Explorando los Materiales: Metales, Polímeros, Cerámicas y sus Propiedades

Tipos de Materiales: Metales, Polímeros, Cerámicas y Materiales Compuestos

Exploraremos los diferentes tipos de materiales, incluyendo metales y aleaciones, polímeros, cerámicas y vidrios, y materiales compuestos, junto con sus propiedades.

Metales y Aleaciones (Hierro, Acero)

Polímeros (PVC, Poliuretano)

Cerámicas y Vidrios (Cementos, Hormigones)

Materiales Compuestos (Madera, Fibra de Vidrio)

Propiedades de los Metales

Las propiedades de los metales se clasifican en químicas, físicas, mecánicas, económicas y de fabricación.

Propiedades Químicas

Oxidación: Reacción de un material con el oxígeno, generando óxido y liberando energía (exotérmica). La resistencia a la oxidación depende de la energía necesaria para iniciar la reacción (endotérmica). La adición de un 18% de Cromo (Cr) disminuye significativamente la oxidación de los aceros.

Propiedades Físicas

• Densidad (ρ): e = m/v (kg/m³)
• Peso Específico (Pe): Pe = P/v (N/m³)

Propiedades Eléctricas

La conductividad o el aislamiento de un material dependen de su resistencia (R). Se define como: R = ρ x l/s, donde ρ es la resistividad. Los materiales se clasifican en:

• Conductores: Baja resistividad (ej., metales)
• Aislantes: Alta resistividad (ej., madera, plásticos)
• Semiconductores: Resistividad intermedia (ej., Silicio dopado)

Propiedades Térmicas

• Dilatación Térmica: Xo x (1 + KΔt)
• Calor Específico: Q = m x CeΔt (Ce: J/kg)
• Temperatura de Fusión: Temperatura a la que una sustancia pasa de sólido a líquido (a 1 atm). Durante la fusión, la temperatura permanece constante.
• Conductividad Térmica: J = K x Δt/l, donde J es la densidad de flujo de calor (J/seg x m²), K es la conductividad térmica y L es la longitud.

Propiedades Magnéticas

Según su comportamiento frente a un campo magnético, los materiales se clasifican en:

• Diamagnéticos: Se oponen al campo magnético exterior (ej., Oro, Plata, Cobre).
• Paramagnéticos: El campo magnético interior es mayor que el exterior (ej., Aluminio, Platino, Paladio).
• Ferromagnéticos: El campo magnético interior es mucho mayor que el exterior (ej., Hierro, Cobalto, Níquel).

Propiedades Ópticas

Al incidir la luz sobre un cuerpo, pueden ocurrir tres cosas:

• Cuerpos Opacos: Impiden el paso de la luz.
• Cuerpos Transparentes: Permiten el paso total de la luz.
• Cuerpos Translúcidos: Permiten el paso parcial de la luz, dificultando la visión a través de ellos.

Propiedades Mecánicas

• Ensayo de Tracción: Se estira una probeta hasta su ruptura para obtener una curva tensión-alargamiento.
• Dureza:
  • Dureza Mineralógica: Escala de Mohs (Talco: 1, Diamante: 10).
  • Métodos de Retroceso: Se lanza una bola desde una altura; mayor rebote indica mayor dureza.
  • Métodos de Penetración: Se utilizan penetradores para medir la dureza según la huella dejada.
• Resiliencia: La capacidad de un material para almacenar energía en forma de deformación plástica antes de romperse. Se mide mediante el ensayo de Charpy.
• Fractura: Dúctil (con deformación) y frágil (sin deformación).
• Fatiga: Ruptura de una pieza sometida a cargas cíclicas, incluso sin alcanzar la tensión de ruptura. Acero y titanio no presentan fatiga por debajo de un cierto límite.
• Fluencia: Deformación de un material a altas temperaturas bajo una carga constante. Comienza a partir de 0.4 veces la temperatura de fusión.

Propiedades de Fabricación

• Maleabilidad: Facilidad para formar láminas.
• Ductilidad: Facilidad para formar hilos.
• Forjabilidad: Facilidad para ser sometido a forja.
• Maquinabilidad: Facilidad para ser mecanizado (formación de viruta).