CAPITULO 1 MATERIALES

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Metales y aleaciones Los metales incluyen aluminio, magnesio, zinc, hierro, titanio, cobre y níquel. Una aleación es un metal que contiene adiciones de uno o más metales o no metales; por ejemplo, el acero es una aleación de hierro con adiciones de carbono. En general, los metales tienen buenas conductividades eléctricas y térmicas. Además, igual que las aleaciones tienen resistencias relativamente altas, gran rigidez, ductilidad o formabilidad y resistencia al impacto. Son particularmente útiles para aplicaciones estructurales o de carga. Aunque en ocasiones se usan metales puros, las aleaciones pueden mejorar una propiedad deseable específi ca o permiten mejores combinaciones de las propiedades. Por ejemplo, el oro puro es un metal blando, por lo que los joyeros le adicionan cobre para mejorar su resistencia con la fi nalidad de que las joyas de oro no se dañen con facilidad.

Cerámicas Las cerámicas pueden defi nirse como materiales cristalinos inorgánicos. La arena de playa y las rocas son ejemplos de cerámicas en estado natural. Las cerámicas avanzadas, que son materiales preparados por medio de la refi nación de cerámicas de estado natural y otros procesos especiales, se usan en los sustratos que albergan chips de computadora, sensores y activadores, capacitores, comunicaciones inalámbricas, generadores de chispa, inductores y aislantes eléctricos. Algunas cerámicas se utilizan como recubrimientos de barrera para proteger los sustratos metálicos en Cerámicas Las cerámicas pueden defi nirse como materiales cristalinos inorgánicos. La arena de playa y las rocas son ejemplos de cerámicas en estado natural. Las cerámicas avanzadas, que son materiales preparados por medio de la refi nación de cerámicas de estado natural y otros procesos especiales, se usan en los sustratos que albergan chips de computadora, sensores y activadores, capacitores, comunicaciones inalámbricas, generadores de chispa, inductores y aislantes eléctricos. Algunas cerámicas se utilizan como recubrimientos de barrera para proteger los sustratos metálicos en

Vidrios y vidrios-cerámicos El vidrio es un material amorfo; con frecuencia, aunque no siempre, derivado de un líquido fundido. El término “amorfo” se refi ere a materiales que no poseen un arreglo regular y periódico de átomos. Los materiales amorfos se explicarán en el capítulo 3. La industria de la fi bra óptica se basa en fi bras ópticas compuestas por vidrios de sílice de alta pureza. Los vidrios también se usan en casas, automóviles, pantallas de computadoras, televisores, smartphones y en cientos de otras aplicaciones. Los vidrios pueden tratarse de manera térmica (templarse) para hacerlos más resistentes. La formación de vidrios y la nucleación (formación) de cristales pequeños dentro de ellos por medio de un proceso térmico especial crean materiales a los que se conoce como vidrios-cerámicos. El ZerodurMR es un ejemplo de un material de vidrio-cerámico que se usa para construir los sustratos de espejos para grandes telescopios (por ejemplo, los telescopios Chandra y Hubble). Por lo general, los vidrios y los vidrios-cerámicos se procesan por fusión y colado. Polímeros Por lo general, los polímeros son materiales orgánicos. Se producen por medio de un proceso conocido como polimerización. Los materiales poliméricos incluyen al caucho (elastómeros) y muchos tipos de adhesivos. Los más comunes son buenos aislantes eléctricos y térmicos, aunque existen excepciones. A pesar de que poseen una resistencia más baja que los metales o las cerámicas, los polímeros tienen una muy buena razón resistencia/peso. Por lo regular no se pueden usar a altas temperaturas, pero muchos de ellos tienen muy buena resistencia a sustancias químicas corrosivas. Además, tienen miles de aplicaciones que van desde chalecos antibalas, discos compactos (CD), cuerdas y pantallas de cristal líquido (LCD) hasta vestimenta y tazas para café. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas moleculares grandes no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductilidad y formabilidad; los polímeros termoestables son más resistentes, pero más quebradizos, debido a que las cadenas moleculares están enlazadas de manera cruzada (fi gura 1-4). Todos ellos se usan en muchas aplicaciones, entre las cuales se encuentran diversos dispositivos electrónicos. Los termoplásticos se fabrican moldeando su forma fundida. Por lo general, los termoestables se cuelan en moldes. Los plásticos contienen aditivos que mejoran las propiedades de los polímeros.

Semiconductores Los semiconductores basados en silicio, germanio y arseniuro de galio, como los que se usan en computadoras y dispositivos electrónicos son parte de una amplia clase de materiales conocidos como materiales electrónicos. La conductividad eléctrica de los materiales semiconductores se encuentra entre la de los aislantes cerámicos y la de los conductores metálicos. Los semiconductores han permitido la era de la información. En algunos de ellos el nivel de conductividad puede controlarse para producir dispositivos electrónicos, como transistores y diodos, que se usan para construir circuitos integrados. En muchas aplicaciones se necesitan monocristales grandes de semiconductores que se producen a partir de materiales fundidos. Con frecuencia, también se fabrican películas delgadas de materiales semiconductores mediante procesos especializados.

Materiales compuestos La idea principal que subyace al desarrollo de compuestos es combinar las propiedades de distintos materiales. Se forman a partir de dos o más materiales, lo cual genera propiedades que no se encuentran en ningún material simple. El concreto, la madera laminada y la fi bra de vidrio son ejemplos de materiales compuestos. La fi bra de vidrio se prepara por medio de la dispersión de fi bras de vidrio en una matriz de polímero. Dichas fi bras otorgan mayor rigidez al polímero, pero no incrementan de forma signifi cativa su densidad. Con los compuestos se pueden producir materiales ligeros, resistentes, dúctiles y resistentes a las temperaturas, o herramientas de corte rígidas, pero resistentes al impacto que de otra manera las rompería. En gran medida, los aviones avanzados y los vehículos aeroespaciales dependen de materiales compuestos. Como se analizó en secciones anteriores, el Boeing 787 usa plástico reforzado con fi bras de carbono en lugar de aluminio en muchos de sus componentes, lo que mejora el rendimiento del combustible. Ciertos equipos deportivos como bicicletas, palos de golf, raquetas de tenis y similares también emplean distintos tipos de materiales compuestos que son ligeros y rígidos.

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