Materiales Industriales: Propiedades, Tipos y Aplicaciones Fundamentales

Introducción a los Materiales y sus Propiedades

Los materiales son las sustancias que componen las cosas (madera, acero, plásticos, hormigón...). Poseen propiedades físicas, químicas y mecánicas que los hacen más adecuados para un determinado uso. Se pueden clasificar en tres grupos principales: metales, polímeros, cerámicos y compuestos.

Metales

Los metales son elementos químicos que se caracterizan por ser poco electronegativos y tener pocos electrones en su capa más externa. Son sustancias dúctiles y maleables, excelentes conductores del calor y la electricidad. Son capaces de formar cationes y sus óxidos e hidróxidos tienen un carácter básico. Se utilizan más en forma de aleación que en estado puro debido a la mejora de sus propiedades.

Aleaciones Metálicas

Las aleaciones se obtienen por la mezcla de un metal con otro o con algún no metal. Su principal objetivo es mejorar las propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción, al desgaste y a la corrosión. Además, su punto de fusión es inferior al del componente individual de la mezcla con el punto de fusión más bajo. Son buenos conductores eléctricos y térmicos, poseen alta resistencia, son dúctiles, maleables y resistentes al desgaste. Se emplean ampliamente en elementos estructurales.

Las aleaciones más utilizadas incluyen: acero, aluminio, magnesio, zinc, titanio, cobre, níquel y sus respectivas aleaciones. Se clasifican principalmente en férricas y no férricas.

Metales y Aleaciones Férricas

Contienen hierro como principal elemento y se clasifican por el porcentaje de carbono:

• Hierro: Puro, con menos de 0.3% de carbono. Tiene pocas aplicaciones industriales debido a su escasa resistencia mecánica y fácil corrosión.
• Aceros: Aleación de hierro y carbono.
• Fundiciones: Aleaciones de hierro y carbono que no admiten deformación y contienen entre un 2.5% y un 5% de C y entre un 0.5% y un 3% de Si.

Polímeros

Los polímeros son sustancias de origen orgánico formadas principalmente por carbono (C) e hidrógeno (H), que adoptan largas cadenas de elevado peso molecular. Los plásticos son una parte importante de los polímeros. Se obtienen por procesos de polimerización a partir de pequeñas moléculas orgánicas, que son unidas mediante una reacción química. Este grupo incluye también cauchos y adhesivos.

Tipos de Polímeros

Existen polímeros naturales, como el algodón, la seda o la lana. Sin embargo, los más utilizados son los materiales sintéticos, que ofrecen gran resistencia mecánica, bajo peso, flexibilidad y son excelentes aislantes eléctricos.

• Termoplásticos: Forman largas cadenas de átomos de carbono unidos de forma rígida. Se comportan como plástico cuando se calientan, pueden fusionarse y luego solidificarse en un molde. Son reciclables (ej. polietileno, metacrilato).
• Termoestables: Más resistentes y frágiles, pueden formar cadenas de átomos de carbono entrecruzadas. No son reciclables porque se descomponen al calentarse (ej. adhesivos, espumas, utensilios de cocina).
• Elastómeros: Otro tipo de polímero (ej. caucho). Son capaces de deformarse a alta presión y recuperar su forma inicial (ej. silicona, polibutadieno).

Materias Primas de Polímeros

Las materias primas más usadas para la fabricación de polímeros son el plástico, la madera y el algodón. Contienen principalmente carbono (C) e hidrógeno (H) y, en algunos casos, oxígeno (O), nitrógeno (N), azufre (S) y cloro (Cl).

Monómeros

Los monómeros son compuestos moleculares sencillos que pueden enlazarse de forma covalente con otros para formar largas cadenas moleculares, dando origen a los polímeros (ej. etileno, cloruro de vinilo).

Materiales Cerámicos

Los materiales cerámicos están compuestos por elementos metálicos y no metálicos, unidos de forma iónica o covalente. Son característicamente duros y frágiles, con baja tenacidad y ductilidad. Son excelentes aislantes eléctricos y térmicos, y poseen una alta temperatura de fusión.

• Vidrios: Compuestos principalmente por un 70% de sílice, sosa y cal, en estado no cristalino.
• Vitrocerámicas: Vidrios que pierden su estado amorfo mediante procedimientos específicos. Poseen un coeficiente de dilatación muy bajo, lo que les confiere gran resistencia a los cambios de temperatura.
• Arcillas: Silicatos de aluminio fáciles de conformar. Se dividen en:
  • Línea blanca: Utilizada en sanitarios y vajillas.
  • Línea estructural: Empleada en ladrillos y baldosas.
• Refractarios: Compuestos por partículas gruesas de óxidos metálicos unidos por material refractario más fino. Son capaces de soportar altas temperaturas sin descomponerse.