alguna. Dentro del espacio hay una diversa variedad de propiedades físicas y otras más que aún no han sido descubiertas.

PROPIEDADES FÍSICAS: Son el conjunto de características que permiten su estudio usando los sentidos o algún instrumento específico. Entre estas podemos mencionar: Brillo, Magnetismo, Densidad, Peso, Masa, Volumen, Conductividad eléctrica, Conductividad termina, Conductividad acústica

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MATERIALES: Fragilidad: Propiedad de ciertos cuerpos de romperse sin que se deforme previamente. Solubilidad: Capacidad que tienen las sustancias de disolverse, Punto de ebullición: Temperatura a la cual un líquido pasa al estado gaseoso,

Punto de fusión: Temperatura a la cual un sólido pasa al estado líquido, Temperatura: Medida de grado de la agitación térmica de ciertas partículas de un cuerpo. Conductibilidad: Propiedad física de conducir electricidad y calor. Maleabilidad: Permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa. Ductibilidad: Propiedad de algunos materiales de deformarse ostensiblemente sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos del material. Dureza: Resistencia que pone un material al ser rayado. Elasticidad: Capacidad de ciertos cuerpos de deformarse al aplicar una fuerza y regresar a su estado original al quitar la fuerza aplicada.

El vidrio es frágil porque se rompe sin antes deformarse, La sal es soluble porque es capaz de disolverse en líquido, La plata es conductible porque conduce la electricidad y el calor, El hule es elástico porque recupera su forma original al quitar la fuerza aplicada inicialmente, El oro es un metal maleable ya que con el se pueden confeccionar delgadas láminas sin que éste se rompa, El diamante es un material duro debido a la resistencia que pone al ser rayado.

PROPIEDADES QUÍMICAS: Propiedades que se observan en las sustancias cuando reaccionan con otra. Formándose con la misma materia sustancias nuevas distintas de las originales. Entre ellas se encuentran: Corrosión, Electronegatividad, pH, Inflamabilidad, Reactividad, Poder calorífico.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MATERIALES: Reactividad: Capacidad de reacción química que presenta ante otros reactivos. Acidez: Es el grado en el que una sustancia es ácida. Oxidación: Cuando un material hace contacto con el oxígeno se dice que experimenta una reacción de

oxidación. Corrosión: Se produce cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente húmedo.

El hierro y el acero se corroen fácilmente al hacer contacto con la humedad del medio ambiente.

El metal se oxida en presencia de oxígeno.

El ácido clorhídrico es muy reactivo con el hierro.

PROPIEDADES MECÁNICAS: Es el comportamiento de la materia frente a distintos procesos mecanizados. Entre estas se encuentran: Dureza, Ductilidad, Fragilidad, Maleabilidad, Resistencia a la tensión, Resistencia a la fatiga, Resistencia al impacto, Plasticidad, Desgaste, Tenacidad, Porosidad

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES: Resistencia a la fatiga: Es una propiedad que se caracteriza por la capacidad de soportar esfuerzos periódicos, aplicados un número elevado de veces. Tracción: Esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Esfuerzo de compresión: Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo.

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS: Determinan la factibilidad que tiene el material de ser procesado en forma útil. Entre ellas podemos encontrar: Fusibilidad, Colabilidad, Soldabilidad, Endurecimiento por el temple, Facilidad de mecanizado.

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LOS MATERIALES: Templabilidad: Es la propiedad de un metal de sufrir transformaciones en su estructura cristalina producto del calentamiento y enfriamiento sucesivo y brusco. Colabilidad: Capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defecto para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez.Conformabilidad: Propiedad del metal que mide su maleabilidad. Fusibilidad: Permite obtener piezas fundidas o coladas.

Los metales más colables son la fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

Los metales más fusibles son la fundición de hierro, de bronce y de latón.

REPASO A LA TEORÍA ATÓMICA Y LA TEORÍA MOLECULAR

ESTRUCTURA ATÓMICA: Orden espacial en que se encuentran las partículas atómicas –electrones, protones, neutrones,…-. El modelo más utilizado es el de Bohr.

NÚMERO ATÓMICO: Cantidad de electrones, que es igual a la cantidad de protones, que posee un átomo. Se utiliza para identificar y localizar un elemento químico dentro de la tabla periódica.

MASA ATÓMICA: Representa la cantidad de protones y de neutrones que posee un átomo en su núcleo. También debe incluirse la cantidad de otras partículas nucleares.

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA: Ordenamiento convencional de cómo los electrones se posicionan en la estructura atómica, de acuerdo con la energización que en su momento tengan.

VALENCIA: Cantidad de electrones que un átomo posee en su última capa de energía.

TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS: Es una clasificación de los elementos en metales, no metales y metaloides. Obedece a una clasificación que denota la capacidad de energización de cada átomo, y evidencia si el átomo puede ceder o adquirir electrones de valencia.

ENLACES INTERATÓMICOS

ENLACES PRIMARIOS: se aplican para unir átomos y estructurar moléculas o cristales. Iónico, Metálico y Covalente.

ENLACES SECUNDARIOS: unen moléculas. Fuerzas de Van der Waals.

ENLACE IÓNICO: Transferencia de electrones de valencia, desde un átomo de baja hacia otro de alta valencia, produciéndose iones positivo y negativo respectivamente; el enlace se presenta por atracción de cargas coulómbicas opuestas.

ENLACE METÁLICO: Se fundamenta en que los metales son átomos de baja valencia, por lo que sus electrones posicionados en la última capa se encuentran débilmente sostenidos por el núcleo; esto facilita que los electrones de valencia abandonen a los átomos y formen una nube electrónica de carga negativa dejando atrás iones positivos. El enlace se presenta por la carga positiva de los iones y la carga negativa de la nube electrónica.

ENLACE COVALENTE: Los átomos comparten sus electrones de valencia, y este es el fundamento del enlace. Es el enlace más fuerte.

FUERZAS DE VAN DER WAALS: Se producen por la atracción que ejercen dos polarizaciones opuestas de dos moléculas vecinas. Son débiles. Sirven para unir moléculas y no átomos.

ELEMENTOS DE LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS

POR LA FORMA EN QUE SE POSICIONAN LOS ÁTOMOS EN LOS MATERIALES, ESTOS SE CLASIFICAN EN:

CRISTALINOS: son aquellos en que los átomos se posicionan en forma ordenada. Entre ellos se pueden formar figuras geométricas que se les llama sistemas cristalinos.

AMORFOS: no cristalinos -: los átomos no despliegan ningún orden en su posicionamiento

SISTEMAS CRISTALINOS: CÚBICO, HEXAGONAL, ORTORRÓMBICO, ROMBOÉDRICO, MONOCLÍNiCO, TRICLÍNICO, TETRAGONAL.

CELDA UNITARIA: Es la mínima expresión con que se puede estudiar las propiedades de los materiales cristalinos. Es la conformación geométrica y específica de los átomos en los materiales cristalinos.

ALOTROPÍA: Propiedad de algunos materiales de variar celda unitaria al cambiar su temperatura. Ejemplo: el acero común existe como BCC –ferrita-, pero al realizar temple –tratamiento térmico- en él, la celda unitaria puede terminar como FCC –austenita- o bien como TCC –martensita.

PARÁMETRO DE RED: Son los ángulos internos y las dimensiones de los lados de los sistemas cristalinos. El parámetro de red identifica al sistema cristalino y sirve para diferenciar a los 7 sistemas entre sí.

DATOS DE LA CELDA UNITARIA: CS posee 1 átomo distribuido en el cubo, BCC posee 2 átomos distribuidos en el cubo, FCC posee 4 átomos distribuidos en el cubo, HCP posee 6 átomos distribuidos en la celda.

FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO: Se utiliza para comparar la eficiencia de las celdas unitarias entre sí. CS: FE = 52%, BCC: FE = 68%, FCC: FE = 74%, HCP = 74%.

IMPERFECCIONES –DEFECTOS- EN MATERIALES CRISTALINOS

CLASES DE IMPERFECCIONES:

IMPERFECCIONES PUNTUALES: VACANCIAS, ÁTOMO SUSTITUCIONAL, ÁTOMO INTERSTICIAL, DEFECTO FRENKEL, DEFECTO SCHOTTKY,

IMPERFECCIONES LINEALES –DISLOCACIONES: ALABEO-TORNILLO-, BORDE –ARISTA,

IMPERFECCIONES SUPERFICIALES.

VACANCIAS: son posiciones atómicas no ocupadas, y se producen por un mal control en la velocidad de descenso de la temperatura en la solidificación y en el enfriamiento

ÁTOMO SUSTITUCIONAL: átomos extraños al metal base se posicionan en posiciones normales. Este tipo de defecto es la base para crear las aleaciones metálicas, a los átomos extraños le llamamos elementos aleantes

ÁTOMO INTERSTICIAL: Consiste en que átomos extraños se posicionan en lugares entre posiciones atómicas normales. Es la base para el proceso de difusión: cianurado, nitrurado, bronceado, latonado, cobrizado, niquelado, cromado, cincado, todo por galvanoplastía

Cuando un material con enlaces interatómicos iónicos se expone a altas concentraciones –emisiones- de radioactividad, se producen dos tipos de defectos: Frenkel y Schottky.

El Defecto Frenkel es el desplazamiento de un tipo ión

El defecto Schottky es el desplazamiento de una pareja de iones

DEFECTOS LINEALES-(dislocaciones): Se producen por la agrupación de cientos de vacancias, lo que genera planos insatisfechos en la estructura cristalina. La estructura misma trata de equilibrarse, y hace un esfuerzo para que el parámetro de red –distancia entre posiciones atómicas- se preserve, lo que genera puntos de compresión y tensión.

DEFECTOS LINEALES (dislocaciones): Cuando se carga –esfuerza- el material, se presentan deslizamientos de dislocaciones lo que genera que se anulen o bien se agrupen en “nudos de dislocación”. Este deslizamiento produce fricción entre planos atómicos lo que se convierte en calor, el cual sentimos cuando una pieza metálica la deformamos o la golpeamos

Todo punto de tensión-compresión en la red cristalina provoca incremento de la energía interna del material en ese punto, lo que se multiplica cuando se tienen nudos de dislocación. El incremento de la energía interna causa: 1) Incremento de dureza, que podría llegar a la fragilidad, 2) Incremento de la electronegatividad, lo que causa corrosión en ese punto.

Para anular la fragilidad y la propensión de corrosión focalizada en la pieza, se puede utilizar un tratamiento térmico que se llama “revenido o recuperación”. El problema que se podría presentar es que si no se tiene control de la temperatura exacta, el metal podría perder muchas de las propiedades mecánicas que se necesitan: dureza, resistencia a la tensión, límite de elasticidad, entre otras.

DEFECTOS SUPERFICIALES-en el límite del grano-

Las dislocaciones pueden deslizarse al límite del grano generando que en toda la superficie se encuentren puntos de tensión-compresión, lo que nuevamente produce endurecimiento y propensión a corrosión. Las micro fisuras normalmente se producen en forma intergranular, no son desastrosas pero deben controlarse para dar seguimiento a su propagación

MOVIMIENTO DE LOS ÁTOMOS EN LOS MATERIALES

–DIFUSIÓN-

La difusión puede realizarse en todos los estados de la materia. En este curso se toma el estado sólido, y para su estudio se toman las 2 leyes de Fick, que en resumen consiste en determinar la densidad de flujo atómico por unidad de área y de tiempo.

En la introducción de átomos en una superficie de una pieza intervienen principalmente 2 variables, la temperatura y el tiempo, aunque en teoría también debe considerarse la presión, pero para efectos del curso se tomarán las 2 primeras

J = -D(dc/dx)J es la densidad de flujo –Atomos/(cm2*seg)D es la difusividaddc/dx es el gradiente de difusióndc es el diferencial de la concentración superficial y en el interiordx es la penetración de la difusión

J es negativa porque la dirección de movimiento de átomos es de alta hacia baja concentraciónD se puede calcular por:D= Do*exp(-Q/(R*T))Do y Q son constantes que se obtienen de tablas y que dependen del tipo de átomos que se difunden y del material que los recibe

R es la constante del gasT es la temperatura de difusión expresada en grados absolutos o kelvinT depende de la capacidad del horno, o bien, se puede utilizar el código de colores en el metal que sería el correspondiente color que tendría el metal a determinada temperatura

Ya calculada J se multiplica por el área de la pieza que se difundirá y por el tiempoEl tiempo se obtiene de una formula empíricax = 2*SQR(D*t)

APLICACIONES DE LA DIFUSIÓN: existen varias, pero por ejemplo se encuentran los tratamientos termoquímicos para piezas de acero, tales como: carburización, cianuración, nitruración, boruración, niquelado, cromado, cobrizado, cincado, latonado, bronceado, entre otros