Tipos de Materiales en Ingeniería: Propiedades, Estructura y Aplicaciones

Clasificación Fundamental de Materiales

Los materiales se clasifican en diversas categorías según su composición y propiedades, incluyendo:

• Materiales Metálicos
• Materiales Cerámicos
• Materiales Poliméricos
• Semiconductores
• Materiales Compuestos

Materiales Metálicos

Son sustancias compuestas de uno o más elementos metálicos (aleaciones). Los átomos están dispuestos de manera ordenada.

• Resistentes y dúctiles a temperatura ambiente (pueden ser conformados con facilidad).
• Buenos conductores eléctricos y térmicos.

Incluyen: Acero, hierro fundido, aluminio, zinc, cobre, magnesio, titanio, níquel, entre otros.

Materiales Cerámicos

Son compuestos inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos, cuyos enlaces interatómicos pueden ser de carácter totalmente iónico o predominantemente iónico con algún carácter covalente.

• Enlace: Principalmente iónico, con cierto carácter covalente. El porcentaje de carácter iónico aumenta con la diferencia en electronegatividad.
• Baja conductividad eléctrica y térmica (son usados como aislantes).
• Son fuertes y duros, aunque también muy frágiles y quebradizos. Actualmente, se han creado cerámicos con mayor resistencia a la fractura.

Incluyen: Ladrillo, vidrio, porcelana, refractarios, abrasivos, entre otros.

Materiales Poliméricos

Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de g/mol.

• Se obtienen por la repetición de una o más unidades simples llamadas “monómeros”, unidas entre sí mediante enlaces covalentes.
• Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por enlaces covalentes.
• La mayoría de los polímeros son una mezcla de zonas aleatorias y zonas cristalinas.
• Baja conductividad eléctrica y térmica.
• Baja resistencia e inadecuados a altas temperaturas.

Incluyen: Hule, plásticos, adhesivos, entre otros (se producen por polimerización, en que grandes estructuras se generan a partir de moléculas orgánicas).

Cristalinidad

• Depende de las fuerzas intermoleculares entre las cadenas.
• La densidad aumenta con la cristalinidad, porque las cadenas enredadas al azar ocupan más volumen, mientras que el empacamiento más cercano pone la misma masa en menor volumen.
• La eficiencia con que se empacan las cadenas entre sí está relacionada con el grado de ramificación.
• Los polímeros iso y sindiotácticos son más cristalinos que los polímeros atácticos.

Temperatura de Transición Vítrea (Tg)

Temperatura a la cual un polímero altamente cristalino (vítreo) se hace flexible y moldeable.

Temperatura de Fusión Cristalina (Tm)

Temperatura a la cual los cristalitos se funden y las moléculas individuales pueden desplazarse unas sobre otras.

Termoplásticos

(Largas cadenas moleculares no rígidas) son más dúctiles.

Termoestables

(Largas cadenas fuertemente enlazadas) son más resistentes, aunque más frágiles.

Elastómeros

Son polímeros amorfos que poseen la propiedad de estirarse y recuperar su forma original.

Semiconductores

• La conductividad eléctrica puede controlarse.
• Muy frágiles. Los diodos, transistores y circuitos integrados (C.I.) están basados en semiconductores.

Incluyen: Silicio, germanio, GaAs, entre otros.

Materiales Compuestos

• Sus propiedades dependen de los componentes.
• Materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas.
• Herramientas de corte duras y a la vez resistentes al impacto.

Incluyen: Concreto, madera contrachapada, fibra de vidrio, entre otros.