Download - estructura de los materiales
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE TABASCO
MATERIA
EXTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERISALES
ALUMNO
FRANCISCO JAVIER VENTURA JIMENEZ
LUIS ROBERTO CASTILLO CASTILLO
GRADO
4º CUATRIMESTRE “B”
CARRERA
MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
VILLAHERMOSA, TABASCO
INTRODUCCION A LAS PORPIEDADES DE LOS MATERIALES
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Los materiales son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan de utilidad para la fabricación de estructuras, maquinaria y otros productos.
Existen materiales de muy diversos tipos que, de forma muy regular, se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:
CLASIFICACIÓN
Metales : son los sólidos en que los átomos están ubicados en posiciones regularmente definidas y repetitivas en la estructura. Esas estructuras regularmente son llamadas cristales. Ejemplo de metales son: hierro y acero, aluminio, cobre, níquel, titán, etc., y sus aleaciones.
Polímeros: consisten en moléculas en cadena largas en grupos repetitivos que principalmente tiene enlaces covalentes, muchos polímetros tienden a reblandarse a temperaturas moderadas, por lo general no son útiles en aplicaciones de alta temperatura gran desarrollo potencial. Comúnmente llamados plásticos.
Cerámicos: están formados por especies antimónicas metálicos y no metálicos. ejemplos vidrios, cementos, hormigones, etc.
Materiales compuestos: son estructuras donde se mezcla dos o mas materiales para producir un nuevo material.
INTRODUCCION A LAS PORPIEDADES DE LOS MATERIALES
METALES
En metales en estado sólido , los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos en una
ordenación sistemática o estructura cristalina . Por ejemplo la disposición de los átomos de cobre en el cobre
cristalino consiste que los átomos están tan juntos que sus electrones externos de valencia son atraídos por
los núcleos de sus numeroso vecinos
Enlace iónico
Los enlaces iónicos se pueden formar entre elementos muy electropositivos (metálicos) y elementos muy
electronegativos (no metales) . En el proceso de ionización los electrones son transferidos desde los átomos
de los elementos electropositivos a los átomos de los elementos electronegativos , produciendo cationes
cargados positivamente y aniones cargados negativamente.
El enlace covalente se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados muy
próximos en la tabla periódica . En el enlace covalente los átomos generalmente comparten sus electrones
externos s y p como otros átomos , de modo que cada átomo alcanza la configuración de gas noble.
PROPIEDADES DEL ACERO
• Brillo: reflejan la luz que incide sobre su superficie. La inmensa mayoría
presenta un brillo metálico muy intenso.
• Dureza: las superficies de los metales oponen resistencia a dejarse rayar por
objetos agudos.
• Tenacidad: los metales presentan menor o mayor resistencia a romperse cuando
se ejerce sobre ellos una presión.
• Maleabilidad: ciertos metales, tales como la plata, el oro y el cobre, presentan la
propiedad de ser reducidos a delgadas laminas, sin romperse.
• Conductividad calórica: los metales absorben y conducen la energía calórica.
INTRODUCCION A LAS PORPIEDADES DE LOS MATERIALES
Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad con que los átomos o iones están
ordenados uno con respecto al otro. Un material cristalino es aquel en que los átomos se encuentran situados
en un arreglo repetitivo o periódico dentro de grandes distancias atómicas; tal como las estructuras
solidificadas, los átomos se posicionarán de una manera repetitiva tridimensional en el cual cada átomo está
enlazado al átomo vecino más cercano.
Diamante (carbono puro) Cuarzo (dióxido de silicio) Escapolita (silicato de Al ...) Pirita (sulfuro de hierro)
Modelo atómico en un material ordenado (cristal) Modelo atómico de un vidrio
INTRODUCCION A LAS PORPIEDADES DE LOS MATERIALES
Quizás lo más importante de este tipo de materiales se pueden resumir en dos cosas:
1.Aspecto científico del material. Una gran diversidad de materiales pueden ser reconocidos como amorfos. Pero existe
una gran discusión en la definición científica de los materiales amorfos y el conocimiento popular de este tipo de
materiales. Existe una confusión entre la propiedad de ser amorfo y materiales amorfos por definición.
2.Fundamento físico de estos materiales, es decir, sus propiedades físicas. Por ejemplo: su banda energética, sus
propiedades eléctricas y magnéticas. Características que son únicas de ellos y no son claras en los sólidos cristalinos.
Sus moléculas están evidentemente distribuidas al azar y las propiedades físicas del sólido son idénticas en
todas direcciones (isótropo). Ocasionalmente estas sustancias evidencian las propiedades elásticas de los
cristales, por ejemplo en una escala considerable su expansión puede ser proporcional a la tensión aplicada.
INTRODUCCION A LAS PORPIEDADES DE LOS MATERIALES
Algunos sólidos amorfos, su tipo de enlace y su temperatura crítica de
formación del amorfo.
Sustancia
Amorfa
Tipo de
Enlace
Tg
(°K)
Sustancia
amorfa
Tipo de
Enlace
Tg (°K)
SiO2
GeO2
Si, Ge
Pd0.4 Ni0.4 P0.2
BeF2
As2S3
Covalente
Covalente
Covalente
Metálico
Iónico
Covalente
1430
820
-
580
570
470
Poliestireno
Se
Au0.8 Si0.2
H2O
C2H5OH
Isopentano
Fe,Co,Bi
Polimérico
Polimérico
Metálico
Enlace de H
Enlace de H
Van der Waals
Metálico
370
310
290
140
90
65
-
INTRODUCCION A LAS PORPIEDADES DE LOS MATERIALES
METALURGIA
Es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales
metálicos, hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el
control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión.
La metalurgia
Principios básicos de metalurgia
Los metales en estado sólido, están formados por un conjunto de cristales denominados
granos, que tienen diferentes formas y tamaños según los elementos químicos que lo
componen, la forma de fabricación del material: Fundido, laminado, forjado, y los
tratamientos térmicos de templado, revenidos, etc. a que fue sometido.
Las propiedades de los metales dependen justamente de esos tres factores, composición,
método de fabricación y tratamientos térmicos.
METALURGIA, ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
METALURGIA, ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
METALURGIA
La metalurgia propiamente dicha nació con los primeros metales trabajados: el cobre, el oro y la plata.
Los primeros utensilios de metal eran elaborados por artesanos trabajando el metal en frío.
Hacia el año 5000 a. C. se produjo un descubrimiento clave: la fundición de los materiales metálicos.
Se utilizaban moldes de arcilla para dar la forma deseada y luego, cuando se enfriaba, el metal adquiría una gran resistencia y dureza.
El bronce es una aleación de cobre y estaño empleada por primera vez en Mesopotámica hacia el 3000 a. C. La cantidad de estaño hace variar la dureza de la aleación.
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
FUNDICIONES FERROSAS
Fundición maleable. Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Se somete la fundición blanca 72 horas a 850 a 1050ºC . El carbono queda libre en forma de crispetas (grafito) y puede estar sobre diferentes matrices (ferritica, perlitica, martensitica).
Fundición nodular. En la fundición Nodular, dúctil o esferoidal, la mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial
Fundiciones
Fundición maleable. Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamientotérmico de la fundición blanca. Se somete la fundición blanca 72 horas a 850 a 1050ºC . El carbono quedalibre en forma de crispetas (grafito) y puede estar sobre diferentes matrices (ferritica, perlitica,martensitica).
Fundición nodular. En la fundición nodular, dúctil o esferoidal, la mayor parte del contenido de carbono en el hierro
nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula
con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades
deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y
tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico,
superficial, especial
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES
FERROSAS
Aleaciones Metálicas
No ferrosasFerrosas
FundicionesAceros
Maleable Nodular Blanca GrisAlta aleaciónBaja aleación
Bajo C Medio C Alto C herramientas Inoxidable
Aceros al Carbono:
Sus propiedades dependen principalmente del cabrono que tiene, contienen pequenas
cantidades de (Mn, Si, P, S). No se endurecen por temple.
• Bajo Carbono (%C < 0.25)
• Columnas metálicas en líneas eléctricas
• Estructuras de casas
• Carrocería de automóviles
• Clavos
• Medio Carbono (0.2 < C < 0.70)
• Piezas de maquinaria en general
• Ejes, elementos de motores
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
Aceros al Carbono:
• Alto Carbono (0.7 < C < 1.40)
• Son los más duros, fuertes y menos dúctiles
• Responden mejor al tratamiento térmico
• Resortes
• Alambres de alta resistencia a la tensión
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
Influencia de los elementos de aleación
• Aumentar la templabilidad
• Mejorar la resistencia a temperaturas
• Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas
• Mejorar la tenacidad
• Aumentar la resistencia al desgaste
• Aumentar la resistencia a la corrosión.
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
Elementos de Aleación
Cromo
Se emplea en cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para
aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad,
impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste y a la
corrosión
Niquel
Una de las ventajas más grandes que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento del grano
en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad. El níquel
además hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse a
temperaturas ligeramente más bajas que la que corresponde a los aceros ordinarios
Molibdeno
Mejora notablemente la resistencia a la tracción, la templabilidad y la resistencia al creep
de los aceros. El molibdeno a aumenta también la resistencia de los aceros en
caliente. Exhibe el mayor efecto sobre el temple.
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
Elementos de Aleación
Wolframio
Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros de herramientas,
empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte y
aceros para trabajos en caliente. Sirve para mantener la dureza de los aceros a
elevada temperatura
Vanadio
Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar
el grano y a disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte y tiene
una gran tendencia a formar carburos.
Manganeso
Aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como
elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno,
que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado liquido en los
hornos durante los procesos de fabricación
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
PRODUCCIÓN DEL ACERO
En la actualidad, los productos ferrosos se obtienen, casi en su totalidad, de dos maneras, dependiendo de la materia prima empleada. Estos procedimientos son a través del horno alto (usando mineral de hierro) y a través del horno eléctrico (empleando
chatarra).
La materia prima, formada por
mineral de hierro (60%),
carbón de coque (30%) y
fundente (10%), se introduce
en el horno alto por la parte
superior.
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
A-Materia prima del horno alto:
El horno alto (4), una vez encendido, estáfuncionando ininterrumpidamente hasta que es necesario hacerle una reparación.
A medida que se introduce la carga por la parte superior, ésta va bajando y su temperatura
aumentando hasta llegar al etalaje (imagen inferior). Aquí la temperatura ronda los 1 650
°C, suficientes para que el mineral de hierro
(mena) se transforme en gotitas de hierro que se depositan en el crisol (imagen inferior).
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
B- Funcionamiento del horno alto:
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
C- Transformación del arrabio en acero, convertidor
El arrabio posee un exceso de impurezas (azufre, fósforo, silicio, etc.) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales.
La solución consiste en eliminar la mayoría de esas impurezas en hornos adecuados, denominados hornos de afino.
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
D- Obtención de acero a través de la chatarra:
En la actualidad, prácticamente el único horno que se emplea para convertir la
chatarra en acero es el horno eléctrico (imagen inferior).
Las materias primas que utiliza el horno eléctrico son:
• Chatarra seleccionada que, prácticamente,
no lleve otros metales no ferrosos, como cobre, aluminio, plomo, etcétera.• Fundente (cal).• Ferroaleaciones, por ejemplo con Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.
METALURGIA,ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS
El funcionamiento del horno eléctrico es el siguiente:
1. Se quita la tapadera y se introduce la chatarra y el fundente.2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco
eléctrico y comience a fundir la chatarra.3. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos
indeseables del baño, como silicio, magnesio, fósforo, etcétera.4. Se inclina el horno y se extrae la escoria. A continuación se le añade el carbono y
ferroaleaciones y se sigue calentando hasta que las adiciones se disuelvan y se uniformice la composición del baño.
5. Se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de moldeo.
TRATAMIENTOS TERMICOS
TRATAMIENTOS TERMICOS
Es el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas,
especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son,
básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a
los sólidos cerámicos.
Tratamientos térmicos del acero
El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades
mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en
su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los
esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La
clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en
las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o
tiempos establecido.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Tipos de tratamientos térmicos
•Tratamientos en la masa: recocidos y normalizados, temples y revenidos.
•Tratamientos superficiales: temple superficial y tratamientos termoquímicos (cementación, carbonitruración,
boruración y nitruración).
•Tratamientos de superficie (depósitos).
Desarrollo de los tratamientos térmicos
Constan de tres fases:
A.) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna): La elevación de
temperatura debe ser uniforme, por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy
lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos, este
último es el calentamiento escalonado.
B.) Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformación del constituyente estructural
de partida. Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por milímetro de espesor en el
caso de querer obtener una austenización completa en el centro y superficie. Largos mantenimientos y sobre todo a
altas temperaturas son "muy peligrosos" ya que el grano austenítico crece rápidamente dejando el acero con
estructuras finales groseras y frágiles.
C.) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente: Este tiene que ser
rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Hornos utilizados para el tratamiento térmico
El calentamiento por gasLos hornos de gas pueden ser del tipo de fuego directo, en el cual los productos de la combustión entran a la cámara de
calentamiento. Alternativamente, pueden ser de combustión indirecta, de manera que la cámara del horno quede aislada de
los productos de la combustión. Un tercer tipo de horno calentado por gas, es el de tubos radiantes, en el cual un gas en
combustión dentro de tubos metálicos, que se proyecta dentro de la cámara de calentamiento, y que constituyes la fuente
de calor radiante. El calentamiento por gas tiene como ventaja la economía y como inconveniente la dificultad del control
de la temperatura. La temperatura alcanzada por el horno suele llegar a 1100 ºC y el control de la atmósfera es muy difícil
por ello se emplea poco este proceso de calentamiento para tratamientos térmicos.
Calentamiento por resistencia eléctricaEs el más usado para los hornos de tratamiento térmicos que aprovecha el calor generado según la ley de joule. La
disposición de la resistencia da nombre a los hornos, que son de tipo mufla o caja, la resistencia esta instalada a lo largo de
las paredes interiores y por lo tanto en contacto con las paredes del horno. El material de la resistencia suele ser nicrom
(Níquel 70%, Cromo 30%), que alcanza temperaturas de 1100 ºC y de aleación de carburo de silicio que alcanza
temperaturas de 1300 ºC. Para lograr temperaturas superiores se utilizan resistencias de molibdeno (1800 ºC), de
tungsteno (2500 ºC), y de grafito (2700 ºC). Para temperaturas aun mayores se utilizan los hornos de inducción (3000 ºC).
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Hornos según su atmósferaEn tratamientos térmicos se entiende por atmósfera la masa gaseosa encerrada dentro del horno que esta en contacto
con la pieza a tratar las atmósfera pueden tener carácter neutro, oxidante o reductor el papel desempeñado por la
atmósfera controlada es doble, por una parte evita que se produzcan reacciones perjudiciales como la oxidación y la
descarbonizacion de las piezas. Por otra parte permite realizar las acciones previstas a saber, la reducción de óxidos
superficiales y la eliminación de gas sean absorbidas.
En vacío Se utiliza para sintetizar carbonos cementados y para el tratamiento térmico especial de aceros aleados se consiguen
mediante bombas mecánicas y de difusión de aceite o mercurio. Las atmósferas neutras de argón helio y nitrógeno
apenas se emplean debido al precio de estos gases y a las trazas de oxigeno que suelen contener. Las atmósferas
carburantes o descarburantes obtenidas por combustión o disociación de mezclas de hidrocarburos (metano, propano,
butano, gas natural), con aire estas suelen contener N2, CO, H2, CO2, y pequeñas cantidades de vapor de agua.
Hornos de atmósfera del tipo de generador Exotérmico o endotérmico En el generador exotérmico de introducen hidrocarburos y aire secos limpios convenientemente dosificados se
queman en la cámara de combustión se filtran y se separan en del agua. El gas seco resultante se introduce al horno
de tratamiento térmico. La mezcla que se introduce al generador endotérmico es parecida a la inyectada en el
exotérmico pero el generador endotérmico no tiene quemador sino los gases reaccionan entre si en un catalizador
calentado exageradamente
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
POLÍMEROS
Los Polímeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son
grandes moléculas o macromoléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas:
sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante del
proceso de la polimerización.
La polimerización es una reacción química realizada mayormente en presencia de un catalizador que
se combina para formar moléculas gigantes.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Los polímeros tienen propiedades físicas y químicas muy diferentes constituidas por moléculas sencillas.
Los que se obtienen industrialmente se conocen como plásticos, éstos también pueden ser llamados homopolímeros,
que se producen cuando el polímero formado por la polimerización de monómeros iguales.
Los polímeros pueden ser de tres tipos:
Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón,
proteínas, caucho natural, ácidos nucleicos, etc.
Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros
naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc.
Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de
materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Clasificación de los Polímeros según sus Propiedades Físicas
Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros:
•Elastómeros
•Termoplásticos
•Termoestables.
Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco
entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados.
Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo,
las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular formando
materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente insolubles en los solventes más
usuales.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Polimerización
Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto
generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de
elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o polímeros.
Tipos de Reacciones de Polimerización
Hay dos reacciones generales de polimerización: la de adición y la condensación.
Polimerización por Adición
Las polimerizaciones por adición ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial de algunas especies
reactivas, como radicales libres o iones. La adición de éstas especies reactivas a una molécula del monómero convierte a
la molécula en un radical o Ion libre. Entonces procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de
polimerización por adición de un radical libre es la polimerización de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de
polivinilo (PVC).
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Polietileno
Cuando se calienta eteno (etileno) con oxígeno bajo presión, se obtiene un compuesto de elevada masa molar (alrededor de
20 mil) llamado Polietileno, el cual es un alcano de cadena muy larga. Monómero: CH2 = CH2..
Condiciones experimentales de polimerización
En fase gaseosa a altas temperaturas y presiones, a presión media utilizando catalizadores heterogéneos y a baja presión en
presencia de trietilo de aluminio como catalizador.
Propiedades: Los polietilenos de alta presión tienen pesos moleculares entre 10.000 y 40.000. Son muy elásticos, flexibles y
termoplásticos. Los polietilenos de fusión media presentan alta cristalinidad y son duros y rígidos y los de fusión baja menor
cristalinidad, siendo también duros y poco elásticos.
Todos los polietilenos son muy resistentes a los agentes químicos.
Usos: Para la fabricación de tubos, planchas, materiales aislantes, para cables eléctricos, recubrimientos para protección
contra la corrosión, hojas y láminas para embalaje, protección de cultivos, aislamiento térmico, recubrimientos sobre papel,
en el moldeo por inyección para obtener recipientes de todo tipo, artículos del hogar, tuberías que sustituyen a los de hierro
galvanizado, etc.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
PoliestirenoVenil Benceno Poliestireno
Mecanismos: Radicales libres o iónicos
Condiciones experimentales de polimerización
Emulsión, suspensión o en bloque.
Propiedades: Por los procedimientos de emulsión o suspensión se obtienen disoluciones de distintas viscosidades
según el grado de polimerización alcanzado.
Usos: Plastificado se utiliza en la industria de pinturas y barnices. Con elevado grado de polimerización en la industria
transformadora de plásticos principalmente en procesos de moldeo por inyección.
En la industria eléctrica encuentra gran aplicación debido a su excelente poder aislante.
Cloruro de Polivinilo (PVC)Para ver el grafico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Mecanismos: Radicales libres por acción de la luz o de catalizadores peróxidos.
Propiedades: Polvo blanco que comienza a reblandecer cerca de los 80ºC y se descompone sobre los 140ºC. Es muy
resistente a los agentes mecánicos y químicos y es de fácil pigmentación.
Usos: Materiales aislantes para la industrias química, eléctrica.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Polimerización por Condensación
La polimerización por condensación es el proceso mediante el cual se combinan monómeros con pérdida simultánea
de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono, o cloruro de hidrógeno. Estos polímeros se
llaman polímeros de condensación y sus productos de descomposición no son idénticos a los de las unidades
respectivas del polímero.
Casi todos los polímeros de condensación son en realidad copolímeros; es decir, que están formados por dos o más
clases de monómeros. Así, una diamina reacciona con un ácido dicarboxílico para formar nylon.
Entre los polímeros naturales por condensación tenemos la celulosa, las proteínas, la seda, el algodón, la lana y el
almidón.
Poliésteres
El intercambio de éste es una de las útiles reacciones para preparar polímeros lineales.
Polímeros termoestables pueden ser preparados a partir de anhídridos de ácido polibásicos con polialcoholes.
Ejemplo: glicerol con anhídrido ftálico.
Nylon
Una gran variedad puede obtenerse calentando diaminas con ácidos dicarboxílicos.
Bakelitas:
Los productos de partida son el fenol y el formaldehido.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
CERAMICAS
La palabra cerámica (derivada del griego κεραμικός keramikos, "sustancia quemada") es el término que se aplica de una
forma tan amplia que ha perdido buena parte de su significado. No sólo se aplica a las industrias de silicatos, sino
también a artículos y recubrimientos aglutinados por medio del calor, con suficiente temperatura como para dar lugar al
sinterizado. Este campo se está ampliando nuevamente incluyendo en él a cementos y esmaltes sobre metal.
Estructura y propiedades de cerámicosTienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque
frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la
fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el
ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.
• Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión
• Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas.
Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad
que presenten. Son mucho más duros que los metales. A diferencia de éstos, se trata de materiales relativamente frágiles,
ya que los enlaces iónico-covalentes.
Materiales cerámicosEntre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno.
Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces híbridos iónico-covalentes que posibilitan una
gran estabilidad de sus electrones y les confieren propiedades específicas como la dureza, la rigidez y un elevado
punto de fusión.
Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los metales, por lo que resultan menos
elásticos y tenaces que éstos.
Según su micro estructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro
cerámicos.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Cerámicos cristalinos Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que
permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas
temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.
Cerámicos no cristalinos Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso
de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.
Vitro cerámicos Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rápido.
Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la
aparición de micro cristales que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica.
Propiedades y aplicaciones
Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades:
• Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura.
• Son capaces de soportar altas temperaturas
• Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión
• Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas.
Para obtenerlos, se emplean dos técnicas: el sintetizado y el fritado.
El sintetizado consiste en compactar los polvos metálicos cuando presentan dificultad para ser aleados.
El fritado consiste en someter el polvo metálico junto al material cerámico a una compresión dentro de un horno
eléctrico para obtener una aleación.
Resistencia a la temperatura
Resistencia a los agentes químicos
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Reciben el nombre de materiales compuestos aquellos que cumplen las siguientes propiedades:
•Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.
•Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.
•Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).
Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los
plásticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes
al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas.
Estructura
Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes:
Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades
mecánicas del material.
Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas.
Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
ClasificaciónLos materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:
Materiales Compuestos reforzados con partículas.
Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una
matriz más blanda y dúctil
Tipos: Endurecidos por dispersión Formados por partículas verdaderas
Materiales Compuestos reforzados con fibras.
Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o
fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz)
que suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras
rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz
elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un
agregado en lugar de, o en adición a las fibras.
En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la
matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales
presentes sirven para resistir la compresión, incluyendo cualquier agregado.
POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS
Materiales compuestos estructurales.
Panel sándwich con núcleo en forma de panal.
Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la
geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sándwich.
Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que
cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera
obtenemos un material isótropo, uniendo varias capas marcadamente anisótropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera
contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.