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Materiales industriales

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la

Producción

Ingeniería industrial

Objetivos de Clase 1

Resumir breve historia de la ciencia de los materiales.Identificar los tipos de materialesExplicar la diferencia entre Ciencia e ingeniería de materiales.

Historia

Edad de piedra: herramientas de materiales naturales.

Introducción del bronce (5 000 años) > Aleación (más de un metal. Bronce puede ser formado o fundido en diferente formas o puede ser endurecido mejorando la aleación).

Edad del Acero (3 000 años). Resistente y económico material, y barato, que cambió el sistema de vida cotidiana.

Ciencia de Materiales

Historia

Edad de materiales avanzados (actual): se han introducido los cerámicos, polímeros semiconductores, materiales compuestos

Investigación continua: estructuras, procesamiento, propiedades y rendimiento de los materiales.

Innovación: diseño y aplicación inteligente de los materiales.


Perspectiva Tecnológica

Entendimiento estructura-procesamiento-propiedades ha conducido a un progreso en los materiales.

Ejemplo: Diferencias entre nanoarcillas y arcillas .

Encontrar soluciones y demandas tecnológicas actuales.


ESTRUCTURA

PROPIEDADES

PROCESAMIENTO

¿Qué es Ciencia de Materiales ?

Ciencia que se encarga de establecer las propiedades físico-químicas de los materiales naturales o sintéticos y en base a estos conocimientos encontrar métodos de preparación y desarrollo tecnológico.

Áreas de interacción: preparación y síntesis de los materialescaracterización de los materiales, establecer relación estructura-propiedades y aplicaciones.


¿Qué es Ciencia de Materiales ?

Ciencia de materiales ha sido una respuesta a las demandas tecnológicas del mercado y desarrollar productos.

¿En qué se diferencian la Ingeniería de materiales y la Ciencia de materiales?


Ciencia e Ingeniería de Materiales

Propiedades

ProcesamientoEstructura

Rendimiento


Investiga la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales

Materiales de Ingeniería

Diseño de una estructura o producto para alcanzar las propiedades deseadas.

Metales

•

Procesamiento

• Estructura

• Propiedades

• Rendimiento

Plásticos

• Estructura

•

Procesamiento

• Propiedades

• Rendimiento


Origen de las propiedades de los materiales: Estructura

Como se estudian las estructuras mediante la caracterización o identificación de cómo están organizados los átomos o moléculasEstructura sub-atómica: Estructura electrónica de los átomos que define la interacción entre ambos átomos Estructura atómica: arreglo de átomos en materiales. Mismo átomos pueden tener diferentes arreglosEstructura microscópica (Microestructura) : arreglo de pequeños granos de los materiales.Estructura macroscópica: Granos vistos a simple vista Ciencia de Materiales

Factor de respuesta: PropiedadesEs la respuesta de un material al interactuar con una estimulo externoMecánicas: deformación, respuesta a fuerzas, esfuerzos, etc.Eléctricas: respuestas a campos eléctricos, conductividad, constante dieléctrica, etc.Magnéticos: respuestas de un material ante un campo magnéticoTérmicos: transmisión de calor o capacidad de calorÓpticas : absorción, transmisión o reflexión de la luz Degradación: contacto con ambientes (corrosión)

Medios para alcanzar propiedades: Procesamiento

Ejemplo: dureza vs. estructura del acero • Propiedades dependen de la estructura

Porcentaje de carbono 4% del peso

Ejemplo: estructura vs. Velocidad de enfriamiento del acero • El procesamiento puede cambiar la estructura

Hard

ness

(B

HN

)

Cooling Rate (C/s)

100

200

300

400

500

600

0.01 0.1 1 10 100 1000

(a)

30m

(b)

30m

(d)

30m(c)

4m


Tipos de materiales

Metales: la valencia de electrones es refería por los átomos, dichos átomos están unidos por un mar de electrones, los electrones “pegan” los iones juntos. Caracteristicas: enlaces fuertes, buenos conductores, poseen brillos al ser pulidos, etc.


Tipos de materiales

Polímeros: tienen principalmente fuerzas covalentes y de Van der Waals entre los átomos, que son formados mayormente por C e H. Son ligeros y proseen diferentes propiedades dependiendo de su estructura molecular. Son baratos y tienen buena relación entre sus propiedades y el costo


Tipos de materiales

Cerámicos: los átomos se comportamiento como iones positivos o negativos y son unidos por fuerzas de Coulomb. Usualmente son combinaciones de metales o semiconductores con oxigeno, nitrógeno o carbono. Características: duro , frágil y aislantes. Ejemplo: porcelana.


Tipos de Materiales

Semiconductores: los enlaces son covalentes. Sus propiedades eléctricas depende de la purezas del material tales como: Si o Ge. En general poseen baja conductividad eléctricaEjemplos: microchip , controla la señal eléctrica


Tipo de materiales

Compuestos: los compuestos están formados por dos o mas materiales diferentes. Propiedades difieren de matriz y relleno. Ej. : Hormigón.


Proceso de Selección de Materiales

Partir de una propiedad requerida. Prop: mecánica, eléctrica, óptica, decorativa, etc..Con las propiedades identificar el material a escoger o alternativas. Material: estructura, composición, cristalino, etc.Con el Material, identificar el procesamiento requerido. Procesamiento es cambiar la estructura para dar una forma determinadaAnalizar el costo del material y procesamiento con las propiedades requeridas


Preguntas de repaso¿Cual es la diferencia ciencias de los materiales y ingeniería de materiales?

Identifique los cuatro tipos básicos de materiales (Ceramicos, metales, compuesto y polímeros) dentro del aula

¿Por que a algunos periodos de tiempo tienen nombre de algunos materiales?

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