D. I. Luis Alberto Laguado Villamizar

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

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Vid

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Pie

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Arc

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FRP Fiber Reinforced Plastic

CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic

GFRP Glass Fiber Reinforced Plastic

Ciencia e Ingeniería

de los materiales

MicroestructuraComposición

Síntesis y Procesamiento

Desempeño/Costo

ASKELAND, 2004

Ciencias Básicas

Ciencias Aplicadas

ASHBY, 2011

Estructura de los MaterialesDescripción 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 loselectrones afecta elcomportamiento eléctrico,magnético, térmico yóptico.

www.kalipedia.com

Estructura Molecular

� La disposición o arreglode los átomos.

� El estudio de la estructuracristalina y lasimperfecciones influye enlas propiedades delmaterial.

www.tinet.cat

Estructura granular

�

www.utp.edu.co

Estructura de fases

� En la mayor parte de losmateriales se presentamás de una fase conarreglo atómico ypropiedades únicas cadauna.

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

COMPUESTOSFibras

Laminados

Aleaciones

Aceros

METALESHierros

Aluminios

Aluminas

Carburos de Silicio

CERAMICOSNitruros de Silicio

Zirconias

Termoplásticos:

PE, PP, PET, PS,

POLIMEROSPoliéster,

Fenólicas

Epóxicas

Sílice

Borosilicato

VIDRIOSVitrocerámicos

Isopreno

Neopreno

ELASTÓMEROSCaucho 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

� Fragilidadwww.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 prefabricadasASHBY, 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 dehierro sobre Acetato decelulosa.

� Inductores y comunicacióninalámbrica: ferrita magnética

� Núcleos de transformadores:aceros y silicio.

www.recoverylabs.com

Materiales fotónicos u ópticos

� Fibras ópticas: Sílice.

� Detectores y láseres desemiconductor: granates dealúmina (Al2O3) y de itrio-aluminio (YAG yttriumaluminum garnet)

� Celdas solares y módulosfotovoltáicos: Silice amorfo.

� Pantallas de cristal líquido.

www.redestelecom.es

www.braile.com.br

Materiales inteligentes

� Material que responde anteestímulos como: temperatura,esfuerzos, humedad, químico.

� Aleaciones con memoria deforma: Nitinol Ni-Ti

� Fluidos magnetorreológicos:pinturas magnéticas.

� Vidrios fotocrómicos

� Espejos de opacidadautomática.

Materiales Estructurales

� Diseñados para soportaresfuerzos

� Combinación de resistencia,rigidez y tenacidad bajodistintas condiciones de cargay 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 generangrietas 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 anddesign. University of Cambridge, UK Butterworth-Heinemann, first edition 2007.

� ASHBY Michael and FRY Marc. Innovation inMaterials Teaching: sustainability and hybridmaterials. www.grantadesign.com/education/resources

2011.� ASKELAND Donald, PHULÉ Pradeep. Ciencia e

Ingeniería de los Materiales. Cuarta edición, Thomson, México, 2004.