Introduccion ciencia-materiales-53474

Introducción a la Ciencia de losMaterialesAutor: Diana Ofelia Flores Cruz

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Presentación del curso

Miremos donde miremos los materiales forman parte de nuestro mundo.

Este curso se ocupa principalmente de las propiedades, clasificación, procesamientoy usos de las diversas manisfestaciones de la materia en el Universo.

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1. Propiedades de los materiales. (Mecánicas)[http://www.mailxmail.com/...-introduccion-ciencia-materiales/propiedades-materiales-mecanicas]

Este curso esta pensado para personas que tengan conocimientos básicos de Química yFísica, ya que manejo varios conceptos básicos de estas ciencias sin una definición previa demi parte.

Ahora sí, comencemos.

La Ciencia de los Materiales se ocupa principalmente de las propiedades, clasificación,procesamiento y usos de las diversas manisfestaciones de la materia en el Universo. En estecurso, omitiremos lo referente al procesamiento y nos concentraremos en los otros tresaspectos.

El comportamiento de los materiales queda definido por su estructura. a nivelmicroscópico, la estructura eléctronica de un átomo determina la naturaleza de los enlacesatómicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades de un material dado.

En forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas:propiedades físicas y propiedades mecánicas.

Propiedades mecánicas: Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas,incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altastemperaturas. A continuación, se definen las que mencionaremos más adelante:

- Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin deformarse niromperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen.

- Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma ydimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.

- Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración.

- Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción de un choque.

- Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformacionespermanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se produzca rotura.

- Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad que poseenciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.

- Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformaralgunos metales en láminas delgadas.

Las anteriores propiedades mecánicas se valoran con exactitud mediante ensayos mecánicos:- Ensayo de tracción: Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad de unmaterial.- Ensayos de dureza: Permiten conocer el grado de dureza del material.- Ensayos al choque: Su práctica permite conocer la fragilidad y tenacidad de un material.- Ensayos tecnológicos: Ponen de manifiesto las características de plasticidad que posee unmaterial para proceder a su forja, doblado, embutido, etc.

Propiedades físicas: Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describencaracterísticas como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo ycomportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el material.Pueden dividirse en : eléctricas, magnéticas y ópticas.

En capítulos posteriores estudiaremos por separado estos grupos y las definiciones delas distintas propiedades que los confoman.



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2. Propiedades de los materiales. (Eléctricas)[http://www.mailxmail.com/...introduccion-ciencia-materiales/propiedades-materiales-electricas]

Ahora, le daremos un vistazo a lo que implica el primer grupo que mencionamosdentro de las propiedades físicas. Recuerda, este curso es tan sólo una introducción.

Propiedades eléctricas: Describen el comportamiento eléctrico del metal, el cual enmuchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico. Existe tambiénel comportamiento dieléctrico, propio de los materiales que impiden el flujo decorriente eléctrica, que va más allá de simplemente proporcionar aislamiento.

Los electrones son los portadores de carga en los materiales conductores,semiconductores y muchos de los aislantes; en los compuestos iónicos son losiones quienes transportan la mayor parte de la carga. La movilidad de los portadoresdepende de los enlaces atómicos, de las imperfecciones de la red, de lamicroestructura y, en los compuestos iónicos, de las velocidades de difusión.

La aplicación de un campo magnético genera la formación y el movimiento dedipolos contenidos en el material. Estos dipolos son átomos o grupos de átomosque tienen carga desequilibrada. Dentro de un campo eléctrico aplicado los dipolosse alinean causando polarización. Existen cuatro mecanismos de polarización:

- Polarización electrónica. Consiste en la concentración de los electrones en el ladodel núcleo más cercano al extremo positivo del campo. Esto implica una distorsióndel arreglo electrónico, en la que el átomo actúa como un dipolo temporal inducido.Este efecto, que ocurre en todos los materiales es pequeño y temporal.

- Polarización iónica. Los enlaces iónicos tienden a deformarse elásticamentecuando se colocan en un campo eléctrico. En consecuencia la carga se redistribuyeminúsculamente dentro del material. Los cationes y aniones se acercan o se alejandependiendo de la dirección de campo. Estos dipolos temporalmente inducidoscausan polarización y también pueden modificar las dimensiones generales delmaterial.

- Polarización molecular. Algunos materiales contienen dipolos naturales, que, alaplicárseles un campo giran, hasta alinearse con él. En algunos materiales, como eltitanato de bario, los dipolos se mantienen alineados a pesar de haberse eliminadola influencia del campo externo.

Anteriormente, al hablar de polarización iónica, mencionamos la posibilidad de quehubiera modificación de las dimensiones del material. Este efecto se conoce comoelectrostricción, además de darse por cambios en la longitud de los enlaces entreiones, puede ser resultado de la actuación de los átomos como partículas en formaoval en vez de esférica o por distorsión debida a la orientación de los dipolospermanentes del material

Sin embargo, existen materiales que muestran una propiedad adicional: cuando seles impone un cambio dimensional, ocurre polarización, lo que crea un voltaje o uncampo. Los materiales que presentan este comportamiento son piezoeléctricos.

Cuando se encuentran entre capas de material conductor, los materiales dieléctricosque se polarizan son capaces de almacenar cargas, esta propiedad se describemediante:



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- Constante dieléctrica, que es la relación de la permisividad del material con lapermisividad en el vacío.

- Resistencia dieléctrica. Es el campo dieléctrico máximo que puede mantener unmaterial entre conductores.

La presencia de polarización en un material después de que se retira el campoeléctrico se puede explicar en función de una alineación residual de dipolospermanentes. Esto sucede de la siguiente forma: se toma un cristal cuyos dipolos seencuentran orientados de forma aleatoria, de forma que no hay polarización neta; alaplicar un campo, los dipolos comienzan a alinearse con dicho campo; finalmente,el campo alinea todos los dipolos y se obtiene la polarización máxima o desaturación; cuando posteriormente se retira el campo, queda una polarizaciónremanente, debida al acoplamiento de dipolos y el material ha quedadopermanentemente polarizado. Los materiales que retienen una polarización neta,una vez retirado el campo se conocen como ferroeléctricos.

Para que el material dieléctrico almacene energía, se debe impedir que losportadores de carga como iones y electrones se muevan de un conductor a otro através de él, en consecuencia, los materiales dieléctricos tienen siempre una altaresistividad eléctrica.

Materiales utilizados para aislar el campo eléctrico deben poseer alta resistividadeléctrica, alta resistencia dieléctrica y un bajo factor de pérdida. Sin embargo, unaconstante dieléctrica alta no es necesaria e incluso puede llegar a ser indeseable.Una constante dieléctrica pequeña impide la polarización, por lo que no sealmacena carga localmente en el aislante.

Esto es lo esencial respecto a las propiedades eléctrica de los materiales. En nuestrapróxima entrega, estudiaremos las propiedades magnéticas.






3. Propiedades de los Materiales. (Magnéticas)[http://www.mailxmail.com/...introduccion-ciencia-materiales/propiedades-materiales-magneticas]

En el capítulo anterior revisamos algunos aspectos de las propiedades elétricas. Ahora,veremos lo relativo a las propiedades magnéticas.

Propiedades magnéticas: El comportamiento magnético esta determinado por lasinteracciones entre dipolos magnéticos, estos dipolos a su vez están dados por laestructura electrónica del material. Por lo tanto, al modificar la microestructura, lacomposición o el procesamiento se pueden alterar las propiedades magnéticas.

Los conceptos que definen los efectos de un campo magnético en un material son:

Concepto Definición Momento magnético. Intensidad de campo magnético asociado con el electrón.Permeabilidadmagnética.

El material amplifica o debilita el efecto del campo magnético.

Magnetización.Representa el incremento en la inducción magnética debida almaterial del núcleo.

Susceptibilidadmagnética.

Es la relación entre la magnetización y el campo aplicado,proporciona la amplificación dada por el material.

Así, cuando se acerca un campo magnético a un conjunto de átomos es posible observardiversas reacciones:

- Diamagnetismo: El campo magnético influye en los momentos magnéticosde loselectrones dentro del átomo y produce un dipolo para todo los átomos. Estos dipolos seoponen al campo magnético, haciendo que la magnetización sea menor a cero.

- Paramagnetismo: Debido a la existencia de electrones no apareados, a cadaátomo se leasocia un momento magnético neto, causado por el giro de los electrones. Cuando se aplicaun campo magnético, los dipolos se alinean con él, resultando una magnetización positiva.Pero, dado que los dipolos no interactúan, para alinearlos se requieren campos magnéticosextremadamente grandes. Además, en cuanto se elimina el campo, el efecto se pierde.

- Ferromagnetismo: Es causado por los niveles de energía parcialmente ocupados del nivel3d del hierro, el níquel y el cobalto. Consiste en la fácil alineación de los dipolospermanente no apareados con el campo magnético aplicado, debido a la interacción deintercambio o al refuerzo mutuo de los dipolos. Esto significa que aún con camposmagnéticos pequeños se obtienen magnetizaciones importantes, con permeabilidad relativade hasta 106.

- Antiferromagnetismo: Los momentos magnéticos producidos en dipolos vecinos sealinean en el campo magnético oponiéndose unos a otros, aún cuando la intensidad decada dipolo sea muy alta. Esto produce una magnetización nula.

- Ferrimagnetismo: Se da principalmente en materiales cerámicos, donde diferentes ionescrean momentos magnéticos distintos, causando que, en un campo magnético los dipolosde ion A pueden alinearse con el campo, en tanto que los dipolos del ion B puedenoponérsele. Como las intensidades de los dipolos son distintas, el resultado será unamagnetización neta. Así, los materiales con este tipo de comportamiento pueden dar unabuena intensificación del campo aplicado.

Este es un capítulo corto, en compensación por todo lo que tuviste que estudiar en el



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anterior. Espero que haya sido de utilidad para ti. ¡Suerte y hasta la próxima!






4. Propiedades de los Materiales.(Ópticas I)[http://www.mailxmail.com/...-introduccion-ciencia-materiales/propiedades-materiales-opticas-1]

Esta es la primera de dos entregas acerca de las propiedades ópticas.

Propiedades ópticas: Se relacionan con la interrelación entre un material y las radiacioneselectromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones.Estas radiaciones pueden tener características que entren en nuestro espectro de luzvisible, o ser invisibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidadde efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamientoelectrónico.

Fenómenos Ópticos. Al interactuar con la estructura electrónica o cristalina de un material,los fotones de una fuente externa crean varios fenómenos ópticos. Si los fotones incidentesinteractúan con los electrones de valencia pueden ocurrir varias cosas: los fotones cedenenergía al material, en cuyo caso hay absorción; o puede ser que cuando los fotones aportanenergía, de inmediato el material emite electrones de idéntica energía, de forma que seproduce reflexión. También puede que los fotones no interactúen con la estructuraelectrónica del material, en ese caso ocurre la transmisión. En cualquiera de estos trescasos, la velocidad de los fotones cambia; este cambio propicia la refracción.

Un rayo incidente de intensidad I0 parcialmente puede reflejarse, absorberse y transmitirse.Esta intensidad I0 se puede expresar como:

I0 = Ir + Ia + It

donde Ir es la porción reflejada, Ia es la parte absorbida e It es la porción transmitida através del material. Determinar el comportamiento de los fotones respecto al material esnecesario conocer varios factores internos de este, particularmente la energía requeridapara excitar un electrón hacia un estado de energía más elevado.

Ahora examinaremos cada uno de estos cuatro fenómenos:

- Refracción. Cuando un fotón es transmitido provoca la polarización de electrones en elmaterial y, al interactuar con el material polarizado, pierde parte de su energía. La velocidadde la luz se puede relacionar con la facilidad con la cual un material se polariza tantoeléctricamente (permisividad) como magnéticamente (permeabilidad).

Sin embargo, los materiales ópticos no son magnéticos, por tanto la permeabilidad puedeno tomarse en cuenta.

Dado que la velocidad de los fotones disminuye, cuando el haz entra al material cambia dedirección. Suponiendo que un haz de fotones viaja en el vacío e incide sobre un material, a yb son los ángulos que los haces incidentes y refractados tienen con el plano de la superficiedel material, entonces:

n = c = l vacío= sen a

v l sen b

La relaciónn es el índice de refracción, c es la velocidad de la luz en el vacío y v la velocidadde la luz dentro del material. Si los fotones viajan en el material 1 y de ahí pasan al material2, las velocidades de los haces incidentes y refractados dependen de la relación entre susíndices de refracción.

v1 = n 1 = sen a

v2 n2 sen b

Con la última expresión de esta igualdad podemos determinar si el haz será transmitido



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como un haz refractado o si se reflejará. Si el ángulo b es igual a 90°, el haz que viajaba através del material se refleja.

Cuando el material ser polariza fácilmente habrá más interacción de fotones con laestructura electrónica del mismo. Entonces, es de esperarse una relación entre el índice derefracción y la constante dieléctrica del material.

- Reflexión. Cuando un haz de fotones golpea un material, éstos interactúan con loselectrones de valencia y ceden su energía. Cuando las bandas de valencia no estántotalmente ocupadas, cualquier radiación, de casi cualquier longitud de onda, excita a loselectrones hacia niveles superiores de energía. Podría esperarse que, si los fotones sontotalmente absorbidos, no se reflejaría luz y el material aparecería de color negro. Sinembargo, cuando fotones de longitud casi idéntica vuelven a ser emitidos, mientras que loselectrones excitados regresan a sus niveles inferiores de energía, ocurre la reflexión. Dadoque la totalidad del espectro visible se refleja, los materiales con esta propiedad tienen uncolor blanco o plateado (en los metales).La reflectividad R da la fracción del haz incidenteque se refleja y está relacionada con el índice de refracción. Si el material esta en el vacío oen el aire:

R= n- 1 n+ 1

Si el material está en algún otro medio, con un índice de refracción n i entonces:

R= n- n i n+ n i

Los materiales con alto índice de refracción tienen mayor reflectividad que aquellos cuyoíndice es bajo. La reflectividad y el índice de refracción varían con la longitud de onda de losfotones.

- Absorción. La porción de haz incidente que no es reflejada por el material esabsorbida otransmitida a través del mismo. La fracción de luz absorbida está relacionada con el espesordel material y la forma en la cual los fotones interactúan con su estructura. La intensidad delhaz, después de pasar a través del material, está dada por:

I = I0 exp (-m x)

donde x es la trayectoria a través de la cual se mueven los fotones (por lo general, elespesor del material), m es el coeficiente lineal de absorción del material para los fotones, I0es la intensidad del haz, después de reflejarse en la superficie delantera, e I es la intensidaddel haz cuando llega a la superficie trasera.

La absorción ocurre debido a varios mecanismos. En la dispersión de Raleigh, el fotóninteractúa con electrones en órbita y sufre una deflexión sin cambios de energía; esteresultado es más significativo para átomos con alto número atómico y para fotones de bajaenergía. La dispersión Compton es causada por la interacción entre electrones en órbita yfotones; así, el electrón es expulsado del átomo y, por tanto, consume parte de la energíadel fotón. De nuevo, átomos con números atómicos más altos y energías de fotón menorescausan mayor dispersión. El efecto fotoeléctrico se presentará cuando al energía del fotónse consuma al romperse la unión entre el electrón y su núcleo. Conforme la energía delfotón aumenta (reduciendo la longitud de onda), ocurrirá menos absorción, hasta que elfotón tenga una energía igual a la de la unión. A este nivel de energía, el coeficiente deabsorción se incrementa de manera significativa. La energía o longitud de onda a la queesto ocurre se conoce como margen de absorción. Cuando los fotones no interactúan conimperfecciones del materia, se dice que éste es transparente. Éste es el caso del vidrio,cerámicos cristalinos de alta pureza y de polímeros amorfos como acrílicos, policarbonatosy polisulfones.

- Transmisión. La fracción del haz que no ha sido reflejada ni absorbida se transmite através del material. Podemos determinar la fracción del haz que se ha transmitido por






medio de la siguiente ecuación.

I t= I0 (1- R )2 exp (-m x)

De nuevo observamos que la intensidad del haz transmitido dependerá de la longitud deonda de los fotones dentro del haz. Si sobre un material incide un haz de luz blanca y seabsorben, se reflejan y se transmiten fracciones equivalentes de fotones con longitudes deonda diferentes, el haz transmitido también será de luz blanca. Pero, si los fotones delongitud de onda más larga son absorbidos en mayor proporción que los de longitud deonda más corta, la luz transmitida aparecerá del color de la longitud de onda corta cuyaabsorción haya sido menor. La transparencia no es otra cosa que la transmisión íntegra delos haces de luz que inciden sobre el material y la intensidad del haz también depende decaracterísticas microestructurales.

Cuando cualquiera de estos tres fenómenos ópticos se da de forma que solo fotones conun intervalo específico de longitud de onda son absorbidos, reflejados o transmitidos, seproducen propiedades ópticas poco comunes, que se traducen en cambios de color(policromía), colores característicos (como el rojo del láser de rubí dopado), etc.

En el siguiente capítulo continuaremos con el estudio de fenómenos ópticos, esta vezconsiderando los casos en que los fotones son emitidos por un material.






5. Propiedades de los Materiales. (Ópticas II)[http://www.mailxmail.com/...-introduccion-ciencia-materiales/propiedades-materiales-opticas-2]

Ahora, terminaremos nuestro estudio de las propiedades ópticas con el tema de losfenómenos de emisión.

Fenómenos de emisión. Un material puede emitir fotones cuya energía E está dada por lasiguiente ecuación:

E = hv = hc l

c es la velocidad de la luz (3x1010 cm/s) y h es la constante de Planck (6.62x10-14 J × s).Esta ecuación permita considerar al fotón como una partícula de energía E o como unaonda, con longitud de onda frecuencia características. Dependiendo del origen de losfotones, se pueden producir radiaciones en una gran gama de longitudes de onda.

A continuación se presentan algunos ejemplos específicos de este tipo de fenómenos:

- Rayos Gamma - Interacciones nucleares. Los rayos gamma son fotones de energía muyelevada, emitidos durante la descomposición radiactiva de núcleos inestables de ciertosátomos. Así la energía de los rayos gamma depende de la estructura del núcleo que losorigina.

- Rayos X - Interacciones en las capas internas de los electrones. Los rayos X cuya energíaes ligeramente menor que la de los rayos gamma, son producidos al estimular loselectrones de las capas internas del átomo. Este estímulo puede consistir en electrones dealta energía u otro rayo X. Así se emiten rayos X de espectro continuo y espectrocaracterístico. Cuando un electrón de alta energía golpea un material, al desacelerarse cedeenergía, que es emitida en forma de fotones. Cada vez que el electrón golpea un átomo,cede una parte adicional de su energía; cada una de estas interacciones puede ser más omenos severa, por lo que en cada ocasión el electrón cede una fracción distinta de suenergía, produciendo fotones de longitudes de onda diferentes, produciendo un espectrocontinuo. Si el electrón perdiera toda su energía en un solo impacto, la longitud de ondamínima de los fotones emitidos sería el equivalente a la energía original del estímulo; estalongitud de onda mínima se conoce como límite de longitud de onda corta. Este límite sereduce al aumentar la energía del estímulo, lo que incrementa el número y la energía de losfotones emitidos. El estímulo también puede tener energía suficiente para excitar unelectrón de un nivel inferior de energía y pasarlo a un nivel superior. El electrón excitado noes estable y , a fin de restaurar el equilibrio, el nivel inferior no ocupado se llena conelectrones provenientes de un nivel superior. Este es el proceso que emite un espectrocaracterístico de rayos x, que es diferente para cada tipo de átomo.

- Luminiscencia - Interacciones de las capas exteriores de electrones. La luminiscencia es laconversión de radiaciones y otras formas de energía en luz visible. Ocurre cuando unaradiación incidente excita electrones de la banda de valencia, para pasar a través de labrecha de energía y haciéndolos llegar finalmente a la banda de conducción. Estoselectrones excitados se quedan brevemente en niveles superiores de energía, y cuandoregresan a la banda de valencia emiten fotones. Si la longitud de onda de estos fotonesestá dentro de la parte del espectro que es visible al ojo humano, aparecerá la luminiscencia.

- Diodos emisores de luz - Electroluminiscencia. Los diodos emisores de luz (LED) se basanen la aplicación de un voltaje externo, que causa transiciones electrónicas yelectroluminiscencia. Estos dispositivos de unión p - n están diseñados de forma que Eg estedentro de nuestro espectro de luz visible. Un voltaje aplicado al diodo en dirección depolarización directa hace que en la unión se recombinen huecos y electrones, lo que obliga aestos a emitir fotones.



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- Láser - Amplificación de la luminiscencia. El láser (siglas en inglés de light amplificationby stimulated emisión of radiation, o amplificación de la luz mediante emisión estimuladade radiación), es una aplicación especial de la luminiscencia. Al calentarse un material, loselectrones saltan de la banda de valencia hacia la banda de conducción, dejando atrás "huecos" en la banda de valencia. Cuando un electrón vuelve a la banda de valenciarecombinándose con un hueco, se produce un fotón, con energía y longitud de ondaequivalentes a la brecha de energía. Este fotón estimula otro electrón, para que baje de labanda de conducción hacia la banda de valencia, creando un segundo fotón con longitud deonda y frecuencia idénticas y en fase con el primer fotón. Así, los fotones emitidos en elmaterial se amplifican. Seleccionando cuidadosamente el estimulante y el material, podemoshacer que la longitud de onda de los fotones caiga dentro de nuestro espectro de luzvisible. La salida del láser es un haz de fotones paralelos y coherentes, de una mismalongitud de onda. En un haz coherente, la naturaleza ondulatoria de los fotones está enfase, por lo que no ocurren interferencias destructivas. Los rayos láser son útiles entratamiento térmico y fusión de metales, en soldadura, cirugía, cartografía, en latransmisión y procesamiento de información y otras aplicaciones.

- Emisión térmica. Al calentarse un material, los electrones se excitan térmicamente hastallegar a niveles energéticos superiores, particularmente en los niveles superiores de energía,donde los electrones están débilmente unidos al núcleo. De inmediato estos regresan a susniveles normales, liberando fotones. Conforme se incrementa la temperatura, la agitacióntérmica aumenta y también la máxima energía de los fotones emitidos. Se emite un espectrocontinuo de radiación, con una longitud de onda mínima y una distribución de intensidaddependientes de la temperatura. Algunos de los fotones pueden tener longitudes de ondadentro de nuestro espectro visible, por lo que el color del material cambiará con latemperatura. A temperaturas bajas, la longitud de onda de la radiación es demasiado largapara ser vista. Conforme la temperatura asciende, los fotones emitidos son de longitudesmás cortas. A los 700 ° C comienza a verse un tinte rojizo y de esta temperatura enadelante, se producen todas las longitudes de onda visibles, hasta que es espectro emitidoes una luz blanca. Midiendo con un pirómetro la intensidad de una banda estrecha de laslongitudes de onda emitidas, se puede estimar la temperatura del material.

Con esto finalizamos lo referente a las propiedades de los materiales.

En la próxima entrega nos dedicaremos a la clasificación general de los materiales ycomenzaremos a estudiar lo referente al grupo de los metales.






6. Clasificación de los materiales.(Metales I)[http://www.mailxmail.com/...ntroduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-metales-1]A partir de este capítulo empezaremos a estudiar las características de cada uno delos grupos de materiales.

Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cerámicos,polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada unode estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas.

Metales. Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicacionesestructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) concedenalguna propiedad particularmente deseable en mayor proporción o permiten unamejor combinación de propiedades.

Cerámicos. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudocomo aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicasde procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a lafractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de estegrupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractariosy los abrasivos.

Polímeros. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculasorgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debeevitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los quelas cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buenaductibilidad y conformabilidad; en cambio, los polímeros termoestables son másresistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas loshacen más frágiles. Tienen múltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivoselectrónicos.

Semiconductores. Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso endispositivos electrónicos. Son muy frágiles.

Materiales compuestos. Como su nombre lo indica, están formados a partir de doso más materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no seencuentran en ninguno de los materiales de forma individual.

Ahora, comencemos con el grupo de los metales.

De los elementos que figuran en la tabla periódica, alrededor de 80 pueden serclasificados como metales. Todos ellos tienen en común que sus electrones másexternos en un átomo neutro son cedidos fácilmente. Esta característica es la causade su conductividad, tanto eléctrica como térmica, de su brillo y maleabilidad.

El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden a corroerse. Sinembargo, toleran un considerable cantidad de elementos en estado sólido o líquido.Así, la mayor parte de los materiales metálicos comúnmente usados son mezclas dedos o más metales elementales. Es posible realizar estas mezclas de varias maneras,pero casi siempre se obtienen por la unión de metales por arriba de su punto defusión. Esa mezcla sólida de metales o metaloides se denomina aleación.

El Instituto del Hierro y del Acero clasifica los productos metalúrgicos en las



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siguientes clases:F Aleaciones férreasL Aleaciones ligerasC Aleaciones de cobreV Aleaciones varias

Cada clase contiene series de materiales caracterizados por una aplicación común; asu vez, cada serie se divide en grupos de materiales con características afines yespecíficas. Y el grupo esta compuesto por individuos que indican un tipo definidodel material considerado. Así, la identificación de un producto determinado dependede la indicación:

Clase- Serie- Grupo- Individuo

Ejemplo: F-517 donde:F = Aleación férrea5 = Acero para herramientas1 = Grupo de aceros de carbono7 = Composición

Aleaciones Férreas.

Son las sustancias férreas que han sufrido un proceso metalúrgico. Tambiénllamados productos siderúrgicos, pueden clasificarse en: Hierro. Aceros.Fundiciones. Ferroaleaciones. Aleaciones férreas especiales. Conglomerados férreos.

De todos estos productos siderúrgicos, son los aceros y fundiciones los empleadospor excelencia en la fabricación mecánica y ya en menor proporción, losconglomerados no férreos. De estos últimos hablaremos de forma más amplia encapítulos posteriores.

Hierro.

Nombre de un elemento químico, blanco-gris, peso especifíco 7.85, punto de fusión1530 ° C, peso atómico 55.84, No. Atómico 26, insoluble, punto de ebullición2450° C, magnético hasta los 770° C, resistencia a la tracción 25 Kg /mm2.

También aplica a los hierros industriales que son productos siderúrgicos de los que,solamente con carácter de impurezas pueden formar parte otros elementos.

El hierro puro carece de una gran variedad de usos industriales debido a sus bajascaracterísticas mecánicas y la dificultad de su obtención. Encuentra aplicaciones enla industria eléctrica dadas sus cualidades de permeabilidad magnética.

En los capítulos siguientes trataremos los restantes subgrupos y sus características.






7. Clasificación de los materiales. (Metales II: Aceros)[http://www.mailxmail.com/...uccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-metales-aceros]

Continuando con los metales, este capítulo esta enteramente dedicado al siguientesubgrupo de la lista de aleaciones férreas, los aceros, debido a que actualmentetienen un lugar preponderante entre los materiales metálicos.

Acero.

Es una aleación de hierro y carbono, que puede contener otros elementos, en la queel contenido de carbono oscila entre 0.1 a 1.7 %, no rebasa el límite de su saturaciónal solidificar quedando todo él en solución sólida.

El carbono es el elemento principal que modifica las características mecánicas delacero, cuanto mayor es el porcentaje de carbono mayores serán la resistencia y ladureza del acero, pero también será más frágil y menos dúctil.

Clasificación de los aceros.

El Instituto del Hierro y del Acero clasifica los aceros en las siguientes series:

F-100 Aceros finos de construcción general.

F-200 Aceros para usos especiales.

F-300 Aceros resistentes a la corrosión y oxidación.

F-400 Aceros para emergencia.

F-500 Aceros para herramientas.

F-600 Aceros comunes.

Cada una de estas series de subdivide en grupos, obteniendo:

Grupo F-110 Aceros al carbono.

Grupo F-120 Aceros aleados de gran resistencia.

Grupo F-130 " "

Grupo F-140 Aceros aleados de gran elasticidad.

Grupo F-150 Aceros para cementar.

Grupo F-160 " "

Grupo F-170 Aceros para nitrurar.

Grupo F-210 Aceros de fácil mecanizado.

Grupo F-220 Aceros de fácil soldadura.

Grupo F-230 Aceros con propiedades magnéticas.

Grupo F-240 Aceros de alta y baja dilatación

Grupo F-250 Aceros de resistencia a la fluencia.



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Grupo F-410 Aceros de alta resistencia.

Grupo F-420 " "

Grupo F-430 Aceros para cementar.

Grupo F-510 Aceros al carbono para herramientas.

Grupo F-520 Aceros aleados.

Grupo F-530 " "

Grupo F-540 " "

Grupo F-550 Aceros rápidos.

Grupo F-610 Aceros Bessemer.

Grupo F-620 Aceros Siemens.

Grupo F-630 Aceros para usos particulares.

Grupo F-640 " "

Formas comerciales del acero.

El acero que se emplea para la construcción mecánica y metálica tiene tres formasusuales: barras, perfiles y palastros.

Barras. Se obtienen en laminación y trefilado en hileras pudiendo obtener seccionesde las siguientes formas:

Pletinas. Cuando el espesor es igual o menor de la décima parte del ancho de lasección. Cuando el espesor es más delgado, se llaman flejes.

Media caña o pasamanos.

Triángulo

Cuadrado

Hexágono y 120 mm. El acero dulce con d £ 5 y grandes

Redondo

Perfiles. Se obtienen por laminación, siendo su longitud de 4 a 12 m. los máscorrientes son:

Doble T Utilizadas como vigas las hay hasta de 600 mm de altura.

U Forma vigas compuestas. Hasta 300mm de altura

Zeta De dimensiones comprendidas entre 30 a 200 mm

Tubo Que puede ser de sección cuadrada, circular, etc.

Aceros: composición química.

En el acero, además de hierro y carbono como elementos fundamentales,intervienen elementos accidentales, entre ellos el azufre y el fósforo, que dada suafinidad con el acero, son difíciles de eliminar, no obstante se reducen a






afinidad con el acero, son difíciles de eliminar, no obstante se reducen aproporciones inofensivas (< 0.05 %); otros elementos facilitan la obtención, como elsilicio y el manganeso que adicionados en pequeñas proporciones (0.2 a 0.9 %)evitan la oxidación del metal fundido, el resto (97.5 a 99.5%) es hierro. Los aceroscon esta composición se llaman aceros al carbono.

Atendiendo al porcentaje de contenido en carbono, estos aceros suelendenominarse como se indica en el siguiente cuadro:

Porcentaje de Carbono Denominación Resistencia0.1 a 0.2 Aceros extrasuaves 38 - 48 Kg / mm20.2 a 0.3 Aceros suaves 48 - 55 Kg / mm20.3 a 0.4 Aceros semisuaves 55 - 62 Kg / mm20.4 a 0.5 Aceros semiduros 62 - 70 Kg / mm20.5 a 0.6 Aceros duros 70 - 75 Kg / mm20.6 a 0.7 Aceros extraduros 75 - 80 Kg / mm2

Aceros aleados y especiales.

Además de los elementos de los aceros al carbono, tienen adicionados elementoscomo: cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, vanadio, etc., la adición de taleselementos modifica o mejora las propiedades del acero. Los efectos queproporciona cada uno de los elementos son los siguientes:

Azufre.

Se encuentra en los aceros como impureza, se toleran porcentajes hasta un 0.05 %,en caliente produce una gran fragilidad del acero, sus efectos perjudiciales puedenneutralizarse en parte con la adición del manganeso, que se combina con élformando sulfuro de manganeso. A veces se adiciona en proporciones de 0.1 a 0.3% con un contenido mínimo de manganeso de 0.6 %, dando lugar a aceros llamadosde fácil mecanización, que tienen menor resistencia, pero pueden ser trabajados convelocidades de corte doble que un acero corriente.

Cobalto.

Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de laherramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta laspropiedades magnéticas de los aceros.

Cromo.

Forma carburos muy duros y comunica al mayor dureza, resistencia y tenacidad acualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceroscaracterísticas de inoxidables y refractarios.

Manganeso.

Se utiliza fundamentalmente como desoxidante y desulfurante de los aceros.

Molibdeno.

Junto con el carbono es el elemento más eficaz para endurecer el acero. Evita lafragilidad.






Níquel.

Aumenta la resistencia de los aceros, aumenta la templabilidad proporciona unagran resistencia a la corrosión.

Plomo.

El plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimosglóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización porarranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buenlubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0.15 y 0.30 % debiendo limitarse elcontenido de carbono a valores inferiores al 0.5 % debido a que dificulta el templadoy disminuye la tenacidad en caliente.

Silicio.

Se emplea como desoxidante en la obtención de los aceros, además les proporcionaelasticidad. Si la proporción es elevada (1 a 5%) los aceros tienen buenascaracterísticas magnéticas.

Tungsteno.

Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bienaltas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos conlos que es posible triplicar la velocidad de corte de loa aceros al carbono paraherramientas.

Vanadio.

Posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro,que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y podercortante en los aceros para herramientas.

Toda esta información es sólo la punta del iceberg respecto a los aceros, sinembargo es más que suficiente material de estudio para un capítulo. En lapróxima entrega, tendremos lo correspondiente a fundiciones, ferroaleaciones,aleaciones férreas especiales y conglomerados férreos.






8. Clasificación de los materiales. (Metales III)[http://www.mailxmail.com/...ntroduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-metales-2]

Ahora, vamos completar nuestro estudio de los materiales metálicos férricos con losúltimos cuatro grupos.

Fundición.

Es una aleación de hierro y de carbono, pudiendo contener otros elementos ,estando el carbono en una proporción superior al 1. 76 % (generalmente de 2 a 5 %),valor que constituye el límite de saturación en la solidificación , formándose en talmomento los constituyentes de carburo de hierro y grafito libre además del hierro.

Clasificación de las fundiciones.

Las características de una fundición no sólo dependen de su composición química,sino también del proceso de elaboración, ambas cosas determinan la forma depresentarse el carbono (combinado, en forma de grafito laminar, esferoidal, etc.)

Se distinguen dos grandes grupos de fundiciones: ordinarias, constituidas porhierro, carbono y pequeñas impurezas y las especiales que además de lo anterior,contienen uno o varios elementos que modifican sus características.

Las fundiciones ordinarias se pueden clasificar por el aspecto de su fracturadistinguiéndose las cuatro siguientes:

· Fundiciones negras

· Fundiciones grises

· Fundiciones blancas

· Fundiciones atruchadas

Fundiciones negras son aquellas que presentan facetas negras brillantes, muydesarrolladas, formadas por cristales de grafito, su grano grueso.

Las fundiciones grises tienen un aspecto color gris brillante con grano fino. Estasfundiciones contienen el carbono en estado grafítico repartido en finas laminas porentre la masa de hierro. La fundición gris se emplea para ,la mayoría de las piezasmecánicas que han de servir de soporte o de alojamiento de los mecanismos.

En las fundiciones blancas, el carbono esta completamente combinado con el hierro,formando carburo de hierro (cementita) que es un constituyente muy duro, perofrágil.

Fundiciones atruchadas, son intermedias entre la blanca y la gris, poseenpropiedades intermedias entre ambas fundiciones y su fractura presenta amboscolores característicos.

Las fundiciones no permiten operaciones de forja.

La clasificación establecida por el Instituto del Hierro y el Acero de las fundicionesutilizadas en al construcción mecánica es la siguiente:Serie F-800 Fundiciones.



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Grupo F-810 Fundiciones grises.Grupo F-830 Fundiciones maleables.Grupo F-840 Fundiciones maleables perlíticas.Grupo F-860 Fundiciones nodulares.Grupo F-870 Fundiciones especiales.

Fundición maleable

Es la obtenida a partir de una fundición blanca mediante el adecuado tratamientotérmico, adquiriendo una aceptable maleabilidad.

Fundiciones nodulares

En estas fundiciones el grafito solidifica en forma de pequeñas esferas, gracias a laadición de elementos tales como el cerio y el magnesio, con lo cual aumentaconsiderablemente su resistencia a la tracción.

Fundiciones especiales.

Son fundiciones especiales aleadas con otros elementos tales como Mn, Cr, Mo, Ni,Cu, etc. Logrando propiedades determinadas: alta resistencia a la tracción, aldesgaste, a las altas temperaturas, a la corrosión, etc.

Ferroaleaciones

Son productos siderúrgicos que, sin tener necesariamente un marcado caráctermetálico, contiene además del hierro uno o varios elementos (metales o metaloides)que los caracterizan.

Las ferroaleaciones encuentran su empleo en la metalurgia para la fabricación deaceros que han de responder a ciertas condiciones, así:

Ferromanganesos que se utilizan en la obtención de aceros al manganeso

Ferrocromos que se emplean en la obtención de aceros al cromo

Ferrosilicios utilizados en la obtención de aceros al silicio.

Ferrotungstenos sirven para la obtención de aceros rápidos para herramientas yaceros para imanes.

Ferrovanadios y ferromolibdenos que se emplean para la fabricación de aceros alvanadio y al molibdeno, respectivamente, etc.

Aleaciones Férreas especiales.

Son las que no pertenecen a ninguno de los grupos anteriores, pero contienenhierro como metal base.

Conglomerados férreos

Son los productos obtenidos para la unión entre sí, de partículas de sustanciasférreas con tal coherencia que resulte una masa compacta.

A partir de la siguiente entrega comenzaremos a estudiar lo referente a materialesmetálicos no férricos.






9. Clasificación de los Materiales. (Metales noférricos)[http://www.mailxmail.com/...n-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-metales-no-ferricos]

Bueno, ya que hemos terminado de ver las generalidades de los materialesmétalicos férricos, aún nos queda saber lo concerniente a aquellos materiales queno tienen relación con el hierro.

Aluminio

Es un metal de color blanco plateado, siendo su principal característica su ligerezaque lo hace muy útil en variadas aplicaciones. Es dúctil y maleable, buen conductorde la electricidad y del calor. Tiene un peso específico de 2.7 Kg / dm3 y funde alos 667 °C. Su resistencia a la tracción es de unos 10 Kg / mm2 si es fundido orecocido, valor que se duplica si esta laminado en frío (agrio); esta resistenciadecrece rápidamente si aumenta la temperatura, así: a 300 ° C su resistenciadisminuye a un tercio y a 500 ° C a un décimo de su valor en frío.

Se distinguen dos clases de aluminio: puro (99.88 % de Al) y técnico (99 % 98 %... deAl). El primero se emplea excepcionalmente, mientras que el aluminio técnicoencuentra mayor campo de aplicaciones.

Aleaciones de aluminio.

Las propiedades mecánicas del aluminio mejoran considerablemente si se alea conotros metales, tales como el cobre, magnesio, silicio, zinc, plomo, etc. En la normaUNE 38.001 se establece la siguiente clasificación:

Serie L-200. Aleaciones ligeras de Al para moldeo.

Serie L-300. Aleaciones ligeras de Al para forja.

Serie L-400. Aleaciones ligeras de Al de alta fusión.

Cobre

Este metal puede encontrarse en estado nativo en la naturaleza, principalmenteformando compuestos minerales: pirita de cobre, cobre oxidado, etc. Su obtención apartir de estos minerales es posible a través de tres procedimientos:

· Reduciendo el óxido de cobre en hornos apropiados, teniendo como producto elcobre metalúrgico.

· Por medio del tratamiento con disolventes adecuados, lo que da un cobre muyimpuro al que hay que refinar.

· Por vía electrolítica, con lo que se obtiene un cobre muy puro.

Según su pureza, las características del cobre varían, manteniéndose dentro de lossiguientes límites:- Densidad 8.8-8.9- Punto de fusión 1,0564 ° C - 1,083° C- Resistencia a la tracción 20 45 Kg. / mm2

Sólo se oxida superficialmente y su color rojizo se vuelve verdoso.



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Sólo se oxida superficialmente y su color rojizo se vuelve verdoso.

El cobre es muy maleable pudiendo laminarse en hojas hasta de 0.02 mm deespesor, también permite estirarlo en hilos finísimos. Sus principales aplicacionesson: fabricación de hilos, cables, láminas, en instalaciones eléctricas, en laconstrucción de recipientes y útiles diversos, además de en la fabricación demúltiples aleaciones.

Denominación

La serie que denomina a los cobres es la C-100, siendo los respectivos grupos lossiguientes:Grupo C-100 Cobres afinados.Grupo C-130 Cobres exentos de oxígeno.Grupo C-140 Cobres desoxidados.

Algunas de las aleaciones de cobre más conocidas son el bronce, que es la aleaciónde cobre con estaño y el latón que es una aleación de cobre y zinc.

Zinc

Metal de color blanco azulado, de aspecto brillante en el corte reciente que prontose empaña al contacto con el aire, formándose una capa de superficial dehidrocarbonato cíncico de aspecto mate, pero que servirá de protección al resto dela masa contra una alteración más profunda.

Su peso específico es del orden de 7.1 Kg. / dm3, su temperatura de fusión 419 °C. A bajas temperaturas e incluso a temperatura ambiente el zinc común esbastante frágil., pero entre los 100 a 180 ° C es muy maleable, haciendo posibleconformar piezas a prensa incluso de perfiles complicados, por encima de los 205 °C vuelve a ser frágil. La resistencia de la tracción de los productos laminados oscilaentre 14 a 25 Kg. / mm 2 según se encuentren recocidos o agrios. Es poco tenaz. Elaspecto de su fractura es cristalino grueso.

El zinc es atacado y disuelto en poco tiempo por los ácidos fuertes y también porlos álcalis hirvientes.

Aplicaciones

Este metal tiene hoy numerosas aplicaciones industriales, solo o aleado, porejemplo, con el cobre para formar latón o con pequeñas proporciones de aluminio(14 %), cobre (1 %) y aún menor cantidad de manganeso para obtener la aleaciónpara fundir denominada ZAMAK. Además, es usado para recubrir y proteger contrael óxido la chapa de hierro (metalizado y galvanizado)

Algunas de las formas comerciales del zinc sin alear son: chapa, tubo y alambre,que encuentran aplicaciones en bajadas de agua, canalones, depósitos diversos,electrodomésticos, etc.

Estaño

Metal mucho menos denso que el plomo, pero más que el zinc, es dúctil y brillante,de color blanco plata. Su estructura es cristalina, cuando se dobla en varillas se oyeun crujido especial, llamado grito de estaño.

Tiene un peso específico de 7.29 Kg. / dm3, siendo su temperatura de fusión 223°C. A temperaturas inferiores a los 18 °, el estaño se vuelve pulvurulento, y






constituye la variedad alotrópica denominada estaño gris de peso específico 5.8 Kg/ dm3, comienza la transformación por uno o varios puntos y se propaga poco apoco a toda la pieza, lo cual se conoce como lepra, peste o enfermedad del estaño.

El estaño es muy maleable, pudiendo ser laminado en hojas de papel de estaño dealgunas milésimas de milímetro de espesor. No se altera en frío al aire seco ohúmedo, es atacado por los ácidos y por las bases, por lo que hay que evitar eltraslado de estos productos en recipientes estañados de hojalata.

Aplicaciones

El estaño se puede emplear puro en forma de papel para la envoltura y conservaciónde productos alimenticios, también se emplea en la industria eléctrica para hacerláminas de condensadores. Asimismo se utiliza para proteger contra el óxido lachapa de hierro (hojalata) con que se construyen recipientes y latería para envase deproductos.

Otro aspecto de las aplicaciones del estaño es su aleación con otros metales,principalmente con cobre (en bronces), con plomo para obtener aleaciones desoldadura blanda y con antimonio y cobre o antimonio y plomo para formarmateriales antifricción utilizados en cojinetes.

Plomo

Metal gris azulado, pesado, dúctil, maleable, blando, muy fusible, en contacto conel aire se toma y empaña con facilidad, los compuestos son muy venenosos.

Tiene un peso específico de 11.35 Kg. / dm3 funde a 327.4 ° C y su resistencia atracción oscila entre 1.5 a 2 Kg. / mm2. Recién cortado presenta un brillo metálico ysu estructura es fibrosa. A pesar de que resiste bien el HCl y el H2SO4, el HNO3, loshalógenos y el vapor de azufre lo atacan.

Aplicaciones

El estaño puro se utiliza en planchas, empleadas en cubiertas; en recipientesresistentes a ciertos reactivos ácidos; como elemento impermeable a la radiación; enplacas de baterías y acumuladores; como tubos para conducción de agua; en formade alambres, fusibles, perdigones, postas, etc.

Como elemento de aleación participa en la fabricación de aceros al plomo,soldaduras blandas, metales antifricción además de bronces y latones especiales.También encuentra aplicaciones en forma de óxidos, para la obtención de pinturasde protección anticorrosiva.

Magnesio

Metal de color y brillo semejantes a los de la plata, es maleable, poco tenaz y ligerocomo el aluminio.

Tiene un peso específico de 1.74 Kg / dm3 y su punto de fusión es de 650 ° C. Enestado líquido o en polvo es muy inflamable. Es inalterable en aire seco, pero espoco resistente a la corrosión en atmósferas húmedas.

Aplicaciones

Suele utilizarse en la industria mecánica en forma de aleaciones existiendoaleaciones de magnesio para forja, compuestas por magnesio y un 1 o 2 % demanganeso (Magmanz) o compuesta por 8 o 9 % de aluminio de un 1 % de zinc y un






manganeso (Magmanz) o compuesta por 8 o 9 % de aluminio de un 1 % de zinc y un0.2 % de manganeso y el resto de magnesio (magal), esta última tiene mayorresistencia a la tracción que la primera, pero tiene el inconveniente de no sersoldable.

Las aleaciones de magnesio debido a su ligereza ( nunca sobrepasan 1.8 Kg./dm3)son muy utilizadas en la industria aeronáutica.

En nuestro próximo capítulo trataremos brevemente lo concerniente a losdiagramas de fase.






10. Diagramas de fase y comportamiento óptico de losmetales.[http://www.mailxmail.com/...n-ciencia-materiales/diagramas-fase-comportamiento-optico-metales]

En este breve capítulo trataremos los puntos básicos acerca de los diagramas de fases.

Diagramas de fase e interpretación.

Un sistema de aleaciones es la unión de dos o más metales en todas sus combinacionesposibles, es decir, considerando todas las concentraciones posibles del metal A con el metalB.

Un diagrama de fase es un esquema que muestra las fases y sus composiciones en cadatemperatura y composición de la aleación. Cuando en la aleación sólo están presentes doselementos se puede elaborar un diagrama de fases binario.

Cada fase tiene una composición expresada en porcentajes de cada uno de los elementos,expresado en peso.

La curva superior en el diagrama es la temperatura de liquidus para las distintas aleaciones.Esto significa que la aleación debe calentarse por encima de la temperatura acotada porliquidus para hacerla completamente líquida y que empezará a solidificarse cuando se laenfríe hasta la temperatura marcada por liquidus.

La temperatura de solidus es generalmente la curva inferior. Una aleación no estarátotalmente sólida sino hasta que se enfríe por debajo de la temperatur de solidus.

La diferencia de temperatura entre liquidus y solidus se denomina rango de solidificación .Dentro de este rango coexistirán dos fases: una líquida y otra sólida.

El diagrama de fases es muy útil cuando se desea saber que fases están presentes a ciertatemperatura, en el momento de diseñar un proceso de fabricación para un productometálico.

Varias combinaciones de dos elementos producen diagramas de fase complejos quecontienen reacciones que implican tres fases independientes. Existen cinco reacciones detres fases de mayor importancia en los diagramas binarios y son: eutéctica, peritéctica,monotéctica, eutectoide y peritectoide.

Las reacciones eutéctica, peritéctica y monotéctica forman parte del proceso desolidificación. Las aleaciones que se utilizan para fundición o soldadura aprovechan el bajopunto de fusión de la reacción eutéctica. El diagrama de fases de la aleaciones monotécticastiene un domo llamado zona de miscibilidad, en donde coexisten dos fases líquidas.. Lasreacciones peritécticas conducen a la solidificación fuera de equilibrio y a la segregación.

Las reacciones eutectoide y peritectoide son exclusivas del estado sólido. La reaccióneutectoide forma la base del tratamiento térmico de varios sistemas de aleaciones,incluyendo el acero. La reacción peritectoide es extremadamente lenta y produce indeseablesestructuras fuera de equilibrio.

Aleaciones eútecticas

Un sistema eutéctico es aquel en el cual cierta combinación de los componentes presentacompleta solubilidad en estado líquido, pero solubilidad sólida limitada, lo que significa quecuando una aleación eutéctica solidifica, los átomos de los metales componentes sesegregan para formar regiones de los metales originales casi puros.

Las aleaciones eutécticas son frágiles por que la presencia de las fases insolubles inhibe eldeslizamiento. La resistencia y a veces la dureza de estas aleaciones llegan a sobrepasar las



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de los metales componentes, debido a la estructura compuesta de la aleación.

Aparte, se denomina aleaciones hipoeutécticas a aquellas que cuya composición es menorque la correspondiente a las eutécticas , así como aquellas cuyo contenido es mayor sonllamadas hipereutécticas.

Comportamiento Óptico de los metales.

El fenómeno de emisión conocido como luminiscencia no ocurre en los metales. Loselectrones simplemente son excitados para pasar a niveles superiores de energía de labanda de valencia no totalmente ocupada y, cuando el electrón excitado regresa al nivelinferior de energía, el fotón producido tiene una energía muy pequeña y una longitud deonda superior a la de nuestro espectro de luz visible.

En cuanto a reflectividad, en los metales es típicamente del orden de 0.9 a 0.95. Esta altareflectividad es una de las razones por las cuales son opacos, es decir, que no transiten laluz.

En los metales, el coeficiente de absorción tiende a ser grande, particularmente en elespectro de luz visible. Dado que en los metales no hay brecha de energía, cualquier fotóntienen la potencia suficiente como para excitar un electrón para ocupar un nivel superior deenergía, absorbiendo la del fotón excitado.

Este capítulo es muy corto comparado con los anteriores. Por favor, repasa lo que hemosacerca de los metales, antes de estudiar la próxima entrega, que trata acerca de losmateriales cerámicos.






11. Clasificación de los materiales. (Cerámicos)[http://www.mailxmail.com/...ntroduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-ceramicos]

Ahora que hemos dado un vistazo superficial a lo referente a los metales, haremoslo propio con los materiales cerámicos.

Son compuestos químicos o soluciones complejas, que comprenden fases quecontienen elementos metálicos y no metálicos. Sus enlaces iónicos o covalentes lesconfieren una alta estabilidad y son resistentes a las alteraciones químicas. Atemperaturas elevadas pueden conducir iónicamente, pero muy poco encomparación con los metales. Son generalmente aislantes. Tienen una ampliagama de propiedades mecánicas, sin embargo, su comportamiento mecánico realsuele ser menos predecible que el de los metales, por eso su uso en aplicacionescríticas es muy limitado. Los materiales cerámicos no son tan simples como losmetales, sin embargo pueden clasificarse y estudiarse en función de sus estructurascristalinas.

Se llama cristales a los acomodamientos atómicos repetitivos en las tresdimensiones. Esta repetición de patrones tridimensionales se debe a la coordinaciónatómica dentro del material, algunas veces este patrón controla la forma externa delcristal. El acomodamiento atómico interno persiste, aunque la superficie externa sealtere. Los acomodamientos cristalinos pueden tomar uno de siete principalespatrones de acomodamiento cristalino. Estos están estrechamente relacionados conla forma en la que se puede dividir el espacio en iguales volúmenes por superficiesplanas de intersección.

Sistema Ejes Ángulos AxialesCúbico a1=a2=a3 Todos los ángulos = 90°Tetragonal a1=a2¹c Todos los ángulos = 90°Ortorrómbico a¹b¹c Todos los ángulos = 90°Monociclíco a¹b¹c 2 ángulos = 90°, 1 ángulo ¹ 90°Triciclíco a¹b¹c Todos los ángulos diferentes, ninguno = 90°Hexagonal a1=a2=a3¹c Ángulos = 90° y 120°Romboedral a1=a2=a3 Todos los ángulos iguales, pero ninguno de 90°

Cristales Cúbicos. Los átomos pueden acomodarse en un patrón cúbico con tresdiferentes tipos de repetición: cúbico simple (cs), cúbico de cuerpos centrados (ccc),y cúbico de caras centradas (ccac).

- Cúbico simple. Es hipotética para metales puros, pero representa un buen puntode partida. Además de las tres dimensiones axiales a iguales y los ejes en ángulosrectos, hay posiciones equivalentes en cada celdilla. Cada celdilla tiene contornosidénticos al centro a los de todas las celdillas unitarias en el cristal. Del mismomodo, cualquier posición específica es idéntica en todas las celdillas unitarias.

- Cúbico de cuerpos centrados. Cada celdilla unitaria tiene un átomo en cada vérticedel cubo y otro átomo en el centro del cuerpo del cubo.

- Cúbica de caras centradas. Este tipo de estructura se caracteriza por que en laesquina de cada celdilla unitaria y en centro de cada cara hay un átomo, pero no hay



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ninguno en el centro del cubo.

- Cristales Hexagonales. Existen dos representaciones de las celdillas unitariashexagonales simples. Este tipo de celdillas no tienen posiciones internas que seanequivalentes a las posiciones esquina. Además, existen estructuras hexagonales.Compactas que se caracterizan por tener cada átomo en una capa situadaexactamente arriba o debajo de los intersticios entre tres átomos de las capasadyacentes. Así, cada átomo toca tres átomos de capa bajo un plano, seis átomos ensu propio plano y tres en la capa superior.

Otros patrones cristalinos: No nos extenderemos más en cuanto a otros sistemas decristales y retículas espaciales de otras estructuras cristalinas, por que los principiosson comparables a los citados previamente.

Comportamiento Óptico de los cerámicos.

En ciertos materiales cerámicos, la brecha de energía entre las bandas de valencia yconducción es tal, que un electrón que pase a través de ella, producirá fotonesdentro del espectro visible del ojo humano. Esta luminiscencia se observa como dosefectos distintos: fluorescencia y la fosforescencia. En la fluorescencia, todos loselectrones excitados vuelven a la banda de valencia y los fotones correspondientesson emitidos una fracción de segundo después de haberse eliminado el estímulo.Predomina una longitud de onda, que corresponde a la brecha de energía Eg. Losmateriales fosforescentes tienen impurezas que introducen un nivel donante dentrode la brecha de energía. Los electrones estimulados bajan primero al nivel dedonante y quedan atrapados, por lo que deberán escapar para regresar a la capa devalencia. Esto se traduce en un retardo antes de que los fotones sean emitidos, porque después de haber eliminado en estímulo, los electrones capturados por elnivel donante escapan de forma gradual. La intensidad de esta luminiscencia estádada por:

ln I / I0 = t / t

donde t es el tiempo de relajación, que es una constante conocida del material.Después de tiempo t posterior a la eliminación de la fuente, la intensidad de laluminiscencia disminuirá de I0 a I . Los materiales fosforescentes son muyimportantes en la operación de las pantallas de televisión.

Debido a la naturaleza tan diversa de este tipo de materiales, es prácticamenteimposible generalizar su comportamiento. Por ejemplo, en cuanto a reflectividad, losvidrios típicos están próximos a 0.05, lo que, entre otras razones, explica sutransparencia; mientras que las porcelanas comunes, sin ser tan reflejantes comolos metales están por arriba de este dato, y son consideradas opacas.

Los cerámicos aislantes tienen una brecha de energía muy grande entre las bandasde energía y de conducción. Si la potencia de los fotones incidentes es menor a labrecha de energía, ningún electrón ganará la suficiente como para escapar de labanda de valencia y , por tanto, no ocurrirá absorción.

La transparencia en los vidrios puede verse afectada por dos factores: una pequeñacantidad de porosidad (menos del 1% del volumen), puede crear una dispersión talde fotones que el vidrio se vuelve opaco; y los precipitados cristalinos,particularmente aquellos con un índice de refracción muy distinto al material de almatriz, que de igual forma causan dispersión. Así, precipitados o poros máspequeños generan una mayor reducción en la transmisión de los fotones.






Así concluimos este capítulo referente a los cerámicos. En la próxima entregacomenzaremos con el estudio de los materiales polímericos. ¡Hasta entonces!






12. Clasificación de los materiales. (Polímeros I)[http://www.mailxmail.com/...roduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-polimeros-1]

Continuando con el tema de las clasificaciones, les presento la primera parte dela información correpondiente a los materiales poliméricos.

Plásticos

Una materia es plástica, cuando se deforma bajo la acción de una fuerza y conservala forma adquirida cuando cesa el esfuerzo. Industrialmente, cuando se habla deplásticos, se trata principalmente de materias plásticas sintéticas.

Son materiales cuyo principal componente es un producto orgánico de pesomolecular elevado (derivados del petróleo, carbón, gas natural, etc.), que en algunaetapa de su fabricación han adquirido la suficiente plasticidad para darles forma yobtener productos industriales tales como tubos, planchas, barras, etc., o piezasterminadas.

Productos Industriales > Extrusión

Piezas > Extrusión, Moldeo por compresión, Moldeo por inyección, Termoformado,Caldrado, Hilado, Colado, Moldeo por transferencia, Espumas, Mecanizado.

Extrusión : El material caliente y fluido se hace pasar a través de orificios (troquelextruidor) que le dan la forma deseada.

Moldeo por compresión: La materia prima plástica, en forma de polvo seco, seintroduce en el molde, se la somete a presión y temperatura elevada, hasta que elmaterial plástico que rellena el molde se solidifica. Este proceso es principalmenteutilizado en plásticos termoestables.

Moldeo por inyección: La materia prima se calienta en un cilindro de presión queinyecta la resina fundida, a través de una boquilla, en al cavidad de un moldeprovisto de un sistema de refrigeración que solidifica rápidamente en plásticoinyectado; un sistema automático expulsa la pieza fuera del molde. Esteprocedimiento es de utilidad en el moldeo de materias termoplásticas.

Termoformado: Las hojas de polímero termoplástico que son calentadas hasta llegara la región plástica se pueden conformar sobre un dado para producir diversosproductos, tales como cartones para huevo y paneles decorativos. El conformado sepuede efectuar utilizando dados, vacío y aire a presión.

Calandrado: Consiste en verter plástico fundido en un juego de rodillos con unapequeña separación. Los rodillos, que pudieran estar grabados con algún dibujo,presionan al material y forman una hoja delgada del polímero, a menudo cloruro depolivinilo. Productos típicos de este método incluyen losetas de vinilo para piso ycortinas para regadera.

Hilado: Se pueden producir filamentos, fibras e hilos mediante el hilado. El polímerotermoplástico fundido se empuja a través de un dado, que contiene muchasperforaciones pequeñas. El dado, conocido como hilador puede girar y producir unhilado. En algunos materiales, como el nylon, la fibra puede ser posteriormenteestirada para alinear las cadenas a fin de que queden paralelas al eje de la fibra; esteproceso incrementa su resistencia.



http://www.mailxmail.com/curso-introduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-polimeros-1




Colado: La mayoría de los polímeros se pueden colar en moldes, dejando que sesolidifiquen. Los moldes pueden ser placas de vidrio, para producir hojas de plásticogruesas, o bandas de acero inoxidables para colado continuo de hojas másdelgadas. Un proceso especial de colado es el moldeo centrífugo, en el cual elpolímero fundido se vacía en un molde que gira sobre dos ejes. La acción centrífugaempuja al polímero contra las paredes del molde, produciendo una forma delgada.

Moldeo por transferencia: Requiere de una cámara doble . El polímero en una de lascámaras es calentado a presión. Una vez fundido se inyecta e n la cavidad del dadoadyacente. Este proceso permite que algunas de las ventajas del moldeo porinyección se usen con polímeros termoestables.

Espumas: El producto final es un polímero que contiene espacios huecos. Paralograr esto el polímero se produce en pequeñas bolitas que contienen un agenteespumante, que al ser calentado se descompondrá, generando algún gas. Duranteeste proceso de preexpansión, las bolitas aumentan de tamaño 50 veces y se hacenhuecas. }A continuación, las bolitas preexpandidas se inyectan dentro de un dado,para fundirlas y unirlas a fin de formar productos excepcionalmente ligeros.

Mecanizado: Muchos plásticos son de fácil mecanización una vez transformados enproductos industriales, de ahí que se pueda tornear, limar, taladrar, etc.,pudiendoobtener la pieza totalmente mecanizada. Este procedimiento sólo se utiliza si setrata de obtener muy pocas piezas que no compense el construir el molde.

Debido a su versatilidad, los polímeros son muy diversos en cuanto a característicasy usos. En el siguiente capítulo los estudiaremos más detallamente.






13. Clasificación de los Materiales. (Polímeros II)[http://www.mailxmail.com/...roduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-polimeros-2]

Los plásticos sintéticos de uso más frecuente son:

Termoestables: Resinas fenólicas, resinas úricas, resinas melamínicas, resinas epoxi,de poliéster, poliuretanos.

Termoplásticos: Polivinílicos, poliestirénicos, poliamidas, policarbonatos,polietilénicos, polimetacrilatos, politetrafluoretilenos, elastómeros.

Plásticos termoestables: Endurecen bajo la acción del calor presión, y suendurecimiento es irreversible por haber sufrido una modificación en su estructuraquímica, a nivel molecular, ya no se pueden remoldear o ablandar bajo la acción delcalor y presión. Los plásticos termoestables son comparables a la arcilla, que unavez endurecida con el calor (cocida), su forma es definitiva.

- Resinas Fenólicas

Se obtienen de la combinación del fenol o ácido fénico con formaldehído. Tienenolor característico ácido fénico perceptible incluso en las piezas obtenidas de ellas,particularmente si se las calienta. Estas resinas suelen utilizarse mezcladas concargas de relleno, que mejoran algunas de sus características físicas, de acuerdocon la naturaleza de las cargas, oscilando entre lo siguientes valores:

- Peso específico............................................. oscila entre 1.3 a 1.9 Kg./dm3- Resistencia Tracción..................................

- Compresión.................................................

2.5 a 8.4 Kg. / mm2

7 a 25 Kg. / mm2- Color............................................................. oscuro, marrón, negro- Combustibilidad........................................... arde con gran dificultad- Permeabilidad a la luz.................................. transparente a opaco- Envejecimiento............................................. oscurece ligeramente- Temperatura que soporta.............................. 116 ° C a 175 ° C- Nombres comerciales................................... Baquelita, Durita, Resiform...

Empleo: Material eléctrico (mangos de interruptores, clavijas, carcasas, cajasdiversas, etc.)

- Resina Urica

Tiene como materia básica la úrea sintética y el formaldehído. No da ningún olor,sus características físicas son:

- Peso específico....................................... 1.5 Kg. / dm3- Resistencia Tracción............................

- Compresión...........................................

3.45 a 9 Kg. / mm2

17.5 a 26.5 Kg. / mm2- Color....................................................... blanco y colores claros- Combustibilidad..................................... arde con dificultad







- Permeabilidad a la luz........................... opalescente- Envejecimiento....................................... no tiene- Temperatura que soporta........................ 130 ° C a 138 ° C- Nombres comerciales............................. Pollopas, Cellodal, Resimine, Resopla.

Empleo: Material eléctrico (interruptores, clavijas, etc., placas aislantes, artículos decocina, etc. )

- Resina de melamina

Compuesta principalmente de melamina (obtenida del carburo de calcio y nitrógeno)y el formaldehído. No tiene olor. Sus características físicas son:

- Peso específico............................................. 1.5 Kg. / dm3- Resistencia Tracción..................................

- Compresión..................................................

3.5 a 9 Kg./ mm2

17.5 a 31 Kg. / mm2- Color............................................................. claros- Combustibilidad........................................... arde con dificultad- Permeabilidad a la luz.................................. opalescente- Envejecimiento............................................. oscurece ligeramente- Temperatura que soporta.............................. 130 ° C a 210 ° C- Nombres comerciales................................... Novoplay, Ultraplas.

Empleo: Similar a las resinas úricas.

- Resinas de poliéster

Se derivan del alquitrán de hulla y del estirol, son incoloros, aunque se puedencolorear a voluntad; se utiliza con cargas de fibra de vidrio, proporcionándole unaconsiderable resistencia. A continuación, sus principales características físicas:


- Compresión..................................................

4 a 9 Kg. / mm2

9 a 25 Kg. / mm2-Color.............................................................

cualquier color

- Combustibilidad...........................................arde difícilmente,autoextinguiéndose

- Permeabilidad a la luz.................................. transparente a opaco.- Temperatura que soporta.............................. 121 ° C- Nombres comerciales................................... Filón, Lamilux.

Empleo: Cascos para embarcaciones, carrocerías de automóviles, placastransparentes para cubiertas, además se utilizan como pinturas muy duras.

- Poliuretanos

Son materiales sintéticos que proporcionan productos de gran elasticidad: goma






espuma, correas, etc..sEstá formado por un poliéster y un derivado del benzol. Seemplea también como pegamento de metales y como barniz de gran dureza.

En la siguiente entrega, expondré lo relativo a los termoplásticos.






14. Clasificación de los Materiales (Polímeros III)[http://www.mailxmail.com/...roduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-polimeros-3]

Continuando con el extenso tema de los materiales poliméricos, ahora conoceremosa los miembros de la familia de los termoplásticos.

Plásticos termoplásticos: El calor les da plasticidad y fluidez, así se pueden inyectara presión en un molde determinado, adoptando la forma del hueco del molde, sepueden laminar, etc., pero endurecen tan pronto como se enfríen. Lostermoplásticos se pueden remoldear, por consiguiente pueden aprovecharse laspiezas defectuosas, los recortes, etc.

Haciendo una analogía, se podrían comparar con la cera, que se endurece con el fríoy cuyo endurecimiento no es definitivo, pues con el calor se reblandece y puede sernuevamente moldeada.

- Cloruro de polivinilo

Cuyos elementos ase con el acetileno y el pacido clorhídrico, no tiene olor y esinsípido, siendo sus características:

- Peso específico............................................. 1.35 a 1.55 Kg. / dm3- Resistencia Tracción..................................

- Compresión..................................................

2 a 6 Kg. / mm2

7 a 9 Kg. / mm2-Color.............................................................

todos los colores

- Combustibilidad...........................................arde con gran dificultad,autoextinguible

- Permeabilidad a la luz.................................. transparente a opaco- Envejecimiento Oscurece- Temperatura quesoporta..............................

60 ° C a 91 ° C

-Nombres comerciales................................... Vinilite, Vinidur, Nipolan...

Empleo: Se utiliza como material duro para carcasas de bombas, válvulasanticorrosivas, tuberías diversas, piezas diversas, resistentes a los productosquímicos. En estado blando encuentra otra serie de aplicaciones: mangueras, cueroartificial, impermeables, etc.

- Poliestireno

Se obtiene del poliestirol, derivado del petróleo y del benzol, siendosus características:


Compresión............................

2.8 a 7 Kg. / mm2

7 a 11 Kg. / mm2







- Color............................................................. cualquier color- Combustibilidad........................................... arde lentamente- Permeabilidad a la luz................................. transparente a opaco- Envejecimiento Oscurece- Temperatura que soporta.............................. 85° C- Nombres comerciales................................... Lustron, Polistirol, Diplene...

Empleo: Para fabricar planchas, películas y espumas, en piecería se utiliza paraobjetos de oficina, bolígrafos, plantillas, escuadras y cartabones.

- Poliamidas

Derivan del carbón, no tiene olor ni sabor alguno y posee características mecánicasmuy notables, entre las que destaca su resistencia al desgaste y su facilidad demecanizado. Sus características físicas son:


Compresión............................

4.9 a 7.7 Kg. / mm2

4.9 a 9.2 Kg. / mm2- Color............................................................. blanco, lechoso o coloreado- Combustibilidad........................................... autoextinguible- Permeabilidad a la luz.................................. translúcido a opaco- Envejecimiento decolora ligeramente- Temperatura que soporta.............................. 100 ° C 200 ° C-Nombres comerciales................................... Nylón y Perlón...

Empleo: Construcción de carcasas, cuerpos de bomba, ventiladores, racords deunión, tapas de instrumentos eléctricos.

- Polietilenos

Derivados directos del petróleo. Su aspecto y tacto son cerosos, tiene buenaresistencia a los ácidos y es buen aislante eléctrico. Las características principales delos polietilenos duros son:


Compresión............................

2 a 4.5 Kg. / mm2

no aplicable-Color.............................................................

cualquier color

- Combustibilidad........................................... muy lenta- Permeabilidad a la luz.................................. translúcido a opaco

- Envejecimientovuelve quebradizo, excepto negro ymarrón

- Temperatura quesoporta..............................

70 ° C






-Nombres comerciales................................... Polytheno, Dylan, Hostalen.

Empleo: Grifería, válvulas y accesorios para conducciones de ácidos, cubos, bidones,ruedas dentadas, mangos de herramientas, etc.

- Polimetacrilatos

Se obtienen partiendo del acetileno, se caracteriza por su extraordinariatransparencia , sus características físicas más importantes son:


Compresión............................

5.6 a 7.5 Kg. / mm2

7.7 a 12 Kg. / mm2- Color............................................................. i l imitado- Combustibilidad........................................... arde rápidamente- Permeabilidad a la luz.................................. transparente- Envejecimiento amarillea muy ligeramente- Temperatura que soporta.............................. 80 ° C-Nombres comerciales................................... Plexiglás, Perspex, Lucita...

Empleo: Placas transparentes para acristalado de carrocerías, cristales de faros, derelojes, ojos de buey.

- Poli-tetrafluoretileno

Es un derivado sintético del acetileno, su principal particularidad es su resistencia ala temperatura y a los ácidos, aspecto en que sólo es comparable con el vidrio,algunas de sus características físicas son:


Compresión............................

1 a 3.5 Kg. / mm2

1.2 Kg. / mm2- Color............................................................. oscuros- Permeabilidad a la luz.................................. oscuros- Envejecimiento ninguno- Temperatura que soporta.............................. 150 ° C a 250 ° C-Nombres comerciales................................... Teflón, Fluón, Hostaflón, Algoflón...

Empleo: Casquillos sin lubricación, cajas y juntas para bombas, válvulas y grifería,aislamiento de cables eléctricos, etc.

En nuestro siguiente capítulo daremos por terminado el tema de los polímeros,estudiando lo referente a los elastómeros.






15. Clasificación de los Materiales. (Polímeros IV)[http://www.mailxmail.com/...roduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-polimeros-4]

Ahora, la breve información sobre la última familia de polímeros: los elastómeros.

Elastómeros: Tienen una estructura intermedia, en la cual se permite que ocurra unaligera transformación de enlaces cruzados entre las cadenas moleculares. Loselastómeros son capaces de deformarse elásticamente en grandes magnitudes sincambiar de forma permanentemente.

Los elastómeros típicos son polímeros amorfos, no cristalizan fácilmente. Tienenuna baja temperatura de transición vítrea y las cadenas se pueden deformarelásticamente con facilidad al aplicar una fuerza.

Elastómeros termoplásticos, no se basan en los enlaces cruzados para producirgran cantidad de deformación elástica. Se comportan como termoplásticos atemperaturas elevadas y como elastómeros a temperaturas bajas. Estecomportamiento permite que se puedan reciclar con mayor facilidad que loselastómeros convencionales.

Adhesivos: Son polímeros que se utilizan para unir otros polímeros, metales,materiales cerámicos, compuestos o combinaciones de todos los anteriores. Losadhesivos se utilizan para una diversidad de aplicaciones.

Se pueden clasificar en :

*Químicamente reactivos: Hay sistemas de un solo componente, formados por unasola resina polimérica, que se cura por exposición a algún factor: humedad, calor oausencia de oxígeno. Los sistemas de dos componentes se curan al combinarse dosresinas.

*Por evaporación o por difusión: El adhesivo se disuelve y se aplica a las superficiesa unir. Al evaporarse el portador, el polímero restante proporciona la unión. Losadhesivos a base de agua son preferidos tanto por la seguridad que representancomo desde un punto de vista ecológico. El polímero puede estar totalmentedisuelto en agua, o puede estar formado de látex, es decir, como una dispersiónestable del polímero en el agua.

*De fusión por calor: Son polímeros termoplásticos y elastómeros termoplásticosque funden al calentarse. Al enfriarse, el polímero se solidifica, uniendo las partes.Sus temperaturas de fusión típicas son de aproximadamente 80 a 110 ° C, lo quelimita su uso a temperaturas elevadas.

*Sensibles a la presión: Son principalmente elastómeros o copolímeros deelastómero que se producen en forma de película o recubrimiento. Requierenpresión para adherirse al sustrato y se utilizan para producir cintas aislanteseléctricas y de empaque, etiquetas, losetas de piso, recubrimientos para muros ypelículas texturizadas imitación madera.

*Conductores: Son polímeros a los que se agrega un material de relleno queproporcione conductividad eléctrica y térmica, como partículas de plata, cobre oaluminio. Cuando se desea conductividad eléctrica pero no térmica o viceversa, sepuede usar polvo de alúmina, berilia, nitruro de boro o sílice. Además, es posible







crear polímeros que tengan buena conductividad: agregando compuestos iónicosque reducen la resistividad; disipando la carga estática al usar un relleno dematerial conductor; o con matrices poliméricas que contengan fibras de carbono ocarbono recubierto de níquel, lo que combina rigidez con conductividad mejorada.Algunos polímeros tienen buena conductividad inherente, como resultado dediversas técnicas de dopado (que consiste en agregar de manera intencional unpequeño número de átomos de impureza en el material) o de proceso.

Con este capítulo corto, finalizamos el estudio de las generalidades de lospolímeros. En nuestra próxima entrega comenzaremos a analizar lo correspondientea los materiales semiconductores.






16. Clasificación de los Materiales. (Semiconductores)[http://www.mailxmail.com/...ccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-semiconductores]

El silicio y el germanio son los únicos elementos que tienen aplicaciones prácticascomo semiconductores. Sin embargo, gran variedad de compuestos cerámicos eintermetálicos presentan este mismo efecto.

Para facilitar su estudio, los derivados del silicio y el germanio se dividen ensemiconductores intrínsecos y extrínsecos.

Los semiconductores intrínsecos se caracterizan por que su brecha de energía Egentre las bandas de valencia y conducción es pequeña, y en consecuencia, algunoselectrones poseen suficiente energía térmica como para saltar la brecha, entrandoen la banda de conducción. Los electrones excitados dejan atrás niveles de energíadesocupados, o huecos, en la banda de valencia. Cuando un electrón se mueve parallenar un hueco, se crea otro en la fuente original de este segundo electrón, deforma que los espacios vacío parecen actuar como "electrones" de carga positiva yportadores de carga eléctrica.. Cuando se aplica un voltaje eléctrico al material, loselectrones de la banda de conducción se aceleran hacia la terminal positiva., entanto que los huecos de la banda de valencia se mueven hacia a terminal negativa.,Por lo tanto se conduce la corriente mediante el movimiento de electrones y dehuecos.

La conductividad queda determinada por el número de pares electrón hueco.

s = neqm e + nhqm h

donde ne es el número de electrones en la banda de conducción, nh es el númerode huecos en la banda de valencia y m e y m h son las movilidades de electrones yde huecos. En el caso de los conductores intrínsecos:

n = ne = nh

Por tanto, la conductividad es:

s = neq(m e + m h )

Al controlar la temperatura, se controla el número de portadores de carga por lomismo, la conductividad eléctrica. En el cero absoluto, todos los electrones están enla banda de valencia, así que todos los niveles de la banda de conducción se hallandesocupados.

Conforme aumenta la temperatura, hay mayores probabilidades de que se ocupe unnivel de energía en la banda de conducción, de forma que existen idénticasprobabilidades de que se desocupe un nivel en la banda de valencia. El número deelectrones en la banda de conducción, que es igual al número de huecos en labanda de valencia, está dado por:

n = ne = nh = no exp -(Eg / 2kT)

donde no se puede considerar como constante, aunque de hecho también dependede la temperatura. Temperaturas más elevadas permiten que más electrones crucenla zona prohibida y, por tanto se incrementa la conductividad:



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s = neq(m e + m h ) exp - (Eg / 2kT)

El comportamiento del semiconductor es opuesto al de los metales, ya queconforme aumenta la temperatura se incrementa la conductividad, por que estánpresentes más portadores de carga., en tanto que en el metal la conductividad sereduce, debido a la menor movilidad de sus portadores de carga.

Si se retira la fuente de energía o voltaje de excitación, se vuelven a combinar loshuecos y los electrones después de cierto periodo de tiempo. El número deelectrones en la banda de conducción se reduce con una rapidez dada por:

n = no exp - (t / t )

donde t es el tiempo después de haber eliminado el campo, no es una constante y tes una constante conocida como tiempo de recombinación.

En vista de que pequeñas variaciones de temperatura pueden afectar elcomportamiento de un semiconductor intrínseco, se puede agregar una pequeñacantidad de impurezas (dopado), para producir un semiconductor extrínseco. Laconductividad de este semiconductor dependerá principalmente del número deátomos de impureza (dopantes), y en un rango especifico de temperatura inclusoser independiente de esta.

- Semiconductores tipo n. Supongamos que agregamos un átomo de antimoniocomo impureza al silicio o al germanio. Cuatro de los electrones de valencia delátomo de antimonio participan en el proceso de enlaces covalentes, en tanto que unelectrón adicional entra en un nivel de energía en estado de donación., justo pordebajo de la banda de conducción. Dado que este electrón no esta fuertementeunido a los átomos, solamente requiere un pequeño aumento de energía Ed para queel electrón pase a la banda de conducción. (Ed a menudo se define como ladiferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la banda dedonadores. En este caso, el incremento de energía requerido seríaEg - Ed × ). Labrecha de energía que controla la conductividad pasa a ser Ed en vez de Eg.Cuando los electrones de donación entran en la banda de conducción, no se creanhuecos correspondientes a cada uno de ellos.

Una pequeña cantidad de semiconducción intrínseca sigue ocurriendo, con algunoselectrones que adquirieron la energía suficiente como para saltar el espacio Eg. Elnúmero total de portadores de carga es :

ntotal = ne(dopante) + ne(intrínseca) + nh(intrínseca)

Conforme aumenta la temperatura, más electrones de donación saltan el espacio Edhasta que, finalmente todos los electrones de donación están en la banda deconducción. Esto significa un agotamiento de donadores. La conductividad es casiconstante; no hay disponibles más electrones de donación y la temperatura siguesiendo demasiado baja para producir muchos electrones y huecos intrínsecos, sobretodo si Eg es grande.

- Semiconductores tipo p Cuando a un semiconductor se le agrega una impurezacomo el galio, que tiene una valencia de tres, no existen suficientes electrones paracompletar el enlace covalente. Entonces se crea un hueco en la banda de valencia,que puede llenarse con electrones de otras posiciones de la banda. Los huecoactúan como aceptantes de electrones. Este sitio con huecos tiene una energía algomayor que la normal y crea un nivel aceptante de energía de electrones, justo por






encima de la banda de valencia. Un electrón debe ganar un nivel de energía de solo Ea a fin de crear un hueco en la banda de valencia. El hueco se mueve portando lacarga. Finalmente la temperatura subirá lo suficiente como para causar lasaturación de aceptantes.

Los compuestos semiconductores (no derivados del silicio o el germanio), puedenser:

- Semiconductores estequiométricos, que son por lo general compuestosintermetálicos, que tienes estructuras cristalinas y de banda semejantes a las delsilicio y el germanio.

- Semiconductores Imperfectos o no estequiométricos son compuestos iónicos quecontienen exceso de iones, sean estos negativos (aniones) produciendo unsemiconductor tipo p ; o positivos (cationes) obteniendo un tipo n

Comportamiento óptico.

En los semiconductores, la brecha de energía es menor que la de los aislantes,particularmente en los semiconductores extrínsecos, que contienen nivelesdonantes y aceptantes de energía. En los semiconductores intrínsecos, habráabsorción si la energía del fotón excede la brecha Eg; mientras que los fotones demenor potencia serán transmitidos. Así, los semiconductores son opacos aradiaciones de longitudes de onda corta, pero transparentes a longitudes de ondalarga. Por ejemplo, el silicio y el germanio aparecen opacos a la luz visible para elojo humano, pero son transparentes a radiaciones infrarrojas de longitudes de ondamayores.

Un fenómeno característico de los semiconductores es la fotoconducción, queocurre si el material es parte de un circuito eléctrico. En este caso, los electronesestimulados producen una corriente en vez de una emisión. Si la energía de unfotón incidente es suficiente, se excitará un electrón y pasar` a la banda deconducción, o se creará un hueco en la banda de valencia, y el electrón o el huecotransportarán una carga a través del circuito. La longitud de onda máxima del fotónincidente requerido para que exista fotoconducción está relacionada con la brechade energía del material semiconductor.

l máx = (hc)/Eg

Podemos decir que la fotoconducción es lo inverso a la luminiscencia y a los LED,por que aquí, los fotones producen un voltaje y una corriente, en tanto que en unLED el voltaje produce fotones y luz.






17. Clasificación de los Materiales. (Compuestos)[http://www.mailxmail.com/...troduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-compuestos]

Para finalizar, trataremos brevemente las características generales de los materialescompuestos.

Este tipo de materiales se definen básicamente como la unión de dos materialespara conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en losmateriales originales de forma individual. Se clasifican es tres categorías generales:

- Particulados. Dentro de estos podemos distinguir dos tipos; los dispersoides, queson materiales endurecidos por dispersión y contienen partículas de 10 a 250 nm dediámetro, que aunque no sean coherentes con la matriz, bloquean el movimiento enlas dislocaciones y producen un marcado endurecimiento del material matriz; y los"verdaderos" que contienen grandes cantidades de partículas gruesas, que nobloquean el deslizamiento con eficacia, son diseñados para obtener propiedadespoco usuales, despreciando la resistencia en el material. Ciertas propiedades de uncompuesto particulado dependen sólo de sus constituyentes, de forma que sepueden predecir con exactitud mediante la llamada regla de la mezclas, que es lasumatoria de las propiedades (densidad, dureza, índice de refracción, etc.) por lafracción volumétrica del constituyente.

- Reforzados con fibras. Por lo general, este tipo de compuestos consiguen mayorresistencia a la fatiga, mejor rigidez y una mejor relación resistencia-peso, alincorporar fibras resistentes y rígidas, aunque frágiles, en una matriz más blanda ydúctil. El material matriz transmite al fuerza a las fibras, las cuales soportan lamayor parte de la fuerza aplicada. La resistencia del compuesto puede resultar alta atemperatura ambiente y a temperaturas elevadas. De forma semejante a loscompuestos particulados, al regla de las mezclas predice algunas de suspropiedades.

- Laminares. Incluyen recubrimientos delgados, superficies protectoras,revestimientos metálicos, bimetálicos, laminados y todo un conjunto de materialescon aplicaciones específicas. Algunos compuestos reforzados con fibras, producidosa partir de cintas o tejidos pueden considerarse parcialmente laminares. Grancantidad de compuestos laminares están diseñados para mejorar la resistencia a lacorrosión conservando un b ajo costo, alta resistencia o bajo peso. Otrascaracterísticas de importancia incluyen resistencia superior al desgaste o a laabrasión, mejor apariencia estética y algunas características de expansión térmicapoco usuales. Con la regla de las mezclas se pueden estimar algunas de laspropiedades, paralelas a la laminillas de los materiales compuestos laminares.También se pueden calcular con poco margen de error: la densidad y laconductividad eléctrica y térmica.

Este es el último capítulo de nuestro curso. Espero que toda esta información tehaya sido de utilidad. Si aún tienes dudas, puedes contactarme a mi correoelectrónico.

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