Los_Materiales_y_la_Humanidad.ppt

7/24/2019 Los_Materiales_y_la_Humanidad.ppt

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Todo comenzó hace unos 2,6 millones de

años, cuando un antecesor nuestro, el Australophitecus y unos 200000 años mástarde el Homo habilis, en algún lugar de

África oriental se entretenía golpeando dospiedras entre si

Los Materiales y la Humanidad

Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Luis A. de Vedia

!l hacerlo, una de ellas se fracturóe"poniendo #ordes muy filosos $uestroantecesor compro#ó %ue con esa piedra

filosa podía cortar fácilmente ramas deár#oles, cortar alimentos, cazar másfácilmente los animales de los %ue sealimenta#an y defenderse de a%u&llos %ueles resulta#an peligrosos

http://smb//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/94/Awashrivermap.png



'a ha#ilidad del hom#re delpaleolítico para producir distintostipos de instrumentos puntiagudos ofilosos %ueda en e(idencia por lae(idencia ar%ueológica %ue nosmuestra cuchillos, puntas de flecha yde lanzas de la edad de piedra





)erc *riente

+uropa

)hina

!m&rica

!m&rica $

0- 20- .0- 60- /0- 00-

1iedra

)o#re

ronce

3ierro

ilicio

4000 !d) 0 2000 5d)

200000 !d)

Tal es la importancia de los materiales en la (ida del hom#re %ue la historia7y la prehistoria8 de la humanidad suele di(idirse en períodos asociados

con los materiales dominantes en cada &poca







+ntre los primeros indiciosde producción de co#re seencuentran los de la)i(ilización del 9alle del:ndo, actualmente1a;istán, %ue datan deunos .<00 años a)

1ara producir el co#remetálico los hornos de#íancontar con una corriente deaire forzada 'a misma seconseguía a pulmón,soplando con tu#oscerámicos, o construyendolos hornos usando fuellespara soplar aire





+l 4 de etiem#re de 44,dos turistas alemanesencontraron un cuerpo

humano en un glaciar, en ellímite entre !ustria e :talia

5esde 44/ el cuerpo,conocido (ulgarmente como=t!i the "ceman> se

encuentra preser(ado enuna heladera especial, en el?useo !r%ueológico deolzano, en :talia

+l nom#re con el %ue se lo#autizó deri(a del lugar en el%ue fue hallado@ !lpes Atzal'as condiciones del glaciarpreser(aron inalterado el

cuerpo por <00 añosB





+l ca#ello de Atzi contenía partículasde co#re y de ars&nico, lo %ue hacesuponer %ue ha#ía participado en

tareas de producción y fundición deco#re

+ntre sus pertenencias se encontróun hacha de co#re y flechas con

puntas de pedernal, un arco y uncuchillo de pedernal con mango demadera de fresno +l calzadoesta#a hecho con piel de oso y decier(o en la parte superior y el

cuero esta#a impermea#ilizado congrasa animal



5eCemos ahora a Atzi y la edad del co#re,para ir a la zona del 9alle del :ndo 'osha#itantes del lugar, despu&s de

apro"imadamente 000 años de usar elco#re, meCoraron sus propiedadesagregándole otro metal, el estaño, con lo%ue se o#tenía lo %ue ahora conocemoscomo #ronce

!l agregar estaño al co#re, y o#tener el#ronce, se tenía un material %ue fundíamás fácilmente y %ue eraconsidera#lemente más duro %ue el co#re

1ara tener una idea de los o#Cetos %ue seproducían en la edad del #ronce, en lafigura (emos un conCunto de armas yornamentos encontrados en Dumania







+l #ronce demostró así sermucho más con(eniente %ue elco#re, por lo %ue en el uso para

armas y aplicaciones similaresdesplazó al co#re y a la piedra

Ena fuente importante de co#re,en la zona del ?editerráneo, fue

la isla de )hipre

+l co#re se comercializa#a enforma de lingotes +n tanto %ueel estaño podía pro(enir deparaCes tan leCanos como las:slas ritánicas +sto nosmuestra %ue en esa &poca lana(egación ya esta#a muya(anzada

'ingote de )o#re primiti(o



'os minerales de co#reno son muy a#undantesen la naturaleza, por lo

%ue resulta#a imposi#leencarar construcciones%ue re%uirierancantidades grandes dematerial, como para

hacer un puente



1ara estas aplicacionesel hom#re de#ió seguir

usando por muchotiempo la piedra como lomuestra este puente dela &poca del imperioromano





+l !cueducto de ego(ia es la o#ra de ingeniería ci(il romana más importantede +spaña y es uno de los monumentos más significati(os y meCor

conser(ados de los %ue deCaron los romanos en la península :#&rica



La necesidad de recurrir a dise#os aptos para e$itar la %ractura no es unconcepto nue$o. &n recurso utili!ado hasta %ines del si'lo (V""" y ("( %ue lautili!aci)n de elementos estructurales traba*ando en compresi)n como loilustra este dise#o de un puente romano. Esta necesidad sur'ía debido alcomportamiento relati$amente %r+'il de los materiales estructurales utili!adoshasta la introducci)n de la producci)n en masa del acero en la e$oluci)n

"ndustrial.







!ntiguo horno para producir arra#iofundido, posterior al siglo F:9 d)

'uego de la edad del #ronce, elsiguiente cam#io lo o#ser(amosentre 000 y 00 años a) cuando

comienza la edad del hierro 1arafundir hierro se necesita unatemperatura de <G) 3ay unaaleación %ue forma el hierro conalrededor de .- de car#ono, y %ue

se la conoce como arra#io 1ero aúnel arra#io necesita <0G) parafundir1or esto el hierro fundido no se llegóa conocer en +uropa hasta el sigloF:9 d), y esto fue gracias a %ue seconstruyen grandes hornos, conimportante inyección de aire +lhorno de la figura se alimenta porarri#a con mineral de hierro, car#ón yfundentes, y por de#aCo se e"trae el

arra#io fundido



M+-uina de $apor construida en Hierro



+l uso del hierro, de#ido asu a#undancia, encontróusos %ue no se ha#ían

pensado con los otrosmetales conocidos hastaese entonces

e fa#ricaron armas, como

con el #ronce, pero tam#i&nse hicieron pinzas ymartillos %ue facilitaron eltra#aCo de forCado delhierro, se hicieron arados,guadañas, picos y palas,%ue facilitaron las tareasagrícolas

!l ser poco resistente a la corrosión atmosf&rica, no ser(ía como material deornamento personal, pero fue muy útil para herraduras de ca#allos y para

infinidad de otras aplicaciones útiles en la (ida cotidiana





rimer puente de hierro %undido. Fue construido sobre elrío /e$ern, en Coalbroo0dale, "n'laterra, en 1223.

+ste materialcomenzó adesplazar tam#i&n

a la piedra enestructuras talescomo los puentes

5e#ido a su #aCo

costo, sua#undancia y sus#uenaspropiedadesmecánicas, el

hierro es toda(íahoy el metal del%ue más toneladasse producen en elmundo





+l 4,. - del peso de los metales producidos en la actualidad corresponde alhierro y acero +l peso de todos los otros metales Cuntos no alcanza al - del

total





+l operario no podría

manipular un tu#o deco#re %ue estu(iera encontacto con (idriofundido

+l uso del hierro permitiódesarrollar tam#i&n otrastecnologías

!l contar con tu#os dehierro, fue posi#le elsoplado del (idriofundido )on el co#re no

se podía hacer el sopladodel (idrio fundido, por laalta conducti(idad t&rmicade este metal



Perfumero de Vidrio

+gipto H !pro" <0 !de )



3asta ese momento los recipientesde (idrio se ela#ora#an con#andas de (idrio %ue se

deforma#an en caliente, so#re unmolde de #arro cocido 'uego serompía cuidadosamente el moldeinterior, y se pulía la parte e"terior

u ela#oración era complicada, porlo %ue eran o#Cetos muy costosos,y solamente accesi#les a reyes ofaraones

'a figura nos muestra unperfumero de (idrio hallado en unatum#a egipcia, fa#ricado por esem&todo tan la#orioso, y %ue ahorase e"pone en el ?useo ritánico,en 'ondres

L M t i l l H id d





+n &pocas recientes, un metal %ue influyómucho en las acti(idades del hom#re fue el

aluminio1ese a %ue los minerales de aluminio son muya#undantes en la corteza terrestre, es muy difícil laseparación del metal +n /.6 se podían producirpe%ueñas cantidades de aluminio, pero por unm&todo muy costoso

)omo resultado, el aluminio en esa &poca era máscaro %ue el oro 1rue#a de ello es %ue el emperador$apoleón :::, %ue go#ernó Irancia entre /2 y

/J0, en los #an%uetes %ue organiza#a, a losin(itados principales les hacía ser(ir la comida enplatos de aluminio, en tanto %ue los demás in(itadosse de#ían resignar a comer en platos de oro

L M t i l l H id d





'a situación del aluminio cam#iótotalmente en //6, cuando en formaindependiente un americano y un

franc&s desarrollaron un m&todo deproducción de aluminio #asado en laelectrólisis de sales fundidas

+ste m&todo permitió producir aluminio

en forma mucho más económica, y lotransformó en el metal %ue (emosdiariamente en una multitud deaplicaciones

+l hecho de ser un metal resistentemecánicamente y además li(iano, lohizo muy atracti(o para la industriaaeronáutica !sí es como se usó en lasestructuras de los antiguos dirigi#les,tales como los alemanes Keppelin

L M t i l l H id d





?ás tarde permitió la construcción de los a(iones comerciales %ue estamosacostum#rados a (er en la actualidad +l uso del aluminio hizo posi#le %ue eltransporte a&reo se con(ierta en un recurso accesi#le a la mayoría de las

personas

L M t i l l H id d



&tili!aci)n hecha por el hombre de los materiales a tra$4sdel tiempo, desde la prehistoria hasta nuestros días



L M t i l l H id d



Los elementos predominantemente met+licos son los -ue ocupan la partei!-uierda de la tabla peri)dica como se muestra a continuaci)n5



L M t i l l H id d



Los polímeros comerciales son compuestos de los elementos -ue se se#alanen la 6abla eri)dica, es decir H, C, N, 7, F y /i



Los Materiales la H manidad



Los cer+micos son combinaciones de uno o m+s elementos met+licos con unoo m+s de los elementos C, N, 7, y /








covalente

semiconductores

polímeros

metálico

metales

secundario

Cerámicos y vidriosiónico

Los distintos tipos de enlace y los materiales a que danorigen




ENLACE IONICO

Formación delcompuesto iónico NaCl

a partir de latransferencia de unelectrón de la capaexterna de Na a la delCl






ENLACECOVALENTE

Este enlace seproduce entreelementos que seencuentran cercanosen la Tabla Periódica.

En el enlacecovalente los átomosno ceden electronessino que loscomparten de formade completar suscapas exterioresadquiriendo laconguraciónelectrónica de ungas noble.



+structura atómica co(alente7iz%uierda8 del diamante y del#utano 7derecha8






ENLACE ETALICO

+l enlace metálico puedeconsiderarse como una (ariantedel enlace co(alente en el %uelos electrones compartidos no seencuentran asociados a pares deátomos en particular sino %ueson compartidos

cooperati(amente por todos losátomos del sólidoUna imagen frecuentementeutilizada es la de un mar !de electrones libres en elcual se encuentran inmersos

los n"cleos atómicos # suscapas electrónicas internas.

Este concepto permiteexplicar la alta conductividad

el$ctrica # t$rmica de losmetales.




Un e%emplo particularmenteimportante de este tipo de

enlace es el llamado puente dehidrógeno! que es responsablede la relativamente elevadaestabilidad de este l&quido # desu alto punto de ebullición.

ENLACE! "E#ILE! O "E VAN "E$ %AAL!

'on enlaces que se establecen entre átomos o mol$culas que poseenmomento dipolar. El momento dipolar puede ser inducido por lacercan&a de otro átomo o mol$cula o bien puede ser un dipolopermanente como el ex(ibido por la mol$cula de agua.



En muc(os casos) los enlaces que

vinculan los átomos de uncompuesto) no son puramenteiónicos o covalentes. Un e%emplolo constitu#en los cerámicos # losvidrios en los que los enlaces

pueden ser de naturalezaparcialmente iónica # covalente.




CLASES DE

MATERIALES

METALES

POLIMEROS

CERAMICOS VIDRIOSCOMPUESTOS






9eamos la contri#ución de los distintos materiales en algo familiarpara todos como lo es una cocina moderna



LMue ocurre si eliminamos los o#Cetos metálicosN




+ste es el resultado LMu& ocurre si ahora eliminamos loscerámicosN






LMu& nos %ueda si eliminamos ahora los o#Cetos de plástico máso#(iosN






+liminemos ahora completamente los polímeros





Iinalmente hemos eliminado todos los polímeros y nos%ueda




Hasta los a#os 89:, la metalur'iase había desarrollado en %orma

empírica, esencialmente por prueba y error, con poca onin'una contribuci)n delconocimiento cientí%ico, sal$o-ui!+s de la termodin+mica y la

%ísico;-uímica a %ines del si'lo ("(y comien!os del ((, perob+sicamente utili!ada en el +reaextracti$a y de reducci)n deminerales.

En particular, los conocimientos yaexistentes en la 4poca re%erentesa la estructura at)mica, no habíanaun hecho impacto en latecnolo'ía de los metales.






Fue reci4n a partir de los a#os <9: -ueempie!a a producirse el matrimonio entre laFísica y la metalur'ia tradicional dando

ori'en a lo -ue hoy conocemos comoMetalur'ia Física, -ue comen!aba entoncesa tomar carta de ciudadanía como una ramale'ítima de la Física. Esta uni)n introdu*o unnue$o paradi'ma -ue tiene $i'encia hastanuestros días.

Este paradi'ma sur'e delreconocimiento -ue las propiedadesde los materiales, tanto mec+nicas

como ma'n4ticas, el4ctricas ynucleares, son cualidades emer'entesno s)lo de la composici)n -uímica sinoen 'ran medida de la estructura de losmismos






El t4rmino estructura, aplicado a un material,debe entenderse a-uí al'o así como la=ar-uitectura> en distintas escalas de

descripci)n de a-u4l, es decir a ni$el at)mico,en el -ue -uedan de%inidas las estructuras

cristalinas y los de%ectoscristalinos, a ni$el

mesosc)pico en el -ue sede%inen e identi%ican las%ases y micro%ases

presentes y su distribuci)n,y a un ni$el -ue podemos

llamar macrosc)pico, en el-ue se caracteri!a eltama#o de 'rano y sumor%olo'ía o textura.






+TDE)TED! 1D*1:+5!5+

donde el t&rmino estructura se refiere a la manera en %ue los distintosconstituyentes de un material se encuentran distri#uidos

1or esto, el significado del t&rmino estructura depende del ni(el de resolucióncon %ue o#ser(amos un material

5e modo %ue podemos afirmar %ue el paradigma de la )iencia e :ngeniería delos ?ateriales modernos es la relación






y el ingeniero en materialesre%uiere meCorar cada (ez mássus medios de o#ser(ación

desde el oCodesnudo, pasando por

el microcopio óptico,hasta el microscopioelectrónico






%ue utiliza un haz de electrones en lugar de luz (isi#lepara in(estigar la estructura de los materiales a muype%ueña escala

!#aCo (emos algunos microscopios electrónicoscon(encionales y a la derecha uno %ue emplea electronescon energías de 000000 de e9BB






La ima'en muestra undel'ado %ilm $ítreo?amor%o@ entre dos

'ranos de Nitruro de/ilicio ?/iN@. /e re$elala presencia de +tomosde Lantano unidos a lassuper%icie de los 'ranos.La ima'en %uere'istrada con elmicroscopio electr)nicode barrido -ue posee elr4cord de resoluci)nde:.2 An'stroms en el

Laboratorio Nacional de7a0 id'e, &/A. /e hasuperpuesto a la ima'enun modelo at)mico de lamisma.






+l microscopio de fuerza atómica7!I?, de sus siglas en ingl&s

Atomic F orce M icroscope8 es un

instrumento mecánicoHóptico capazde detectar fuerzas del orden de lospiconeOtons +l microscopio defuerza atómica ha sido esencial enel desarrollo de la nanotecnología,

para la caracterización y(isualización de muestras adimensiones nanom&tricas

y


:magen de átomos de grafito o#tenida conel microscopio de fuerza atómica




i seguimos a(anzando en el ni(el de resolución con %ue podemos o#ser(ar alos materiales, llegamos finalmente a la estructura atómica

1uede decirse %ue las propiedades%ue e"hi#en los materiales en granescala, son emergentes de lamanera en %ue se encuentrandispuestos sus atomos

y





y


La est4reo;especi%icidad de losenlaces co$alentes determina el tipode estructura. Los enlaces i)nicos,

por tener su ori'en en la atracci)ncoulombiana %a$orecenordenamientos compactos.




Al'unos compuestos, .E*. los polímeros, pueden %ormar cristales =moleculares>. Los

polímeros %orman un estructura cristalina ple'+ndose sobre sí mismos utili!ando

enlaces d4biles como en el polietileno, -ueda ori'en a una celda ortorr)mbica.

y





y


En los vidrios*amorfos+ # enlos cerámicos*cristalinos+) eltetra(edro des&lice 'i,-

- es

una unidadestructural

mu#importante

que seencuentra en

muc(oscompuestoscerámicos #

v&treos.




y


/odelo deesferas de la

s&lice amorfa'i,0

1as esferas

ro%asrepresentanlos átomos deox&geno # lasamarillas los

de silicio.




'as propiedadesmecánicas, por eCemplo,están directamente

relacionadas con laestructura del material ani(el atómico

y


En cristal de aluminio y unode magnesio e"hi#irán

comportamientos diferentes#aCo carga de#ido a %ue susátomos se encuentranordenados de distinta forma

'as flechas indican las

direcciones en %ue sepueden deformar am#oscristales 9emos %ue el !lpuede hacerlo en másdirecciones %ue el ?g




i$ersos tipos de imper%ecciones puntuales -ue pueden contenerlos cristales

y





Modelo at)mico de una dislocaci)nde borde ?derecha@. La %i'ura in%erior

muestra es-uem+ticamente el

mo$imiento de una dislocaci)n deborde en su plano de desli!amientoba*o la acci)n de es%uer!os de corte

y el e%ecto -ue produce dedespla!amiento de la porci)n

superior del cristal respecto de la porci)n in%erior.





Analo'ía %recuentementeutili!ada entre el mo$imiento

de dislocaciones de borde positi$as y ne'ati$as con losmecanismos empleados por

oru'as y 'usanos para

despla!arse, y con un posiblem4todo para lo'rar eldespla!amiento de una

al%ombra pesada.





e%ormaci)n demonocristales de Bn?derecha@ y de otro

monocristalhexa'onal compacto?aba*o@ por acci)n deun es%uer!o de corteactuando sobre los

planos basales





os-ue de dislocaciones obser$ado mediantemicroscopía electr)nica de transmisi)n. Arriba

E.7roDan, -ue introdu*o con otros el conceptode dislocaci)n te)ricamente. A la derecha, /ir A.Cottrell, -ue contribuy) a la comprensi)n de la

interacci)n entre dislocaciones y +tomos?Atm)s%eras de Cottrell@.





M7EL7 E &&A/ E &N 7E E AN7E AN AN&L7





'a propagaciónde #andas dedeslizamiento enun materialpolicristalinore%uiere %ue elapilamiento dedislocaciones en

el #orde de granode#a producirunaconcentración detensiones

suficiente para iniciar el deslizamiento en un sistema del grano adyacente Enaestructura de grano más fina o#liga a %ue haya más sitios de reiniciación lo%ue aumenta la resistencia a la deformación del policristal





“Si se observa con

suficiente cuidado, todo

posee una pequeñafisura......”

Ted Crawford

?persona*e de %icci)n interpretado por Anthony Hop0ins en el %ilm policial =Fracture>@





La %rase anterior expresa de manera clara y simple una de las premisasb+sicas de toda estrate'ia moderna de pre$enci)n de %allas por %racturar+pida, -ue constituye una de las %ormas m+s letales y catastr)%icas de

rotura -ue puede producirse en una estructura.





La experiencia diaria

nos su'iere -ue losmateriales presentandos comportamientosbien di%erenciados derotura5 la %ractura%r+'il, como ocurre enun $idrio o en uncer+mico y la de losmetales en 'eneral, enlos -ue la rotura es laculminaci)n de un

proceso dede%ormaci)n pl+stica?%ractura dGctil@





De a!illand Comet" primer #et $omer$ial"en !uelo% E&te a!ión"de origen 'rit(ni$o)ue pre&entado enlo& primero& a*o& dela d+$ada del ,-.%Lamenta'lemente"una &erie de

$at(&tro)e&interrumpió la

produ$$ión / el&er!i$io de laaerona!e% Cuando

lo& pro'lema )ueronre&uelto& luego de" 9a#os de estudios, losEE.&&. ya habíantomado la $an'uardia

en la a$iaci)ncomercial de reacci)n Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Luis A. de Vedia




Interior del fuselaje de un De Havilland Comet fallado





Detalle de la sura por fatiga iniciada en la esquina de laventanilla


& %i l di) l l IJ d Al h Ai liLos Materiales y la Humanidad



&n %inal menos penoso correspondi) al $uelo IJ de Aloha Airlines, -uelue'o de su%rir una descompresi)n explosi$a de la cabina, pudo aterri!aren el aeropuerto de Kahului ?Maui@ el de Abril de 13, con s)lo unmiembro de la tripulaci)n %allecido al ser despedido al $acío. La %alla seatribuye a una %ractura detonada por una %isura ori'inada por %ati'a.






+l momento deldesastre del)hallenger en

La 6ripulaci)n delChallen'er

La 6ripulaci)n delColumbia

a#o en las te*asdel escudo t4rmicore'istrada por los

propios tripulantesdurante la misi)n?erecha@

7rin' similar al -ue produ*o la%alla en el Challen'er ?"!-uierda@

& 4t d tili dLos Materiales y la Humanidad



&n m4todo utili!ado para producir aleaciones de

aluminio nano;estructuradas es mediantela t4cnica conocida como

=melt;spinnin'> -ueconsiste en una rueda de

Cu -ue 'ira a alta$elocidad lo'rando así el

brusco en%riamiento delaluminio %undido -ue se $a

depositando sobre lamisma.

Este intenso sobreen%riamiento permite la

%ormaci)n de nGcleos estables -ue alcrecer con%orman una estructura de 'ranoultra%ina en %orma de cinta. El material asílo'rado se consolida posteriormente por

compresi)n.






!leación superplástica nanoestructuada 1#Hn




!lgunos polímeros nue(osson realmentesorprendentes, como elPe(lar, introducidopor 5u 1ont e lo produce

en forma de fi#ras de muyalta resistencia 'aresistencia es tangrande %ue se usa, entreotras aplicaciones, para la

confección de chalecosanti#alas





3oy, los científicos e ingenieros en materiales han sido capaces de producirestructuras %ue no se encuentran en la naturaleza

En eCemplo reciente es el )60, llamado#uc;minsterfullereneBB, ó massimplemente =buc0yball >, %ue tieneuna gran cantidad de aplicacionestecnológicas aún no totalmentee"plotadas

*tro eCemplo es el =buc0ytube> %ue(emos a#aCo





+l progreso de la industria aerospacial dependecríticamente de la ingeniería en materiales





La estructura de los a$iones modernos contiene, adi%erencia de las aerona$es del pasado construidascasi enteramente en aluminio y acero, una

di$ersidad de materiales.Entre estos sedestacan loscompuestosa$an!ados

consistentes en%ilamentos de 'ra%ito yboro en una matri!epoxy.

En el es-uema $emos

un *et Air Force 12mostrando las parteshechas concompuestos de matri!

polim4rica.


1 C l l ió




1or eCemplo, una aleaciónde #ase ní%uel llamada

!lloy J/ es empleadapara compresores ytur#inas en la industriaaeronáutica +staaleación se ha (enidomeCorandoprogresi(amente durante

<0 años a tra(&s delagregado de ?g, t&cnicasde fusión al (acío, ycontrariamente a lo %uese creía hasta no hace

mucho, medianteadiciones controladas de1, ) y para meCorar suresistencia a altastemperaturas





Alabes de turbinaaeron+utica de

superaleaci)n de baseNi.

La ima'en de la derechacorresponde a un dise#oa$an!ado re%ri'erado por

aire.

Estos elementos debenmantener adecuadaresistencia mec+nica yestabilidad dimensionalen ambientes a'resi$osa temperaturas deaproximadamente1:::C.


+l automó(ilLos Materiales y la Humanidad



+l automó(il,%uizás más aún%ue el a(ión, esel eCemplo más

elocuente deaplicación de laingeniería enmateriales

+s un sistema compleCo con másde 000 piezas y con docenasde sistemas diferentes %ue de#encumplir su función de manerasegura y eficiente

+l es%uema superior destacapartes y materiales críticos %ueinter(ienen en la construcción deun concept car


)uando se pensa#a %ue el usoLos Materiales y la Humanidad



)uando se pensa#a %ue el usodel acero en el automó(il ya nodeCa#a lugar a meCoras, laindustria siderúrgica en conCunto

con la automotriz ha logradorecientemente diseñar yconstruir un automó(il deestructura de acero %ue es 2.-más li(iano y <.- mas

resistente a un costo inferior alde los autos con(encionales





Los materiales compuestos permiten obtener combinacionesde propiedades imposibles de

obtener con un solo tipo dematerial. Entre los materialescompuestos se destacan losre%or!ados por %ibras o por

partículas.

En la ima'en superior $emos elapro$echamiento -ue se hace de pl+sticos

re%or!ados con %ibra de carbono ?CF@ enun $ehículo de competici)n.

A la i!-uierda pueden $erse di$ersos per%iles estructurales hechos con el mismotipo de compuesto.





a-uete de %ibras de $idrio de re%uer!o

antes de ser incluidas en un polímero?arriba@.

Elemento estructural re%or!ado por %ibras?derecha@.


!%uí (emos otros a(ances@ unLos Materiales y la Humanidad



!%uí (emos otros a(ances@ unrecu#rimiento de poliuretanodirectamente unido a la llanta de aceroo aluminio la protege de la corrosión y

la a#rasión aumentandoconsidera#lemente la (ida útil de larueda

! la iz%uierda (emos una tapa deguantera moldeada en una solapieza en resina !, con diseñode =panel de a#eCas>





+l cuerpo humano es la má%uina más compleCa %ue e"iste so#re la tierra)omo toda má%uina, a (eces se daña +l gran desafío de los ingenieros ycientíficos en materiales es hallar sustitutos artificiales para a%uellas partes

%ue de#en ser reemplazadas

!%uí (emos algunoscomponentes del cuerpohumano %ue ha podido ser

sustituidos e"itosamente graciasa %ue se ha desarrolladomateriales #iocompati#les %uese comportan como los teCidosnaturales


+stas partes pueden ser tan simples como las amalgamas %ue el odontólogoLos Materiales y la Humanidad



+stas partes pueden ser tan simples como las amalgamas %ue el odontólogoha (enido utilizando desde /<2 para reparar huecos en los dientes, y cuyacomposición ha#itual es

0- 3g 7?ercurio820- ?á" !g 71lata8

- ?ín )u 7)o#re8

- ?á" n 7+staño8

+n los últimos 0 años se handesarrollado compuestoscerámicos aptos para el relleno

de piezas dentales %uea(entaCan a las amalgamas en(arios aspectos@ son%uímicamente inertes, de #aCaconducti(idad t&rmica, muyresistentes y est&ticas





! la iz%uierda (emos una prótesis de hom#ro y ala derecha una de cadera Tradicionalmenteestas prótesis se han fa#ricado con materialesmetálicos, tales como aceros ino"ida#les y

aleaciones de Ti, pero muy recientemente hancomenzado a desarrollarse piezas de (idriosHcerámicos

'as articulaciones son estructuras #iomecánicassorprendentes 'os esfuerzos %ue soportan sonincreí#lemente grandes 'a ingeniería demateriales de#e encontrar reemplazos %uecumplan eficientemente su función, pero %ueademás su superficie e"terior permita %ue elhueso crezca so#re ella para asegurar unacorrecta fiCación






$umerosos

in(estigadores estántra#aCandoactualmente en temastales como eldesarrollo de polímeros

%ue se contraen enpresencia de un campoel&ctrico y %ueser(irían paradesarrollar músculosartificiales aplica#les apro#lemas ortop&dicos




En desafío %uizás toda(ía mayor para laciencia e ingeniería de los materiales es elreemplazo de teCidos #landos con productos

%ue sustituyen desde (asos sanguíneos,hasta músculos y porciones de piel mediantefi#ras sint&ticas polim&ricas

+l corazón es otra pieza sorprendentede #iomecánica 5urante nuestras (idasde#e latir 200 millones de (eces y#om#ear casi 200 millones de litros de

sangre a tra(&s del cuerpo 'a primera(ál(ula cardíaca artificial de aleación)o)r se implantó hace unos .0 años3oy, esta tecnología representa unnegocio de EQ 00 millones al añoBB


E*emplos de




6e*as de alGminare%or!adas con %ibras

del mismo materialutili!adas en ser$iciode alta abrasi)n.

E*emplos deaplicaci)n decer+micosa$an!ados.

Las te*as utili!adasen la re'i)n de nari!del /ache /huttlecomo blinda*e

t4rmico durante elrein'reso a laatm)s%era.


)tula de cadera dealGmina.





+dificio 5a;in, en )alifornia, diseñado con panelese"ternos de porcelana Deci#ió (arios premios, entre ellos

el del !merican :nstitute of !rchitects de 442





astillas o =pellets> de di)xido de&ranio ?&7 @ para elementos

combustibles nucleares de potencia producidas mediante el proceso de sinteri!ado enatm)s%era controlada.

Matri! de /iC




Matri! de /iCre%or!ada con %ibraslar'as del mismomaterial ?/iC%O/iC@.

Este es un materialexperimental paralos %uturos rectoresde %usi)n debido asu ele$adaresistenciamec+nica a altastemperaturas y suba*a acti$aci)nneutr)nica.

Actualmente sein$esti'a elme*oramiento de suconducti$idadt4rmica.





Ho*as de cuchillos decer+micos a$an!ados de

'rano ultra %ino retienen el %ilo1: $eces m+s -ue los deacero incluyendo los de altocarbono.


En un ensayo de des'aste consistenteen corte de blocs de papel repetido 1:::$eces se obser$a el menor des'aste en

el cer+mico a$an!ado con respecto a uncer+mico con$encional.

Los Materiales y la Humanidad 'a t&cnica de %usi)n !onal se aplicó para




'a t&cnica de %usi)n !onal se aplicó paraproducir germanio y silicio muy puros1artiendo de estos elementos muy puros,los físicos pudieron controlar suspropiedades el&ctricas, (ariando elcontenido de impurezas !sí es comodesarrollaron los transistores

Primer transistor 23-4

+n la figura podemos (er la apariencia%ue tenía el primer transistor, hecho en

4.J y por cuyo tra#aCo sus autoresreci#ieron el 1remio $o#el

Los Materiales y la Humanidad 'a superconducti(idad es la

http://smb//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Ehrenfest_Lorentz_Bohr_Kamerlingh_Onnes.jpg




'a superconducti(idad es lacapacidad intrínseca %ue poseenciertos materiales para conducircorriente el&ctrica sin resistencia nip&rdida de energía endeterminadas condiciones'a resistencia de unsuperconductor desciende#ruscamente a cero cuando el

material se enfría por de#aCo de sutemperatura crítica

Hei0e Kamerlin'h 7nnes ?ri'ht@, descubridorde la supercondcuti$idad en 1311.

'a superconducti(idad ocurre en unagran (ariedad de materiales, incluyendoelementos simples como el estaño y elaluminio, di(ersas aleaciones metálicas yalgunos semiconductores fuertementedopados

Ena corriente el&ctrica %ue fluye enuna espiral de ca#le superconductor

puede persistir indefinidamente sinfuente de alimentación !l igual %ueel ferromagnetismo y las líneasespectrales atómicas, lasuperconducti(idad es un fenómenocuántico

Los Materiales y la Humanidad 3oy la Iísica del ólido ha permitido

http://smb//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Ehrenfest_Lorentz_Bohr_Kamerlingh_Onnes.jpg




oy a s ca de ó do a pe doentender tales estados =especiales> dela materia, lo %ue ha conducido aldesarrollo de memorias magn&ticasa(anzadas para computadoras7derecha8 y materialessuperconductores 7a#aCo8 %uepermiten diseñar sistemas detransporte de alta (elocidad con

suspensión le(itatoria




E-uipo de soldadura en %ases)lida de aceros por Fricci)n ;

A'itaci)n ?Friction /tir Peldin'@desarrollado recientemente enla Ar'entina empleando una

herramienta de cer+micoa$an!ado.






http://smb//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Golden-Gate-Bridge.svg

http://smb//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/GoldenGateBridge-001.jpg



El puente de suspensi)n =oldenate> en la bahía de /anFrancisco.





http://smb//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Golden-Gate-Bridge.svg




uente =ox irder> ío;Niter)i




/ea esta presentaci)n enhomena*e y a%ectuoso recuerdodel r. os4 . al$ele, por su

pasi)n por la ciencia de losmateriales, su permanente

es%uer!o por la %ormaci)n dein$esti'adores en el +rea y porsus importantes contribuciones alconocimiento de los %en)menos

de corrosi)n met+lica -ue le$alieron el reconocimiento de lacomunidad cientí%ica internacional. r. os4 odol%o al$ele

13J2 Q :11, Ar'entina

Documents

Los_Materiales_y_la_Humanidad.ppt