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CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES
CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES
1
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CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES
OBJETIVOS
a) Conceptualizar sobre los diferentes tipos
de materiales
b) Presentar la relacin entre ciencia de los
materiales e engeniera de materiales
c) Presentar la relacin entre procesamiento,
estructura, propiedades y desempeo de un
material
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CONTENIDO
Perspectiva histrica de los Materiales
Estructura, procesamiento, propiedades y desempeo
Relacin entre ciencia de los materiales e ingeniera
de materiales
Clasificacin de los materiales
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CICLO DE VIDA DE LOS MATERIALES DE
INGENIERA
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Metlico
Cermico
Polimrico
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UTILIZACIN DE LOS MATERIALES
Transportes (carros, aviones, cohetesespaciales, trenes, barcos, bicicletas, carros decarreras)
Construccin (casas, edificios, carreteras,tneles)
Vestuario (tejidos impermeables, tejidos de altoperformance (desempeo) para prcticasdeportivas, calzados)
Comunicaciones (TV, telfonos, telfonoscelular, microcomputadores, fibras pticas, hilosde cobre, CD, walkman)
Alimentacin (embalages, tanques dealmacenamiento de alimentos, sistemas deprocesamiento de alimentos)
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PERSPECTIVA HISTRICA
Inicialmente se utilizaron solamente materialesnaturales: piedra, madera, arcilla, pieles.
Descubrimiento de tcnicas para la produccin demateriales: Edad del hierro, edad del bronce,porcelana, algunas aleaciones.
Descubrimiento de procesos que permitieronmodificar las propiedades de los materiales: mezclade diferentes materiales, tratamiento trmico ytermomecnico.
Hace aproximadamente 60 aos se inici el estudiosistemtico de la relacin estructura-propiedades.
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ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES
Est asociada al arreglo de los componentes del
material en escala:
Subatmica
Atmica (tomos o molculas)
Microscpica (microestructura)
Macroscpica (macroestructura)
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Micrografia ptica de
una capa cementada.
Acero AISI 9310. 320X
Macrografia de una unin
soldada.
Aleacin Nb-10%Hf-10%W. 15X
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PROPIEDADES DE UN MATERIAL
Todo material expuesto a un estmulo ejerceuna respuesta.
Las principales propiedades de los slidos pueden ser agrupadas
Mecnicas Resistencia Ductilidad R.impacto R. Fatiga R. Termofluencia
Fsicas Elctricas Trmicas Magnticas pticas
Qumicas De degradacin (corrosin, oxidacin, desgaste)
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PROCESAMIENTO Y DESEMPEO
Procesamiento: conjunto de tcnicas para la obtencin
de materiales con formas y propiedades especficas.
Desempeo: resposta del material a un estmulo externo.
Tres muestras de alumina (Al2O3) procesadas por
diferentes mtodos. De izquierda a derecha: (i)
monocristal (transparente), (ii) policristal denso
(translcido) e(iii) policristal poroso (opaco).
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RELACIN ENTRE MICROESTRUCTURA,
PROCESAMIENTO, PROPIEDADES Y DESEMPEO
MICROESTRUCTURA
PROPIEDADES
DESEMPEO
PROCESAMIENTO
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CIENCIA DE LOS MATERIALES E INGENIERA DE
MATERIALES
Ciencia de los materiales: estudio de la relacin entreestructura y propiedades de los materiales.
Ingeniera de materiales: desarrollo o perfeccionamientode tcnicas de fabricacin y procesamiento de materiales
con base en la relacin estructura-propiedades.
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CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES
(I) Metales
(II) Cermicas
(III) Polmeros
- Compuestos
- Semicondutores
- Biomateriales
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Metales
Combinacin de elementos
metlicos
Gran nmero de elctrones libres
Muchas propiedades estn
relacionadas a esos elctrones
Buenos conductores elctricos y
trmicos; opacos; alta resistencia Micrografia ptica de unmecnica, moderada plasticidad y latnpolicristalino.100X.
alta tenacidad
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Cermicas
Combinacin de elementos metlicos
y no metlicos (carburos, xidos y
nitruros)
Cermicas, arcillas, vidiros, vitro-
cermicas
Aislantes trmicos y elctricos;
refractrios; resistentes a medios
qumicamente agresivos; muy duras ymuy frgiles Micrografia pticade
transmisin del nitruro de
silcio (Si3N4). 750X.
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Polmeros
Compuestos orgnicos a base de
carbono, hidrgeno y otros
elementos.
Estructuras moleculares muy
grandes (macro-molculas).
Plsticos y Cauchos.
Poseen baja densidad; materiales
bastante flexbles, fcilmente
conformbles ypoco resistentes a
las altas temperaturas.
Micrografia ptica de
transmisin de un
polietileno de estructura
esferultica. 525X.
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Compuestos
Constitudos por ms de un
tipo de material.
Diseados para presentar
las mejores caractersticas
de cada uno de los
materiales involucrados.
Micrografiaptica de un
compuesto reforzado con fibras
de vidrio.1000X
Ejemplo: las llamadas fibras de vidro estn
constitudas por fibras de un material cermico
(vidrio) distribudas en un material polimrico.20
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Semicondutores
Poseen propiedades elctricas
intermedirias de un material
conductor e un aislante.
Sus propiedades elctricas sonextremadamente sensbles a la
presencia de impurezas.
Utilizados en la industria
electrnica para fabricar circuitos
integrados.Wafer pulida en Si.
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Biomateriales
Utilizados para recomponer
partes del cuerpo humano que
fueron daadas por
enfermedades o accidentes.
Deben ser compatibles con los
tejidos humanos, es decir, no
pueden liberar sustancias
txicas cuando estn en
contacto con fluidos o tejidos del
cuerpo humano.
Fotografia de dos prtesis para
implantesquirrgicos.
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Necesidades actuales y desafios futuros
Reactores nucleares: materiales para contencin deradiacin y almacenamiento de resduos radioactivos,nuevos materiales para combustibles.
Transporte: materiales livianos y resistentes en altastemperaturas para optimizar el rendimiento energtico.
Energa: nuevos materiales para combustibles, materialesespecficos para la fabricacin de nuevos dispositivos parageneracin de energa usando fuentes alternativas noagresivas al medio ambiente.
Busqueda de nuevos recursos para la substituicin defuentes no renovables, como carbn o petrleo, usadasen la produccin de polmeros.
Reciclaje.
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