Clasificación y Propiedades de los Materiales Industriales: Cerámicos, Metálicos, Plásticos y Compuestos

Clasificación de los Materiales Industriales

Atendiendo al origen de las sustancias que los forman, los materiales pueden ser naturales, artificiales y sintéticos. Sin embargo, si atendemos a sus propiedades y a su comportamiento frente a los ensayos de laboratorio, podemos clasificarlos en:

• Materiales Cerámicos

  Presentan baja conductividad eléctrica y térmica; son duros, frágiles y quebradizos (ladrillos, vidrio, porcelana). Poseen una estructura atómica formada por enlaces iónicos-covalentes.

  Clasificación según su Microestructura

  • Cerámicos Cristalinos: Obtenidos a partir de sílice fundida. Presentan gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas. Se emplean en la fabricación de motores, radiadores de infrarrojos, herramientas de corte y cojinetes.
  • Cerámicos No Cristalinos: También se obtienen a partir de sílice fundida, pero con un enfriamiento rápido, resultando un sólido amorfo. Su resistencia mecánica y térmica son inferiores. El más conocido es el vidrio común de ventana.
  • Vitrocerámicos: Fabricados a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento rápido. Son similares a los vidrios convencionales, pero con microcristales que le confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica (hornos y resistencias eléctricas).

  Propiedades y Aplicaciones

  Son muy duros y presentan gran resistencia mecánica al rozamiento, desgaste y cizalladura. Soportan altas temperaturas, son resistentes a la corrosión y poseen cualidades eléctricas. Sin embargo, son frágiles y su plasticidad es muy baja. Para mejorar sus propiedades, se han desarrollado materiales híbridos o compuestos, que son más elásticos y tenaces.

• Materiales Metálicos

  Poseen brillo característico, buena conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia, ductilidad y maleabilidad. Las aleaciones de metales favorecen propiedades particulares y permiten mejores prestaciones en aplicaciones muy versátiles.

• Materiales Plásticos

  Formados por largas cadenas moleculares de polímeros obtenidos a partir de moléculas sencillas (monómeros). Se clasifican en termoplásticos, termoestables y elastómeros.

• Materiales Compuestos

  Formados a partir de dos o más materiales de distintos grupos, permiten obtener propiedades que no se encuentran en ninguno de ellos de forma aislada (hormigón, materiales compuestos a partir de polímeros, metales y otros materiales innovadores como nanomateriales o biomateriales).

• Materiales Nuevos o de Generación

  Son aquellos que han sido modificados de forma química o estructural para ser utilizados en aplicaciones específicas.

Propiedades de los Materiales

Propiedades Físicas

• Extensión
• Impenetrabilidad
• Densidad
• Volumen específico
• Peso específico
• Efectividad
• Conductividad eléctrica (conductores, aislantes, dieléctricos, semiconductores, superconductores)

Propiedades Mecánicas

Son las más interesantes, ya que definen el comportamiento de los materiales frente a acciones mecánicas exteriores (fuerzas, desplazamientos):

• Cohesión: Resistencia que oponen las moléculas de los materiales a separarse unas de otras.
• Dureza: Resistencia que opone un cuerpo a ser rayado por otro.
• Elasticidad: Capacidad de un cuerpo de recobrar su forma primitiva cuando cesa la causa que lo deforma.
• Plasticidad: Capacidad de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura.
• Ductilidad: Capacidad de ciertos materiales de deformarse plásticamente y extenderse en forma de hilos bajo esfuerzos de tracción.
• Tenacidad: Capacidad de absorber energía frente a esfuerzos bruscos exteriores antes de romperse o deformarse.
• Fragilidad: Cualidad contraria a la tenacidad.
• Flexibilidad: Capacidad de un material para doblarse sin romperse.
• Fatiga: Resistencia a la rotura por un esfuerzo de magnitud o sentido variables.
• Resiliencia: Capacidad del material de absorber energía en la zona elástica al someterlo a un esfuerzo.
• Maquinabilidad: Facilidad con que un cuerpo puede ser trabajado por desbaste o arranque de viruta.

Propiedades Químicas

Los componentes básicos del aire atmosférico son el nitrógeno y el oxígeno. El nitrógeno es poco activo, pero el oxígeno es responsable de la mayoría de los procesos químicos en materiales expuestos a la intemperie:

• En ambiente seco y cálido, el O₂ provoca la oxidación del material.
• En ambiente húmedo, se produce la corrosión.

La oxidación es una reacción química donde el elemento que se oxida cede electrones al elemento oxidante. En algunos metales (Cu, Ni, Sn, Al), el proceso de oxidación depende de la temperatura. A temperatura ambiente, la capa de óxido es compacta, pero si la temperatura se eleva, puede agrietarse y permitir la difusión del oxígeno.

La corrosión es la destrucción lenta y progresiva de un material producida por el oxígeno cuando se combina con la humedad. Puede ser uniforme, localizada o irregular.