Fundamentos de los Materiales: Estructura, Propiedades y Aplicaciones
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Ciencia de los Materiales
La Ciencia de los Materiales se enfoca en el conocimiento básico de los materiales: su estructura, propiedades y elaboración.
Ingeniería de Materiales
La Ingeniería de Materiales aplica este conocimiento de los materiales para su diseño y uso práctico.
Materiales
Los materiales son las sustancias de las que algo está hecho.
Tipos de Materiales
a) Metales
Sustancias inorgánicas compuestas por uno o más elementos metálicos. Pueden contener elementos no metálicos (como carbono, hidrógeno, oxígeno). Tienen una estructura cristalina.
Características principales:
- Buena conductividad eléctrica y térmica.
- Resistencia a altas temperaturas.
- Alta rigidez.
- Ductilidad.
- Resistencia al impacto.
- Buena tenacidad.
| Metal | Aplicación | Propiedad |
|---|---|---|
| Cobre | Alambre conductor eléctrico | Alta conductividad eléctrica |
| Hierro fundido gris | Bloque para motor | Moldeable, tenaz |
| Aleación de Acero | Llaves | Dureza por tratamiento térmico |
| SAE 1020 | Estructural | Rigidez, tenacidad |
b) Polímeros
Compuestos orgánicos formados por muchos monómeros. Poseen una estructura no cristalina, con largas cadenas moleculares. Están basados principalmente en carbono, hidrógeno y otros elementos no metálicos.
Características principales:
- Baja conductividad térmica.
- Reducida resistencia.
- Baja densidad.
- Flexibilidad.
- Aislante eléctrico.
Los plásticos son un tipo de polímeros:
- Termoplásticos: Dúctiles y conformables.
- Termoestables: Resistentes.
Su peso molecular oscila entre 1000 y 1,000,000 g/mol.
| Polímero | Aplicación | Propiedad |
|---|---|---|
| Polietileno | Empaquetado de alimentos | Fácil conformabilidad |
| Epóxicos | Encapsulado de circuitos | Aislante, resistencia a la humedad |
| Fenólicos | Adhesivos para maderas | Dureza y resistencia a la humedad |
c) Cerámicos
Materiales inorgánicos formados por un metal y un no metal. Su estructura puede ser cristalina, no cristalina o una mezcla de ambas.
Características principales:
- Buenos aislantes eléctricos y térmicos.
- Resistencia a altas temperaturas y a ambientes abrasivos.
- Duros.
- Frágiles.
- Baja conductividad eléctrica y térmica.
- Buena tenacidad (en algunos casos, especialmente cerámicos de ingeniería).
Ejemplos comunes: ladrillo, vidrio, porcelana, baldosas.
Los Cerámicos de Ingeniería ofrecen mayor resistencia mecánica, al desgaste y a la corrosión.
| Cerámico | Aplicación | Propiedad |
|---|---|---|
| Nitruro de silicio | Herramientas de corte | Resistencia a la fractura y al choque térmico |
| SiO2-Na2O-CaO | Vidrio para ventana | Aislante térmico, ópticamente útil |
| SiO2 | Refractario para contener metal fundido | Aislante térmico |
d) Compuestos
Materiales formados por más de un tipo de material, diseñados para alcanzar mejores características que sus componentes individuales. Generalmente, están formados por un material de refuerzo y una matriz aglomerante (ejemplo: concreto).
Se clasifican según el tipo de refuerzo:
- Fibrosos
- Particulados
Y según el tipo de matriz:
- Metálica
- Polimérica
| Compuesto | Aplicación | Propiedad |
|---|---|---|
| Carburo de tungsteno-cobalto (WC-Co) | Herramientas de corte | Alta dureza y resistencia al impacto |
| Lana de vidrio | Construcción habitacional | Resistente, flexible, aislante |
| Grafito en matriz epóxica | Componentes de aviones | Elevada relación resistencia-peso |