Ciencia de los Materiales: Clasificación, Propiedades y Sostenibilidad

1. Estado natural, obtención y transformación

Materiales naturales: Se encuentran en la naturaleza (materias primas) y se acondicionan para su uso.

Materiales transformados: Son materias primas naturales sometidas a procesos de transformación (modificaciones físicas y químicas). Permiten desarrollar materiales con nuevas propiedades (ecológicas, biomédicas, tecnológicas).

2. Clasificación de materiales

• Metálicos: Férricos y no férricos.
• Cerámicos:
• Poliméricos: De origen natural o sintéticos.
• Moleculares e híbridos.

3. Propiedades de los materiales

Las propiedades determinan la respuesta de un material frente a diferentes estímulos y condicionan su aplicación.

Físico‑químicas

Físico‑químicas: Describe la respuesta de un material ante estímulos externos (térmicos, eléctricos, químicos, etc.).

Sensoriales

Sensoriales: Relacionadas con los sentidos (color, tacto, olor, brillo).

Mecánicas

Mecánicas: La respuesta que presenta un material cuando es sometido a esfuerzos (resistencia, dureza, tenacidad, elasticidad).

4. Materiales metálicos

Se caracterizan por su alta conductividad eléctrica y térmica, su ductilidad (pueden estirarse en hilos) y su maleabilidad (pueden laminarse).

Clasificación

• Férricos: Contienen principalmente hierro. Son importantes por su resistencia y bajo costo.
• No férricos: No contienen hierro. Son valorados por su ligereza, resistencia a la corrosión y conductividad.

5. Materiales cerámicos

Son compuestos inorgánicos y no metálicos. Se obtienen a través de procesos de cocción de materias primas naturales como la arcilla.

Propiedades

• Duros
• Frágiles (baja tenacidad)
• Alta resistencia a la compresión
• Muy buenos aislantes térmicos y eléctricos

6. Materiales poliméricos

Son macromoléculas formadas por la unión de muchas unidades pequeñas (monómeros). Comúnmente conocidos como plásticos.

Clasificación

• De origen natural: Se obtienen de la naturaleza.
• Sintéticos: Se obtienen por procesos químicos, generalmente a partir del petróleo.

Propiedades

Los polímetros suelen ser ligeros, resistentes a la corrosión y excelentes aislantes térmicos y eléctricos.

7. Materiales híbridos

Se crean artificialmente combinando dos o más materiales de naturaleza diferente para obtener propiedades que no tienen los materiales por separado.

Objetivo: Conseguir una mejor combinación de resistencia, ligereza y rigidez.

8. Selección de materiales

Es el proceso de elegir el material más adecuado para una aplicación específica. Esta selección se basa en un equilibrio entre tres factores principales:

• Función (requisitos de propiedades): ¿Qué necesita hacer? (ej.: ¿debe ser conductor?, ¿resistir la corrosión?, ¿ser ligero?). Aquí se aplican las propiedades mencionadas: mecánicas, físico‑químicas, sensoriales, etc.
• Fabricación (procesabilidad): ¿Es fácil y económico de moldear, mecanizar o ensamblar?
• Costo y sostenibilidad: ¿Cuál es su precio? ¿Cuál es su impacto ambiental?

9. Impacto ambiental producido por la obtención y transformación

La Ciencia de los Materiales debe ser consciente del ciclo de vida del producto. La obtención y transformación de materiales tiene un gran impacto ambiental:

• Extracción de materias primas: Agotamiento de recursos y degradación del paisaje.
• Transformación y fabricación: Alto consumo energético, emisión de gases contaminantes y de efecto invernadero, generación de residuos y aguas residuales.

Estrategia de sostenibilidad (economía circular): Es fundamental usar materiales reciclables, reducir desechos e implementar tecnologías limpias para minimizar el impacto negativo.