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Diagrama de flujo: Ciencia e ingeniería de materiales
Flowchart content
1°PARCIAL
Estructura, arreglos y movimiento de los átomos
Propiedades de los materiales
Introducción a la ciencia e
ingeniería de materiales
Clasifi cación de los materiales
¿Qué es la ciencia e ingeniería de materiales?
1. 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.
Clasifi cación funcional de los materiales
1.Aeroespaciales
2.Biomédicos
3.Materiales electrónicos
4.Tecnología energética y tecnología ambiental
5.Materiales magnéticos
Propiedades de los materiales
y atributos del producto
se estudia la estructura atómica de la materia, y los enlaces entre los
átomos y las moléculas
ESTRUCTURA ATÓMICA Y LOS ELEMENTOS
La unidad estructural fundamental de la materia es el átomo.
existen poco mas de 100 elementos, algunos con similitudes.
estos se agrupan en periodos y familias en una tabla conocida tabla periodica
Los elementos
metálicos ocupan la porción izquierda y central de la tabla; los no metálicos se
ubican a la derecha
ENLACES ENTRE ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Los átomos se mantienen reunidos en forma de moléculas por medio de varios tipos de
enlaces que dependen de los electrones de valencia.
se tienen dos tipos de enlaces:
Enlaces primarios:
Los enlaces primarios se caracterizan por atracciones fuertes de átomos
con átomos que involucran el intercambio de electrones de valencia
Los enlaces
primarios incluyen las formas siguientes:
a) iónico: los átomos de un elemento entregan su(s) electrón(es) exterior(es),
los que a su vez atraen a los átomos de algún otro elemento para incrementar a ocho su
cuenta de electrones en la capa exterior.
b) covalente : aquel en el que los átomos comparten electrones (a diferencia
de los que se transfieren) en sus capas externas a fin de lograr un conjunto estable de ocho.
c) metálico: involucra compartir los electrones de la capa
exterior por medio de todos los átomos para formar una nube de electrones general que
abarca al bloque entero.
secundarios: implican fuerzas entre moléculas, o
intermoleculares.
Hay tres formas de enlace
secundario:
a) fuerzas dipolares: presentan en una molécula formada por dos átomos con
cargas eléctricas iguales y opuestas.
b) fuerzas de London:involucran fuerzas de atracción entre moléculas no polares.
c) enlace de hidrógeno:sucede en moléculas que contienen átomos de hidrógeno
enlazados en forma covalente con otro átomo.
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
se genera cuando
los materiales se solidifican a partir de un estado fundido, tienden a quedar cerca y a empacarse
en forma muy comprimida
Se distinguen dos estructuras :
1) cristalina
2) no cristalina.
Tipos de estructuras cristalinas
son tres tipos de estructuras de red:
1) cúbica centrada en el
cuerpo (BCC), 2) cúbica centrada en las caras (FCC), y 3) hexagonal de empaquetamiento
compacto (HCP)
Imperfecciones en cristales
surgen imperfecciones de manera natural debido a la
incapacidad del material que se solidifica para continuar sin interrupción la repetición de la celda unitaria en forma indefinida.
La deformación en cristales metálicos
Cuando un cristal se sujeta a fuerzas mecánicas que se incrementan en forma gradual, su
respuesta inicial es deformarse de modo elástico.
Granos y límites de grano en metales
ocurre cuando Cuando
el bloque se enfría a partir de un estado de fusión y comienza a solidificarse, ocurre la
formación de núcleos de cristales individuales en posiciones y orientaciones aleatorias a
través del líquido. Conforme estos cristales crecen, acaban por interferir unos con otros,
y forman en sus interfaces defectos superficiales —el límite de grano.
campo interdisciplinario que estudia y manipula la
composición y estructura de los materiales a través de escalas de longitud para controlar las propiedades
de los materiales por medio de la síntesis y el procesamiento
ESTRUCTURAS NO CRISTALINAS (AMORFAS)
Varias clases importantes de materiales de ingeniería tienen
formas no cristalinas en su estado sólido, es frecuente que se utilice el término amorfo para
describirlos.
características relacionadas con las diferencias de los materiales no cristalinos
de los cristalinos:
1) la ausencia de un orden de largo alcance en la estructura molecular de
un material no cristalino.
2) las diferencias entre las características de la fusión y la expansión
térmica.
MATERIALES DE INGENIERÍA
se relacionan con el tipo de material de ingeniería —metales,
cerámicas y polímeros—.
Metales
En estado sólido, los metales tienen estructuras cristalinas, casi sin excepción.
Las celdas unitarias de dichas estructuras cristalinas siempre son BCC, FCC o HCP.
Cerámicos
Los átomos de los cerámicos se caracterizan por tener enlaces iónicos
o covalentes, o ambos. Los átomos metálicos liberan o comparten sus electrones exteriores
con los átomos no metálicos, y existe una fuerza de atracción grande dentro de las
moléculas.
Los cerámicos poseen estructura ya sea cristalina o no cristalina
Polímeros Una molécula de polímero consiste en muchos meros que forman moléculas
muy grandes que se mantienen unidas por medio de enlaces covalentes.
2. Cerámicas, vidrios y vidrios cerámicos
Las cerámicas pueden defi nirse como materiales cristalinos inorgánicos.
La arena de playa y las rocas son ejemplos de cerámicas en estado natural.
3. 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.
4. Polímeros
Por lo general, los polímeros son materiales orgánicos. Se producen por medio
de un proceso conocido como polimerización.
5. 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
6.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.
MECANICAS
Elasticidad
Deformaci
ón elástica (reversible).
Energía de Enlace
Es el comportamiento mecánico o las
propiedades mecánicas de un material reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material
(o sea, su deformación).
plasticidad
es un comportamiento mecánicocaracterístico de ciertos materiales anelásticos consistente en la aparición de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico.
deformación
Las curvas tensión- deformacion.
nos permiten determinar las principales características mecánicas
de los materiales, Así, se pueden estimar una serie de importantes propiedades
1. RESISTENCIA:
fuerza que se le aplica a un material para deformarlo sin que recupere su antigua forma al parar de ejercerla.
tales como
5. TENACIDAD: La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturarse. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse.
2. RIGIDEZ:
resistencia a la
deformación elástica, de tal modo que cuanto mayor es el modulo mas rígido es el material, o sea, menor
es la deformación elástica que se origina cuando se aplica una determinada tensión σ .
3. DUCTILIDAD:
ropiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material.
4. RESILIENCIA.: Es la energía que absorbe un cuerpo antes de fracturarse.
Fragilidad La fragilidad intuitivamente se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad.
6. MALEABILIDAD:
La maleabilidad es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos al ser elaborados por deformación
se clasifican en:
FÍSICAS
Estas propiedades se relacionan con el volumen de los sólidos y la manera en que las afecta
la temperatura. Incluyen la densidad, expansión térmica y punto de fusión.
se clasifican en:
Densidad
En la ingeniería, la densidad de un material es su peso por unidad de volumen.
Expansión térmica
Expansión térmica es el nombre que se
da a este efecto que la temperatura tiene sobre la densidad.
Punto de fusión
punto de fusión, Tm, es la temperatura a la que el material pasa
del estado sólido al líquido
PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS Y DE FUSIÓN
PROPIEDADES TÉRMICAS
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
Las propiedades físicas, este término es usado comúnmente para definir el comportamiento
de los materiales en respuesta a fuerzas físicas distintas de las mecánicas.
Gran parte de la sección anterior tiene que ver con los efectos de la temperatura sobre
las propiedades volumétricas de los materiales.
tipos de propiedades volumetricas
propiedad por:
Calor específico y conductividad térmica
Define la cantidad de energía calorífica requerida
para incrementar la temperatura de una unidad de masa del material en un grado.
Propiedades térmicas en la manufactura
Las propiedades térmicas juegan un papel importante en la manufactura debido a que en
muchos de sus procesos es común que se genere calor.
DIFUSIÓN DE MASA
Además de la transferencia de calor en un material, también existe la transferencia de masa.
La difusión de masa involucra el movimiento de átomos o moléculas dentro de un material
o a través de una frontera entre dos materiales en contacto.
Los materiales de ingeniería muestran mucha variación en su capacidad de conducir la
electricidad.
Se mide por:
Resistividad y conductividad
El flujo de una corriente eléctrica involucra el movimiento de portadores de carga es
decir, partículas infinitesimalmente pequeñas que poseen carga eléctrica.
Clases de materiales según sus propiedades eléctricas
El metal es un buen conductor mientras que os ceramicos y polimeros no lo son.
PROCESOS ELECTROQUÍMICOS
es el campo de la ciencia que tiene que ver con la relación entre la electricidad
y los cambios químicos, y con la conversión de las energías eléctrica y química
CHRISTIAN NICOLAS MOTA ALCOCER -5679-MECATRONICA 2°A
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