CIENCIA DE LOS MATE-RIALES
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN 2
PLÁSTICOS O POLÍMEROS 3
2. INYECCIÓN 7
5.2 • Técnica discontinua: llenado a presión del molde + enfriamiento + desmoldeado. 7
Moldeo de termoplásticos 7
3. MATERIALES COMPUESTOS 10
5.3 3.1 Estructura de los materiales compuestos 10
3.1.1 Matriz. 10
3.1.2 Refuerzos. 11
3.1.3 Interfase matriz-refuerzo 12
3.1.4 CMM: propiedades y comportamiento 12
3.1.5 Propiedades mecánicas 13
3.1.6 Propiedades térmicas 13
3.1.7 Métodos de obtención 14
4. LOS MATERIALES CONDUCTORES Y MATERIALES AISLANTES 17
5.4 4.1 El agua ¿conductora o aislante? 17
5.5 17
5.6 4.2 Materiales Semiconductores 18
5.7 4.3 Materiales Superconductores 18
5.8 4.4 Materiales conductores 18
5. CERÁMICAS INDUSTRIALES 20
5.1 ÓXIDOS CERÁMICOS: ALUMINA 20
5.2 ÓXIDOS CERÁMICOS: ZIRCONIA 21
5.3 CERÁMICOS VIDRIADOS: SILICATOS AL-Li, Al-Mg, Al 21
5.4 CARBUROS Y NITRUROS: 21
6. VIDRIO 22
6.1 CLASIFICACIÓN DEL VIDRIO 22
6.1.1 Vidrio suave 22
6.1.2 Vidrio duro 22
6.1.3 Vidrio muy duro 23
6.1.4 Vidrio sensible a la luz 23
BIBLIOGRAFÍA 24
INTRODUCCIÓN
En los últimos sesenta años hemos presenciado un desarrollo formidable de nuevos
dispositivos y materiales. Sin remontarnos tan atrás, en las últimas décadas hemos asistido a la
expansión de las computadoras personales (PC) cada vez más veloces, de los discos compactos
(CD), de los láseres. También hemos asistido al creciente reemplazo de fibras naturales, como la
lana o el algodón, por otras sintéticas para fabricar tejidos impermeables que permitan transpirar
y conservar una temperatura constante. Día a día salen al mercado nuevos adhesivos, nuevas
tintas de colores, nuevos materiales para la construcción.
Las bases de los materiales que componen gran parte de los objetos y dispositivos que
nos rodean cotidianamente fueron desarrolladas en la primera mitad del siglo XX, pero fue a
partir de la finalización de la Segunda Guerra Mundial que se masificó el consumo y aumentaron
el desarrollo y la producción de una gran diversidad de materiales con mayor especificidad para
un uso particular. Este impulso en cierto modo disparó la necesidad de convergencia de distintas
disciplinas tradicionales en lo que hoy llamamos ciencia de materiales.
1. PLÁSTICOS O POLÍMEROS
Los polímeros son materiales orgánicos comunes. Se producen con un proceso llamado
polimerización. Un ejemplo es el caucho (elastómeros) y muchas clases de adhesivos. Muchos
polímeros tienen una resistividad eléctrica muy buena, proporcionan un buen aislamiento
térmico. Normalmente no son adecuados para usos a altas temperaturas. Tienen miles de
aplicaciones: desde chalecos antibalas, discos compactos (CD) y pantallas de cristal líquido
(LCD). La vida tal como la conocemos no podría existir sin polímeros. Las proteínas, formadas a
partir de un gran número de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos (-N-C(O), llevan a cabo
un sinnúmero de funciones vitales en bacterias, animales y plantas. Las fibras naturales son
también polímeros, formados por hidratos de carbono o por proteínas. Algunas de ellas proceden
de plantas que sintetizan celulosa (un polímero de glucosa): lino, sisal, algodón. Otras son
cadenas proteicas que se encuentran en animales: lana, seda, cabello1.
Figura 1. Diagrama de bloque: los plásticos
1 PROGRAMA DE CAPACITACIÓN MULTIMEDIAL. Plásticos y fibras. En http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema7_CM.pdf
Los polímeros, denominados incorrectamente plásticos, según diferentes criterios se
clasifican
a) En función de su origen.
b) En función de sus propiedades.
c) En función de su respuesta a la temperatura.
Durante un millón de años aproximadamente, desde su aparición sobre la Tierra, los seres
humanos han utilizado fundamentalmente cinco materiales para fabricar utensilios y objetos:
madera, piedra, hueso, cuerno y piel. A estos materiales se incorporaron otros durante la
revolución neolítica: la arcilla, la lana, las fibras vegetales y algunos metales. Hay que esperar a
finales del siglo XIX para obtener los primeros materiales sintéticos o artificiales, los polímeros,
llamados plásticos2.
Figura 2. Principales materias primas de los plásticos.
2 GOBIERNO DE CANARIAS. Las principales materias primas de los plásticos. En http://www3.gobiernodecanarias.org/aciisi/cienciasmc/web/u8/contenido4.4_u8.html
La denominación de materiales plásticos, o simplemente plásticos, define genéricamente
los productos obtenidos por medio de procesos de síntesis (resinas sintéticas) y las substancias
formadas por moléculas complejas de elevado peso molecular (ma-cromoléculas o polímeros).
La característica más importante de los materiales plásticos es que se ablandan a
determinada temperatura y permanecen plásticos durante un determinado período de tiempo.
Esto los hace moldeables y estampa-bles en las formas más diversas y complejas. Los materiales
plásticos no tienen un punto de fusión definido: es decir, no pasan del estado sólido al líquido a
una temperatura bien determinada, sino que, sometidos a calentamiento, pierden elasticidad y
consistencia hasta convertirse en un fluido muy viscoso. En la Naturaleza existen también
plásticos, es decir, substancias que se ablandan progresivamente por efecto de la temperatura:
por ejemplo, el marfil y el cuerno; también la lana y otras fibras textiles naturales pueden ser
consideradas materiales plásticos, puesto que una vez estiradas quedan deformadas
permanentemente.
Según su comportamiento, al variar la temperatura, los materiales plásticos se dividen en
dos categorías:
- termoplásticos: cuya plasticidad aumenta gradualmente en caliente, hasta alcanzar el
punto de fluidificación; después, pueden volver de manera reversible al estado sólido por
enfriamiento (ejemplo: resinas celulósicas, vinílicas y acrílicas, poliestireno, poliolefinas,
poliacetatos, policarbonatos, poliamidas, poliuretanos, siliconas, polifluorolefinas, etc.);
- termoendurecibles: que, por efecto del calor, después de la fase inicial de plasticidad, se
transforman en productos infusibles y rígidos, sufriendo una transformación química irreversible
(ejemplo: ferroplásticos, aminoplásticos, resinas alquídicas, poliésteres, resinas epoxídicas,
poliuretanos, etc.).
En la industria automovilística, a los materiales plásticos se les añaden substancias
especiales; de este modo pueden obtenerse plásticos coloreados, plásticos más resistentes a la
abrasión mecánica (por ejemplo, añadiendo lana de vidrio) o plásticos autolubricantes; a veces se
añaden incluso plasificantes que dan elasticidad y eliminan la fragilidad a baja temperatura.
Los materiales plásticos se producen mediante procesos químicos de polimerización:
partiendo de monómeros sometidos a procedimientos sintéticos de adición y condensación se
obtienen, respectivamente, moléculas de cadenas largas (polímeros) o moléculas con estructuras
y distribución complejas (co-polímeros). Cuanto más irregulares son la disposición y la
concentración de los monómeros, más plástico (es decir, menos rígido, menos cristalino y, por
consiguiente, menos frágil) será el material plástico obtenido3.
Los monómeros de base pueden ser compuestos orgánicos vegetales (por ejemplo,
celulosa de madera) o derivados del petróleo (por ejemplo, etileno, propileno, fenol, cloruro de
vinilo, estireno). Las moléculas de peso molecular alto obtenidas pueden presentarse en forma de
fibras, gránulos, resinas o conglomerados gomosos.
Las principales materias plásticas obtenidas por adición son: polietileno, polipropileno,
cloruro de polivinilo, poliestireno, polimetacrilato, etc. Entre las obtenidas por policondens ación
están: la baquelita, las resinas de silicona, los poliuretanos, los policarbonatos, los poliésteres y
las resinas melamínicas y anilínicas.
Además de la plasticidad, existen algunas características comunes a todos los materiales
plásticos. Las más importantes son:
- ligereza, que siendo con mucho muy superior a la del acero, compensa enormemente la
menor resistencia mecánica respecto a los metales;
- elevada resistencia a la corrosión y a los agentes atmosféricos, que elimina la necesidad
de una protección con antioxidantes o pinturas;
— características de aislamiento térmico, eléctrico y acústico, que los hacen apropiados
para numerosos empleos que no pueden ser desarrollados por los metales;
- aptitud de poder transformarse en piezas de forma incluso muy compleja a través de
diferentes sistemas de estampación:
- buena precisión geométrica de las piezas y perfecto acabado superficial, obtenibles en
los procesos de conformación, que eliminan mecanizaciones posteriores, y las operaciones de
acabado, haciendo incluso estéticamente agradables los productos finales.
Mediante procesos de producción o con la inclusión de aditivos se les pueden conferir
también otras características especiales, pero a éstas corresponde, generalmente, un coste muy
elevado.
3 DICCIONARIO.MOTORGIGA.COM. Materiales Plásticos. http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/materiales-plasticos-definicion-significado/gmx-niv15-con194770.htm
2. INYECCIÓN
Entre los diferentes los procesos de transformación (inyección, extrusión, soplado y
vacío, principalmente) destaca el proceso de inyección, gracias a ciclos rápidos de producción y
consecución de productos terminados a la salida de máquina, permitiendo que los materiales
poliméricos estén reemplazando a otros materiales como metales, maderas y vidrios, y
resolviendo necesidades tecnológicas.
Es la técnica de moldeo más utilizada con materiales poliméricos.
• Técnica discontinua: llenado a presión del molde + enfriamiento +
desmoldeado.
Aplicación:
Termoplásticos cristalinos (Tdesmoldeado<Tfc) y amorfos
(Tdesmoldeado<Tg).
Duroplásticos (tiempo en molde suficiente para reticulación).
Elastómeros (tiempo en molde suficiente para reticulación).
Moldeo de termoplásticos
1. Unidad de inyección:
Plastifica el material mediante husillo (similar a extrusoras monohusillo).
Tipos:
a) Husillo alternativo (reciprocating screw injection unit, RSIU):
Plastificación y acumulación de material plastificado mediante giro y retroceso
del husillo:
Inyección a gran velocidad (tiro o disparo, shot). La válvula antirretorno impide el
retroceso del material.
Regulación del movimiento por velocidad de inyección y presión máxima
admisible en el molde (hasta 200MPa).
Se mantiene la presión en el molde, inyectando más material durante inicio de
cristalización y contracción.
Separación del molde, y comienzo de nuevo ciclo de plastificación mientras la
pieza termina el enfriamiento en el molde.
b) Unidades de dos etapas:
Ventajas: mayor capacidad de producción, mayores presiones alcanzadas, más preciso
control del volumen inyectado, Preferidas para piezas complicadas de paredes finas.
¾ Desventajas: mayor coste, menor homogeneidad del material, mayor riesgo de
degradación.
Características más importantes: volumen máximo de tiro (shot size) y máxima presión
3. MATERIALES COMPUESTOS
Los materiales compuestos son aquellos que están formados por combinaciones de
metales, cerámicos y polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son
superiores a la de los materiales que los forman por separado, lo que hace que su utilización cada
vez sea más imponente sobre todo en aquellas piezas en las que se necesitan propiedades
combinadas, en la que un material (polímero, metal o cerámico) por sí solo no nos puede brindar.
Las propiedades que se obtienen son un producto de la combinación de los refuerzos que se
utilicen y de la matriz que soporta al refuerzo en los materiales compuestos, el cual también
juega un papel importante en la aplicación por lo que resulta necesario hacer referencia a las
propiedades que se obtienen al combinar refuerzo-matriz.
En general, la desventaja más clara de los materiales compuestos es el precio. Las
características de los materiales y de los procesos encarecen mucho el producto. Para ciertas
aplicaciones las elevadas propiedades mecánicas, tales como la alta rigidez específica, la buena
estabilidad dimensional, la tolerancia a altas temperaturas, la resistencia a la corrosión, la
ligereza o una mayor resistencia a la fatiga que los materiales clásicos compensan el alto precio
Además del refuerzo y la matriz existen otros tipos de componentes como cargas y
adictivos que dotan a los materiales compuestos de características peculiares para cada tipo de
fabricación y aplicación4.
3.1 Estructura de los materiales compuestos
3.1.1 Matriz.
Es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se puede distinguir a simple vista
por ser continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su
resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El comportamiento a la fractura
también depende de la resistencia de la interfase. Una interfase débil da como resultado un
material con baja rigidez y resistencia pero alta resistencia a la fractura y viceversa.
Las matrices se pueden clasificar en: Matrices orgánicas y Matrices inorgánicas.
Los materiales compuestos de matriz metálica (CMM) han sido destinados especialmente
a aplicaciones estructurales en la industria automotriz, aeroespacial, militar, eléctrica y
electrónica, las cuales usualmente exigen alta rigidez, resistencia y módulo específico. Para el
caso de las aplicaciones en el sector eléctrico y electrónico, se requiere en el diseño de los
materiales, propiedades termomecánicas y termofísicas con una máxima transferencia de calor.
Los materiales metálicos de uso más común en CMM son las aleaciones ligeras de Al, Ti
y Mg; siendo el Al el de mayor consumo debido a su bajo costo, baja densidad, buenas
propiedades mecánicas, alta resistencia a la degradación ambiental y fácil manipulación.
4 http://www.monografias.com/trabajos61/materiales-compuestos-aluminio/materiales-compuestos-aluminio.shtml#ixzz3Km9PVQos
También se destaca el uso de aleaciones base Cu, al igual que se está investigando el uso de
semiconductores, superaleaciones y compuestos intermetálicos.
3.1.2 Refuerzos.
Los tipos de refuerzo se pueden clasificar en tres categorías: fibras, whiskers y partículas.
Desde el punto de vista de propiedades mecánicas, se puede obtener una gran mejora mediante el
uso de fibras continuas, reforzando en la dirección del esfuerzo aplicado; mientras que con
whiskers y partículas se experimenta una disminución de resistencia pero se obtiene una gran
isotropía en el material.
Fibras Continuas: En el caso de las fibras metálicas, los problemas de ataque químico por
parte de la matriz, los posibles cambios estructurales con la temperaturaza, la posible disolución
de la fibra en la matriz y la relativamente fácil oxidación de las fibras de metales refractarios (W,
Mo, Nb), hacen que éste tipo de materiales sean poco empleados. Esto ha dado pie al enorme
desarrollo de las fibras cerámicas, siendo las más empleadas como refuerzo las de B, Al2O3 y
SiC, y que entre sus numerosas ventajas se cuentan: no se disuelven en la matriz, mantienen su
resistencia a altas temperaturas, tienen alto módulo de elasticidad, no se oxidan y tienen baja
densidad.
Partículas: El uso de partículas como material reforzante, tiene una mayor acogida en los
CMM, ya que asocian menores costos y permiten obtener una mayor isotropía de propiedades en
el producto. Sin embargo, para tener éxito en el CMM desarrollado, se debe tener un estricto
control del tamaño y la pureza de las partículas utilizadas. Los refuerzos típicos de mayor uso en
forma de partícula son los carburos (TiC, B4C), los óxidos (SiO2, TiO2, ZrO2, MgO), la mica y
el nitruro de silicio (Si3N4). En los últimos años se han empezado a utilizar partículas de
refuerzo de compuestos intermetálicos,
Fibras discontinuas o whiskers: Las fibras discontinuas utilizadas normalmente para
la producción de CMM son comercializadas en diferentes diámetros (entre 3 y 5 mm). El uso de
éste tipo de fibras conduce a propiedades inferiores que las fibras continuas, por lo que
su costo se reduce. Los whiskers tienen diámetros menores a 1 mm y pueden tener una longitud
de hasta 100 mm, por lo que pueden considerarse como refuerzos discontinuos. Los principales
tipos de whiskers disponibles en el mercado son los de SiC y Si3N4. Aunque este tipo de
refuerzo ha sido de uso frecuente, su utilización se ha visto restringida en algunos países a causa
de su carácter nocivo para la salud humana.
3.1.3 Interfase matriz-refuerzo
La zona de interfase es una región de composición química variable, donde tiene lugar la
unión entre la matriz y el refuerzo, que asegura la transferencia de las cargas aplicadas entre
ambos y condiciona las propiedades mecánicas finales de los materiales compuestos.
Existen algunas cualidades necesarias para garantizar una unión interfacial adecuada
entre la matriz y el reforzante: una buena mojabilidad del reforzante por parte de la matriz
metálica, que asegure un contacto inicial para luego, en el mejor de los casos, generar la unión en
la interfase una estabilidad termodinámica apropiada (ya que al interactuar estos materiales, la
excesiva reactividad es uno de los mayores inconvenientes encontrados), la existencia de fuerzas
de unión suficientes que garanticen la transmisión de esfuerzos de la matriz al refuerzo y que
sean además estables en el tiempo bajo altas temperaturas. En el sector eléctrico y electrónico, se
debe tener en cuenta que los CET de la matriz y de los refuerzos deben ser similares para limitar
los efectos de los esfuerzos internos a través de la interfase, sobre todo al utilizar el compuesto a
altas temperaturas.
3.1.4 CMM: propiedades y comportamiento
Bajo condiciones ideales, el material compuesto muestra un límite superior de
propiedades mecánicas y físicas definido generalmente por la regla de las mezclas. Es posible
sintetizar material compuestos con una combinación de propiedades específicas de la aleación
(tenacidad, conductividad eléctrica y térmica, resistencia a la temperatura, estabilidad ambiental,
procesabilidad) con las propiedades específicas de los cerámicos reforzantes (dureza, alto
módulo de Young, bajo coeficiente de expansión térmica). Es así como por ejemplo, un material
compuesto AlCuMgAg/SiC/60p muestra una mejora de cada una de sus propiedades, tanto
mecánicas como térmicas al compararlo con la aleación base. De igual modo, se han conformado
CMM tipo A356/SiC/30-40, para la obtención de piezas que requieren alta transferencia
de calor y alta tenacidad con baja densidad.
3.1.5 Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas que exhiben los CMM son consideradas superiores con
respecto a los materiales que los componen de manera individual, como ya se ha señalado
anteriormente. Dicho aumento en propiedades, depende de la morfología, la fracción
en volumen, el tamaño y la distribución del refuerzo en la aleación base. Además dichos factores
controlan la plasticidad y los esfuerzos térmicos residuales de la matriz
Se ha comprobado cómo varía la dureza de un material compuesto en estado de obtención
y después de un tratamiento térmico, así como respecto al incremento del volumen del
reforzante. La experiencia muestra un incremento en la resistencia a la tracción al variar el % de
volumen de la fracción reforzante, tanto en el material sin tratamiento térmico, como con
tratamiento térmico.
Figura 3. La resistencia a la tracción en los materiales compuestos con partículas duras y
blandas varía en función del volumen del material reforzante
Por su parte la deformación de los materiales compuestos tiene una tendencia inversa al
incremento del volumen de partículas reforzantes Similar comportamiento a la elongación tiene
la resistencia al impacto
3.1.6 Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas fundamentales a considerar en los CMM son el CET y la
conductividad térmica (CT) Dependiendo de la fracción de volumen de refuerzo, su morfología y
su distribución en la aleación base, se obtienen diferentes valores de ambas propiedades. Ambos
pueden ser modificados por el estado de precipitación de la matriz y por el tipo de aleación de la
matriz. Es así como el CET de las aleaciones de titanio es muy similar a algunos tipos de fibras
reforzantes, lo cual se considera una ventaja ya que se disminuyen los esfuerzos residuales
debido a la diferencia térmica entre las fibras y la matriz.
Algunos investigadores conciben que en la medida en que la CT de la aleación matriz se
vea disminuida con la introducción de partículas cerámicas, esto puede verse compensado si la
fase cerámica que se usa como refuerzo es conductora.
3.1.7 Métodos de obtención
Las técnicas de producción para CMM se clasifican básicamente en cuatro tipos según el
estado de la matriz durante el proceso:
En estado líquido (fundición, infiltración),
En estado sólido (pulvimetalurgía (PM), sinterización, prensado en caliente),
En estado semisólido (compocasting) y
En estado gaseoso (deposición de vapor, atomización, electrodeposición), éste
último de poca difusión, pero bastante utilizado en la obtención de CMM para el sector
electrónico
En la figura 1, se muestra el proceso de obtención de materiales compuestos por la vía de
fundición, utilizando un agitador para homogeneizar las partículas del refuerzo en la matriz
de aluminio.
Figura 3. Método de fundición con agitación.
En los métodos relacionados con la fundición deben tenerse en cuenta los siguientes
aspectos:
Empleo de una capa de gas inerte
Técnicas de desgaseado por inyección rotatoria Argón-SF6
Evitar sobrecalentamientos (Formación de carburo de aluminio)
Agitación para el mezclado del refuerzo con el aluminio fundido)
Evitar turbulencias (se atrapa gas)
En el caso donde el metal se infiltra sin presión en una preforma del material cerámico
poroso, como se observa en la figura 2. En este caso la filtración del metal depende del nivel de
porosidad interconectada en el material cerámico.
Figura 4. Esquema del método de infiltración para obtener materiales compuestos.
Los pasos que se siguen cuando se emplea la pulvimetalurgia para obtener materiales
compuestos con matriz de aluminios son los siguientes:
Mezclado de los polvos
Compactado
Sinterizado
Acabado del producto
Los materiales en forma de polvo son mezclados previamente hasta obtener una
distribución homogénea, luego son prensados para obtener la forma de la pieza que se quiere
obtener y después se procede a la sinterización. El proceso de sinterización generalmente se
desarrolla en atmósfera de nitrógeno o amoniaco disociado.
Otro método empleado es el de al fundición prensada, mediante este método el metal
solidifica bajo la presión, entre moldes cuyas superficies son presionadas en
una prensa hidráulica. La presión aplicada y el contacto con el molde favorecen la transferencia
de calor, por lo que el enfriamiento es rápido y se obtiene un grano fino, libre de poros y
propiedades mecánicas cercanas a la materia prima
También se obtienen materiales compuestos con matriz de aluminio mediante extrucción,
cuando se hace pasar el material preconformado, tanto en frío, como en caliente a través de
troqueles con la forma que se desea, generalmente piezas simétricas a través de un eje.
Mediante la extrucción se logra acabado superficial y exactitud dimensional. Aunque a
veces se requieren operaciones de maquinado pequeñas tales como taladrado, pequeños cortes,
etc.
4. LOS MATERIALES CONDUCTORES Y MATERIALES AISLANTES
Los materiales pueden ser clasificados en conductores o aislantes, según conduzcan la
electricidad con facilidad o no lo hagan.
Esta clasificación depende de cuán firmemente estén
unidos los electrones a sus estructuras, ya que esto es un indicio de
la energía necesaria para otorgarles movilidad dentro del material,
es decir para conducir la electricidad.
Ejemplos de conductores y de aislantes
Esta diferenciación es útil dentro de ciertos límites. Por ejemplo, el cuarzo fundido es 10
cuatrillones de veces mejor aislante que el cobre, por lo que ambos suelen ser señalados como
excelentes aislante y conductor, respectivamente. Los metales y el agua sin destilar son
considerados buenos conductores, en cambio los plásticos y el vidrio son buenos aislantes.
4.1 El agua ¿conductora o aislante?
El agua en estado químicamente puro es una sustancia aislante. Sin embargo, en la
naturaleza se la encuentra en solución con otras sustancias que
presentan en su estructura iones con relativa libertad de
movimiento. En tales condiciones, estas soluciones son muy
buenas conductoras de la electricidad.
Una estrategia usada para evitar los accidentes
causados por la acumulación de electricidad estáticaconsiste en aumentar
la conductividad superficial por elevación de la humedad relativa. Muchas veces se instala con
este propósito un sistema de humidificación, integrado al equipo de aire acondicionado. El aire
húmedo conduce la electricidad e impide que las superficies se carguen.
4.2 Materiales Semiconductores
A esta clasificación se agregan en la actualidad los
materiales llamados semiconductores, como el silicio y el
germanio, los cuales son buenos aislantes cuando están en estado
cristalino puro, pero conducen la electricidad cuando se sustituyen
solo algunos átomos del cristal con otros, como arsénico o boro, mediante la técnica conocida
como dopado del material.
Los semiconductores tienen amplia aplicación tecnológica, por ejemplo en la fabricación
de transistores.
4.3 Materiales Superconductores
Algunos materiales que se consideran buenos conductores aumentan su
conductividad hasta prácticamente el infinito cuando se los enfría a
temperaturas cercanas al cero absoluto (– 273 K): son los llamados
superconductores.
En la actualidad, se han encontrado algunos materiales
cerámicos superconductores a temperaturas de algo más de 100 K. Existen grandes expectativas
respecto del diseño de materiales superconductores a temperaturas más altas ya que permitirían
un ahorro importante de energía.
4.4 Materiales conductores
En los materiales conductores, la carga se distribuye en la
superficie, lo que es fácilmente explicable si se tiene en cuenta la
repulsión entre las cargas de igual signo y la relativa movilidad con
que cuentan en los materiales de buena conductividad.
La concentración de carga depende de la curvatura de la
superficie, y se puede comprobar experimentalmente que la
máxima concentración se da en los értices o puntas.
El cuerpo humano puede ser considerado como un buen
conductor. Cuando la humedad relativa es baja, puede acumular
cargas bastante altas, ocasionadas por ejemplo, por la fricción del calzado con suelos aislantes.
También puede observarse la fricción de las prendas de seda, lana o fibras sintéticas, que
al ser retiradas provocan muchas veces pequeñas chispas eléctricas visibles y también audibles
como un débil chisporroteo.
Estas consideraciones adquieren significativa importancia en cuanto a evitar accidentes
para aquellas personas que trabajan con materiales altamente inflamables y también para las que
manipulan con equipos electrónicos muy sensibles, ya que éstos podrían sufrir algún desperfecto
por la acción de esa pequeña descarga.
5. CERÁMICAS INDUSTRIALES
Un cerámico es un compuesto inorgánico que consiste en un metal y uno o más no
metales.
•La palabra cerámica proviene del griego Keramos, que significa arcilla de vasijas o
trastos hechos de barro, el termino termino en ingles es clay.
•Los compuestos cerámicos se caracterizan por tener enlaces iónicos y covalentes, lo que
les ayuda a dar alta dureza, rigidez y temperatura de fusión
También conocidas como cerámicas de ingeniería, de alta tecnología o cerámicos finos,
porque proporcionan alta resistencia a temperaturas extremadamente altas, bajo peso, alta dureza
y alta resistencia a la corrosión.
• El costo es bajo debido a que la materia prima para hacer la cerámica es abundante en la
corteza terrestre. • Uno de los problemas con estos materiales es su fragilidad, sin embargo se
está trabajando en mejorar su ductilidad y tenacidad.
5.1 ÓXIDOS CERÁMICOS: ALUMINA
• Por sus propiedades físicas y mecánicas se utiliza como: abrasivos, bioceramicos
(huesos y dientes artificiales), aislantes eléctricos, componentes electrónicos, electrónicos,
ingredientes ingredientes de aleación aleación del vidrio, vidrio, ladrillos refractarios, insertos
para herramientas de corte y componentes de ingeniería
5.2 ÓXIDOS CERÁMICOS: ZIRCONIA
• Es oxido de zirconio ZrO2, de color blanco.
• Presenta una resistencia hasta de 2200ºC, posee una buena tenacidad, tenacidad,
resistencia resistencia al desgaste desgaste y a la corrosión, baja conductividad térmica.
• Las aplicaciones típicas incluyen dados para la extrusión en caliente de los metales, y
las perlas de zirconia usadas como medio de esmerilado y de dispersión para recubrimientos para
usos aeroespaciales, anticorrosivos, pinturas automotrices.
5.3 CERÁMICOS VIDRIADOS: SILICATOS AL-Li, Al-Mg, Al
• Están formados por microestructuras polifásicas complejas, que tienen coeficientes de
expansión térmicas cercanos a cero y resistentes a la corrosión provocada provocada por la alta
temperatura temperatura.
• Se utilizan en recipientes para cocinas comerciales y domésticas, vajillas, utensilios de
cocina para fuego directo y cámaras para microondas, así como en aplicaciones técnicas e
industriales.
• Se producen a partir de vidrio fundido y después cristalizado por tratamiento térmico.
5.4 CARBUROS Y NITRUROS:
De boro, de silicio y de aluminio.
• El carburo y nitruro de boro tiene muy alta dureza (es la segunda segunda sustancia
sustancia más dura después después del diamante) y baja densidad, se utiliza para placas
blindadas a prueba de balas, herramientas de corte, por su excelente resistencia a la abrasión se
utiliza como abrasivo en piedras de esmeril, boquillas de gas a presión.
• El carburo y nitruro de silicio tiene elevada resistencia a la termofluencia a temperaturas
elevadas, una dilatación térmica baja y una conductividad térmica alta, es adecuado para
componentes de alta temperatura como turbinas de gas, motores de cohete y crisoles para fundir.
6. VIDRIO
Es un sólido transparente amorfo (estructura atómica no cristalina) que es duro y frágil,
con excelente resistencia al intemperismo y a la mayoria de los reactivos químicos, excepto el
ácido hidro -fluorhídrico.
Está compuesto de sílice, cal y carbonato de sodio y está organizado en tres tipos
básicos: vidrio suave, vidrio duro y vidrio muy duro. También hay tres grados de vidrio sensible
a la luz y vidrios arquitectónicos especiales.
6.1 CLASIFICACIÓN DEL VIDRIO
Todos los vidrios contienen por lo menos 50% de sílice, que se le conoce como formador
del vidrio, la composición y las propiedades se pueden modificar de manera importante
adicionando
6.1.1 Vidrio suave
• Se ablanda o funde a temperaturas relativamente bajas.
• El vidrio cal-sosa comprende casi el 90% de todo el vidrio producido, no es caro y se
usa para hacer productos de alto volumen como botellas, vasos, ventanas, y bulbos para focos.
• NO es muy resistente a temperaturas altas. Cambios bruscos de temperatura o productos
químicos.
• El vidrio alcalino con plomo, contiene monóxido de plomo y se llama así por su alto
índice de refacción (no por su estructura atómica), y se utiliza para prismas y lentes ópticos. Se
usa como escudo contra la radiación atómica y es mejor aislante eléctrico que los vidrios de cal
sosa.
6.1.2 Vidrio duro
• Se ablanda o funde a temperaturas relativamente altas.
• El vidrio de borosilicato (1912), resiste choques térmicos y las altas temperaturas, tiene
una excelente excelente resistencia resistencia a los ácidos y al ataque químico, presentando bajo
coeficiente de expansión térmica.
• Se utiliza para cafeteras domésticas y comerciales, recipientes de vidrio para hornos y
para laboratorio, lentes para lámparas y otros usos de altas temperaturas.
• El vidrio de aluminosilicato (1936), es más difícil de fabricar y cuesta más que el de
borosilicato.
• Los vidrios de alumínicosilicato contienen cerca de 55% de SiO 2, 20% de AlO 3 y
cantidades pequeñas de B 2 O 3, MgO y CaO. Los contenidos elevados elevados de alúmina
alúmina y dióxido dióxido de silicio silicio producen un vidrio de un punto elevado de fusión,
que tiene mayor resistencia a las temperaturas elevadas que el de sosa y cal.
• Se utiliza en aplicaciones de alto desempeño como termómetros para alta temperatura,
ventanas de vehículos espaciales y como resistores en circuitos electrónicos.
6.1.3 Vidrio muy duro
• Se ablanda o funde a temperaturas extremadamente altas.
• Desarrollado en 1936 es un vidrio de 96% de sílice, sus propiedades son cercanas a las
de la sílice fundida, y algunas veces se usa como sustituto en componentes ópticos ópticos y en
ventanas ventanas de vehiculos espaciales.
• Puede soportar el calor de la entrada a la atmosfera terrestre, razón por la cual se utiliza
como recubrimiento resistente al calor del transbordador aerospacial.
6.1.4 Vidrio sensible a la luz
• Vidrio fotocrómico: para anteojos que se oscurecen cuando se exponen a la luz solar o a
la radiación ultravioleta y se aclaran cuando se retira el estímulo.
• Vidrio fotosensible: cambia de claro a opalino cuando se expone a energía ultravioleta
ultravioleta y cuando se calientan.
• Vidrios fotocromáticos (1978): se utilizan para almacenar información, objetos
decorativos y otros productos y contenedores transparentes.
BIBLIOGRAFÍA
http://erenovable.com/materiales-conductores-y-materiales-aislantes/
http://www.mater.upm.es/polimeros/Documentos/Cap6_5MoldeoInyeccion.pdf
Los plásticos - TEMAS CLAVE
www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1079
Materiales cerámicos. En www.uv.es/uimcv/Castellano/ModuloMatCeramicos/Unidad%201.pdf
http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema7_CM.pdf
Materiales: vidrio – Brand. En www.brand.de/es/caracteristicas-de-vidrio/