Explorando los Materiales: Ferrosos, No Ferrosos, Construcción y Nuevas Fronteras

Materiales: Una Visión General

Metales Ferrosos

Los metales ferrosos son aquellos que contienen hierro como componente principal. Su procesamiento y características son fundamentales en diversas industrias.

1. Proceso de Obtención

   Alto horno: Las materias primas se introducen en el alto horno, donde la temperatura aumenta gradualmente. La cal reacciona con la ganga, formando escoria que se separa del hierro fundido. El arrabio resultante se convierte en acero líquido en el convertidor LD.

   Horno eléctrico: Se introduce chatarra y fundente. Un arco eléctrico funde la chatarra, luego se inyecta oxígeno para eliminar impurezas. Se añade carbono y ferroaleaciones para obtener acero líquido.

2. Materias primas: Mineral de hierro, carbón de coque y fundentes (piedra caliza).

3. Punto de Fusión

   El hierro puro pasa de estado sólido a líquido a la máxima temperatura. A medida que aumenta el porcentaje de carbono, la temperatura de fusión disminuye hasta un 4,3%, luego comienza a ascender. La temperatura más baja (1130°C) corresponde al 4,3% de carbono.

   Representación gráfica de la temperatura de fusión en función del porcentaje de carbono.

4. Clasificación según contenido de carbono

   • Aceros: Menos de 1,7% de carbono.
   • Fundiciones: 1,7-6,6% de carbono.
   • Grafitos: Más de 6,6% de carbono.

5. Importancia del Convertidor LD: El arrabio tiene un exceso de impurezas que lo hacen frágil. El convertidor LD elimina estas impurezas, mejorando sus propiedades para la fabricación industrial.

Metales No Ferrosos

Los metales no ferrosos no contienen hierro en cantidades significativas y se clasifican según su densidad.

1. Clasificación por densidad

   • Pesados: >5kg/dm3
   • Ligeros: 2-5kg/dm3
   • Ultraligeros: <2kg/dm3

2. Aluminio: Es ligero y resistente a la oxidación y corrosión, superando al acero inoxidable en estas propiedades.

3. Galvanizado: Consiste en recubrir un metal con una capa de cinc para hacerlo anticorrosivo. Se utiliza en grandes estructuras como puentes y torres.

4. Cobre: Es ligero, blando, dúctil y maleable. Conduce la electricidad pero no el calor. Es resistente a la corrosión debido a su superficie oxidada. Es versátil para aleaciones.

Polímeros

Tabla de polímeros comunes:

Los polímeros son materiales de estructura muy elástica, que permiten grandes deformaciones sin rotura. Sin embargo, no se pueden volver a fundir.

Materiales de Construcción

Los materiales de construcción son esenciales para la edificación y la infraestructura.

1. Yeso: Sulfato cálcico bihidratado (CaSO4·2H2O). Absorbe agua debido a su porosidad, lo que lo hace inadecuado para exteriores.

2. Cemento: Se obtiene al calcinar una mezcla de caliza y arcilla trituradas (3:1). El clinker resultante se mezcla con yeso para producir cemento.

3. Tipos de Morteros y Hormigones

   • Mortero: Cemento en polvo, agua y arena. Se usa para unir ladrillos y elementos de construcción.
   • Hormigón: Mortero y grava. Se usa en cimientos, vigas, encofrados, puentes y túneles.
   • Fibrocemento: Cemento reforzado con fibras orgánicas o sintéticas. La uralita usaba fibras de amianto, que son cancerígenas.

4. Hormigón Armado: El acero soporta los esfuerzos de tracción y el hormigón los de compresión.

5. Hormigón Armado vs. Pretensado

   Hormigón Armado: Acero de refuerzo pasivo que resiste la tracción, pero puede agrietarse bajo ciertas cargas.

   Hormigón Pretensado: Acero tensado activo que precomprime el hormigón, aumentando su resistencia a la tracción y evitando el agrietamiento.

6. Vidrio: Compuesto de arena de cuarzo, cal y sosa o carbonato sódico. A veces incluye vidrio reciclado. Es un material cerámico amorfo.

7. Cemento Romano: Duro y resistente al agua de mar. Se hornea a 900°C, usando ceniza volcánica para su dureza.

Nuevos Materiales

Los nuevos materiales están revolucionando diversas industrias con sus propiedades únicas.

1. Grafeno: Un material con propiedades excepcionales:

   • Conductividad: Excelente conductor térmico y eléctrico, mejor que el cobre.
   • Resistencia: 200 veces más duro que el acero y más duro que el diamante.
   • Ligereza: 200 veces más ligero que el acero y más ligero que la fibra de carbono.
   • Transparencia: Debido a su espesor de un átomo.
   • Efecto Joule: Menor calentamiento al conducir electrones.
   • Autorreparable: Debido a su composición de C y H.

2. Aplicaciones del Grafeno: Más de 50 usos revolucionarios, incluyendo chalecos antibalas, invisibilidad, procesadores, pantallas flexibles, pintura que absorbe energía, baterías y biotecnología (conexiones nerviosas).

3. Fibra de Carbono: 3 veces más resistente que el acero y 4,5 veces más ligero. No se corroe.

4. Resina Epoxi: Utilizada como matriz en materiales compuestos.