Clase de Ciencia de Materiales
Introducción a la Ciencia de Materiales
Clasificación de Materiales
Metales (y aleaciones)
- Fundibles, mecanizables
- Buen comportamiento frente a vibraciones
- Conductores térmicos eléctricos
- Resistentes a altas temperaturas
- Dúctiles, plateados, opacos
- Reciclables
Cerámicos (y vidrios)
- Aislantes térmicos eléctricos
- Frágiles, opacos (excepto vidrio)
- No reciclables, duros
Polímeros
- Moldeables
- Aislantes eléctricos
- Bajo punto de fusión
- Baratos, reciclables
Semiconductores
Composites
- Combinación de resina + fibra
- Alta dureza, buena resistencia a impacto
Clasificación por Estructura
- Cristalina
- Monocristalina
- Amorfo
- Policristalina
- Juntas de grano
Enlaces Atómicos en Sólidos y Estructuras Cristalinas
Tabla Periódica
- Elementos a la derecha son electronegativos, elementos a la izquierda son electropositivos
- Enlace metálico: metales
- Enlace iónico: cerámicos
- Enlace covalente: polímeros, diamante
Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Iónico
- Fuerte, materiales duros y frágiles
- Malos conductores, alto punto de fusión
Enlace Metálico
- Nube de electrones formada por cationes
- Dureza intermedia, deformables
- Buenos conductores térmicos / eléctricos
Enlace Covalente
- Entre elementos cercanos en la tabla periódica
- Fuerte, materiales duros y frágiles
Fuerzas de Van der Waals
- Polaridad de átomos neutros
- Enlace débil, baja dureza
Estructura Cristalina
- Cristalino: ordenado, patrón definido, opacos
- Amorfo: desordenado, transparentes
- Celdilla unidad: unidad que se repite en una estructura cristalina
- Grano o monocristal: disposición perfecta de un sólido cristalino
- Materiales policristalinos: muchos granos en estructuras sólidas
Defectos Cristalinos
- Puntuales
- Importan para la conductividad, se buscan elementos puros
- Lineales
- Dislocaciones, ya sean de cuña o helicoidales
- Planos
- Superficies externas, límites de grano
Técnicas Experimentales
- Microscopía óptica: para cambio de ángulo de reflectancia, visualización de juntas de grano
- Microscopía electrónica: información sobre morfología, topografía, composición, etc.
- Difracción de Rayos X: identificación de composición de materiales
Metales y Aleaciones
Concepto de Aleación
- Mezcla de un metal con otros elementos para obtener características específicas
- Incremento en aleación: aumenta dureza y resistencia a la tracción, disminuye ductilidad y conductividad
Tipos de Fases en Aleaciones
- Soluciones sólidas sustitucionales: elementos se integran en la red del disolvente
- Soluciones sólidas intersticiales: átomos pequeños como C, N
- Compuestos intersticiales: 1 átomo metálico - 1 no metálico, compuestos duros y frágiles
- Compuestos intermetálicos: dos átomos metálicos en relación específica
Propiedades Mecánicas
- E: Módulo de Young, relación entre tensión y deformación
- Oy: límite elástico máximo antes de deformación permanente
- Propiedades principales: rigidez, resistencia, dureza, ductilidad, tenacidad
Ensayo de Tracción
- Deformación elástica: retorna a su forma original
- Deformación plástica: deformación permanente
- Estricción: zona donde se adelgaza al estirar
Tenacidad
- Energía necesaria para romper unidad de volumen del material. Fractura frágil vs. dúctil
Aleaciones Comerciales
- Minerales: metales en estado oxidado
- Aleaciones Férricas: 90% de la producción mundial, buena resistencia y ductilidad
Acero
a. Características
- Aleaciones de Fe-C, alta rigidez y ductilidad
- Cementita: fase dura pero frágil
Fundiciones
- Contenido de carbono entre 2,1% y 4,5%
- Melaza baja resistencia y rigidez, buen amortiguamiento de vibraciones
Aleaciones de Cobre
- Buena resistencia a la corrosión, fácil manufactura
Aleaciones de Aluminio
- Metal más abundante, buena conductividad y resistencia a la corrosión
Aleaciones de Níquel
- Alta resistencia a corrosión y temperaturas elevadas
Aleaciones de Cobalto
- Material ferromagnético, alta resistencia a temperaturas elevadas