Luis Alberto Laguado Villamizar Diseñador Industrial

Mg Ingeniería de Materiales

Contenido

Historia

Ciencia e Ingeniería de Materiales

Estructura de los Materiales

Clasificación de los materiales

Clasificación Funcional de los Materiales

Clasificación Estructural de los Materiales

Efectos externos

Bibliografía

ASHBY, 2007

Edad d

e los M

eta

les

Acero

s

Su

pe

rale

acio

ne

s

Vid

rios m

etá

licos

Espum

as m

etá

licas

Edad d

el C

obre

Edad d

el B

ronce

Edad d

el H

ierr

o

Caucho n

atu

ral

Fib

ras n

atu

rale

s

Po

lím

ero

s S

inté

ticos

Resin

as n

atu

rale

s

Alta r

esis

tencia

térm

ica

Alta R

igid

ez

Cem

ento

s

Vid

rios

Cerá

mic

as T

écnic

as

Edad d

e P

iedra

Arc

illas

FRP Fiber Reinforced Plastic

CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic

GFRP Glass Fiber Reinforced Plastic

Ciencia e Ingeniería de los materiales

Microestructura Composición

Síntesis y

Procesamiento

Desempeño/Costo

ASKELAND, 2004

Ciencias Básicas

Ciencias Aplicadas

ASHBY, 2011

Estructura de los Materiales Descripción de la forma como se arreglan los elementos constitutivos dentro de un material. Influye en sus propiedades, aunque no cambie la composición química.

Estructura Atómica

Estructura Molecular

Estructura Granular (Microestructura)

Estructura Multifásica (Macroscópico)

Estructura Atómica

La disposición de los electrones afecta el comportamiento eléctrico, magnético, térmico y óptico.

www.kalipedia.com

Estructura Molecular

La disposición o arreglo de los átomos.

El estudio de la estructura cristalina y las imperfecciones influye en las propiedades del material.

www.tinet.cat

Estructura granular

www.utp.edu.co

Estructura de fases

En la mayor parte de los materiales se presenta más de una fase con arreglo atómico y propiedades únicas cada una.

www.cie.unam.mx

Composición

http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/

Síntesis

http://www.codelco.com/la_corporacion

Procesamiento

http://www.interempresas.net/Plastico

Clasificación de los materiales

1. Metales y aleaciones

2. Cerámicos, vidrios y vitrocerámicos

3. Polímeros (plásticos)

4. Semiconductores

5. Materiales compuestos

ASKELAND, 2004

ASHBY, 2011

Composites

Particulados

COMPUESTOS Fibras

Laminados

Aleaciones

Aceros

METALES Hierros

Aluminios

Aluminas

Carburos de Silicio

CERAMICOS Nitruros de Silicio

Zirconias

Termoplásticos:

PE, PP, PET, PS,

POLIMEROS Poliéster,

Fenólicas

Epóxicas

Sílice

Borosilicato

VIDRIOS Vitrocerámicos

Isopreno

Neopreno

ELASTÓMEROS Caucho natural

Siliconas

EVA

ASHBY, 2007

Metales y aleaciones Buena conductividad eléctrica y

térmica

Altos puntos de fusión

Alta Resistencia mecánica y rigidez

Alta tendencia a la corrosión y oxidación

Buena ductilidad o formabilidad

Buena resistencia a los choques térmicos

Buenos reflectores de la radiación visible

www.designsngold.com

Composición: uno o más elementos metálicos:

Hierro, Cobre, Aluminio.

Combinados con elementos No Metálicos:

Carburo de Silicio, Oxido de hierro.

Son elementos inorgánicos

Tienen estructura cristalina

Aleaciones Ferrosas: Acero, Hierro fundido

Aleaciones No Ferrosas: Cobre, Titanio, Aluminio

Cerámicos Materiales inorgánicos

Estructuras Cristalinas y

No Cristalinas

Ladrillos, vajillas, artículos sanitarios, refractarios (materiales resistentes al calor), abrasivos.

Aislantes eléctricos

y Térmicos

Alta resistencia térmica

Alta dureza

Fragilidad

www.obralia.com

Vidrios Materiales Amorfos, trasparentes

Se obtienen de la Sílice fundida

Alta resistencia térmica

Alta fragilidad

Construcción, automóviles, computadores, televisores…

Vidrios templados y Vitrocerámicos: tratamientos térmicos y nucleación. http://www.scranton.com.ar/vasa/vidrios

Polímeros

Termoplásticos, Termoestables, Elastómeros.

Origen natural: celulosa, caucho, polisacaridos

Origen sintético: petróleo y gas natural

Estructura lineal, pueden ser cristalinos

Buena resistividad eléctrica

Buen aislamiento térmico

Buena relación Resistencia/Peso

Buena resistencia a sustancias corrosivas

www.postgrado.csic.es

Semiconductores

Conductividad eléctrica intermedia

Aplicaciones electrónicas

Estructura monocristalina

Películas delgadas

materiales-sena.blogspot.com

Materiales Compuestos

Combinar y mejorar las propiedades de los materiales

Materiales ligeros, resistentes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas.

Fase Continua: Matriz,

Fase Dispersa: Refuerzo

Concreto, madera, plásticos reforzados con fibra de vidrio y fibra de Carbono.

www.directindustry.es/prod

Reforzados con partículas

Papel abrasivo

Reforzados con fibras

GRFP, CRFP

Reforzados con láminas

(Páneles tipo sandwich)

Maderas prefabricadas ASHBY, 2011

Clasificación funcional

de los materiales

Aeroespaciales

Biomédicos

Electrónicos

Energías y ambiente

Magnéticos

Ópticos

Inteligentes

Estructurales

ASKELAND, 2004

Aeroespaciales

Alta resistencia, bajo peso

Polvo de Aluminio

Aleaciones de aluminio,

Aleaciones de Titanio

Plásticos reforzados

Sílices

www.hightechscience.org

Biomédicos Implantes ortopédicos: acero

inoxidable.

Implantes dentales: Aleaciones de Titanio

Implantes cardiovasculares: Aleaciones de Ni-Ti

Cerámicas dentales: Zirconia, Hidroxiapatita

Imágenes ultrasónicas: Cerámicos PZT (Titanato de Plomo y Zirconia)

www.nobelbiocare.com

Materiales electrónicos

Semiconductores y circuitos integrados: Si, Ge.

Capacitores cerámicos: Titanato de Bario (BaTiO3) Óxido de Tantalio (Ta2O5)

Superconductores

Conductores eléctricos

materiales-sena.blogspot.com

Tecnología energética y ambiental

Combustible nuclear: Dióxido de Uranio y Plutonio

Baterías y celdas de combustible: Zirconia (ZrO2)

Industria del petróleo: zeolitas, alúmina.

Catalizadores: Platino, Rohdio,

Energía solar: Silicio amorfo. caebis.cnea.gov.ar/El_uranio

Materiales magnéticos Discos duros de PC:

aleaciones de cobalto, platino, tantalio y cromo.

Cintas de video: óxido de hierro sobre Acetato de celulosa.

Inductores y comunicación inalámbrica: ferrita magnética

Núcleos de transformadores: aceros y silicio.

www.recoverylabs.com

Materiales fotónicos u ópticos

Fibras ópticas: Sílice.

Detectores y láseres de semiconductor: granates de alúmina (Al2O3) y de itrio-aluminio (YAG yttrium aluminum garnet)

Celdas solares y módulos fotovoltáicos: Silice amorfo.

Pantallas de cristal líquido.

www.redestelecom.es

www.braile.com.br

Materiales inteligentes

Material que responde ante estímulos como: temperatura, esfuerzos, humedad, químico.

Aleaciones con memoria de forma: Nitinol Ni-Ti

Fluidos magnetorreológicos: pinturas magnéticas.

Vidrios fotocrómicos

Espejos de opacidad automática.

Materiales Estructurales Diseñados para soportar

esfuerzos

Combinación de resistencia, rigidez y tenacidad bajo distintas condiciones de carga y temperatura

Construcciones de edificios, puentes: aceros, concreto, materiales compuestos.

Automóviles: aceros, vidrios, plásticos, compuestos.

www.rr-middleeast.oie

Clasificación Estructural

Gases monoatómicos

Materiales amorfos

Cristales líquidos

Materiales cristalinos

Monocristales

Policristalinos

Efectos externos

Temperatura

Corrosión

Fatiga

Rapidez de deformación

Efecto de la Temperatura

ASKELAND, 2004

Corrosión Los materiales pueden reaccionar con el oxígeno y

otros gases, a la intemperie y a altas temperaturas.

Desarrollo de recubrimientos para protección.

http://www.trekearth.com/gallery/Central_America/Cuba/East/Guantanamo/Baracoa/

Fatiga El material es sometido a cargas dinámicas, las

repeticiones prolongadas de los ciclos de carga generan grietas que conducen a la falla por fatiga.

http://www.tecnoedu.com/Microscopios/MuestraMetales.php

Rapidez de deformación

Algunos materiales presentan buena ductilidad si se tensionan lentamente,

y pueden ser frágiles si se

tensionan rápidamente.

La resina Silly Putty® es un plástico a base de Silicona que presenta esta comportamiento.

http://www.michaelcoolidge.com/silly_putty_04.asp

Bibliografía ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David.

MATERIALS: engineering, science, processing and design. University of Cambridge, UK Butterworth-Heinemann, first edition 2007.

ASHBY Michael and FRY Marc. Innovation in Materials Teaching: sustainability and hybrid materials. www.grantadesign.com/education/resources

2011.

ASKELAND Donald, PHULÉ Pradeep. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Cuarta edición, Thomson, México, 2004.