Mapa mental

Ciencia de Materiales

Daniel Hernández Ciencia de Materiales Español

Mapa mental: Ciencia de materiales

Contenido del mapa

Ciencia de Materiales

Metales
- Materiales Ferrosos
  - Coque metalúgico
    - Residuo sólido
    - Obtenido a partir de
      - Pirólisis y Destilación destructiva
        de determinados carbones minerales
        Hullas
        Carbones bituminosos
        Pirólisis
        Calentamiento entre 1000°C - 1200°C
        En ausencia de oxigeno
        Elimina materia volátil del carbon
        Mezcla carbones que se coquizan
        Se usa en altos hornos de la industria siderurgica para la producción de Hierro
        Coque de Fundición
    - Propiedad coquizante
      - Propiedad de pasar a ser coque después de la fase plastica
    - En la practica para su fabricación
      - Se usan mezclas complejas con más de 10 tipos diferentes de carbones minerales en distintas proporciones
  - Extracción de minerales
    - Mena
      - Minerales o Mena para hierro y acero
        Principal, Hematita (Fe2O3)
        Magnetita (Fe3O4)
        Siderita (FeCO3)
        Limonita (Fe2O3-XH2O)
      - Material que interesa extraer
    - Ganga
      - Material que se descarta al extraer
      - Puede carecer de valor económico o ser muy costoso su aprovechamiento, pero otro yacimiento ser de interes
    - Escoria
      - Material con sustancias inutiles
      - Se encuentra en cualquier proceso metalúrgico
      - Se usa en la obtención y recuperación de metales
      - Alto contenido de Silicio
      - Se usa en Lana y materiales termoaislantes
  - Datos
    - #Atómico 26
    - Grupo VIII
    - Periodo VI
    - Masa atomica 55.6
    - Cuarto elemento más abundante entre metales
  - Características y propiedades
    - Maleable
    - Color gris plateado
    - Ferromagnético a temperatura y presión ambiente
    - Duro
    - Denso
  - Alto Horno
    - La carga introducida al alto horno se compone
      - Mineral de hierro
        Óxido Hematita (Fe2O3)
        48.3% Puro
        Óxido Limonita (Fe2O3...H2O)
        72.4% Puro
        Óxido Magnetita (Fe3O4)
        50% Puro
        Carbonato Siderita (FeCO3
        70% puro
        2 Toneladas
      - Combustible
        Carbón de coque
        1 Tonelada
      - Fundente
        Piedra Caliza o Arcilla
        1/2 Tonelada
    - Partes del Horno
      - Tragante
        Parte Superior de la cuba
        Zona Estrecha
        Se introduce la carga
      - Cuba
        Forma Troncoconica
        Parte Superior del horno
      - Vientre
      - Etalaje
      - Crisol
      - Piquera de escoria
      - Pantalón
      - Anillo de Viento o Morcilla
      - Toberas
      - Piquera de arrabio
    - Productos obtenidos
      - Humos y gases residuales
      - Escoria
      - Fundición, hierro colado o arrabio
    - Caracteristicas
      - Mide entre 20 y 30m y Diámetro de 4 a 9m
      - Capacidad de producción entre 500 a 1500ton
  - Beneficio del hierro
    - Extracción
      - Minado a cielo abierto
        Barrenado
        Explosivos
        Tumbe por medio de voladuras
        Rezagado
    - Trituración
      - De 40in a 8in
        Pre-concentración con rango de 20 a 55% de fierro
        De 8in a 2.5in
        De 2.5in a 3/4 in
    - Peletización
      - Bombeo de la pulpa mineral a la planta peletizadora
    - Concentración
      - Transporte
        Planta concentradora
        Ley hasta un 66%
        "Ley" es la concentracción
        Molienda a -16 mallas con molino de barras
        Separación magnética
        Segunda molienda a -325 mallas con molino de bolas
        Eliminación de estériles
        Hacer lavado por medio de tanques agitadores
        Estériles Separados
- Materiales no Ferrosos
  - Minerales de donde se extraen los metales
    - Cobre
      - Pirometalurgia Materiales Sulfurados
        Calcopirita (CuFeS2)
        Bornita (CuFeS4)
        Calcosina (Cu2 S)
      - Hidrometalurgia
        Cuprita (Cu2O)
        Atacamita (Cu2Cl(OH)3)
        Azurita (Cu3 (CO3)2(OH)2)
        Crisocola ((CuAl)4 H4 (OH)8 S14 O20 nH2O)
        Malaquita (Cu2 CO3 (OH)2)
        Proceso hidrometalurgico
        Chacado
        Aglomeración
        Lixiviación por pilas
    - Aluminio
      - Bauxita (AlO3(OH))
      - Granito
      - Criolita (Na3AlF)
      - Oxido de Aluminio (Al2 O3)
    - Cromo
      - Comita (Cr2O4)
      - Ferrocromita (FeCr2O4)
    - Niquel
      - Pentlandita ((Ni3Fe)9 S8)
      - Garnierita ((Ni, Mg)SiO3nH2O)
    - Titanio
      - Rutilio (TiO2)
    - Platino
      - Esperilita (P+As2)
      - Cooperita (P+S)
      - Bragita (P+Pd Ni) S
    - Vidrio
      - (Si O2)
      - Borosilicatos
      - (B2 O3)
      - (Al2 O3)
      - Aluminosilicatos
      - CaO
    - Cerámico
      - Arcilla
      - Feldespato
      - Arena
    - Plata
      - Argentita (Ag2 S)
Materiales Compuestos
- Compuestos artificiales
- Reforzado con fibra
  - Fibras de vidrio
    - Se usan para reforzar matrices plásticas
    - Buena resistencia/peso
    - Resistencia al calor, frío, corrosión y a la electricidad
  - Fibras orgánicas
    - Son las fibras que se obtienen a partir de la perfecta alineación de los polimeros
  - Fibras de carbono
    - Procesos de obtención
      - Orientación del polímero precursor por estiramiento a partir de poliacrílonitrilo normal (base-PAN)
      - Orientación por hilado
      - Orientación durante la grafitización
    - Constan de pequeñas cristalitas de grafito "turbostratico" (una forma alotrópica del carbono)
- Compuesto agregados
- Son materiales estructurales de la naturaleza sintètica provenientes de procesos quìmicos
- Su comportamiento mecánico y propiedades están diseñados para ser superiores a aquellos materiales que lo constituyen cuando actúan independientemente
- 2 Componentes
  - Refuerzo
    - Fase discontinua agregada a la matriz
    - Vidrio
    - Carbono
    - Aramídicas
  - Matriz
    - Fase continua en la que el refuerzo queda embebido
    - Polímeros
    - Metales
    - Cerámicos
Polímeros
- Polimerización
- Rasgos estructurales de los polímeros
  - Estructura
    - Amorfos
      - Tienden a ser transparentes
    - Cristalinos
    - Orden
      - Lineales
        Sin o con pocos radicales sobre las lineas moleculares
      - Ramificados
        Con radicales sobre las lineas moleculares
      - Entre cruzados
        Tienden a ser amorfos
        Son termofijos
        Con muchos radicales sobre las lineas moleculares cruzadas con otras vecinas
    - Tacticidad
      - Isotácticos
        Mejores propiedades mecánicas
      - Sindiotácticos
        Forma en que se acomodan los radicales
      - Atáctico
- Polímeros termoplásticos
  - Se llega a la temperatura de deformación para romper los empaquetamientos de la estructura y poder plastificarlos
- Polímeros Termofijos
  - Termofijos no tienen temperatura de plastificación
- Moléculas de alto peso molecular que forman unidades repetitivas
- Polímeros sinteticos más importantes sus usos y caracteristicas
  - Poli carburos
    - Polietileno (PE)
      - Monómero (CH2-CH2) Etileno
      - Mesómero (CH2-CH2)n
      - 2 Formas de polimerización
        Alta presión 1500 a 2000 Atm y 200°C
        Originando polímero de baja densidad y poca cristalinidad
        Baja presión 10 a 40 Atm y 140°C
        Catalizadores
        Pueden originarse materiales muy diversos según el catalizador
      - Propiedades
        Baja densidad (PEBD)
        Menores propiedades mecánicas
        Alta densidad (PEAD)
        Mejores propiedades mecánicas
        Baja densidad y alto peso molécular
        Mejores propiedades mecánicas
        Bastante Inerte
        Buena permeabilidad
        Excelente aislante eléctrico
        Tg -70°C y Tf 130°C aproximadamente
        Densidad de 0.917 hasta 0.965
      - Usos
        Juguetes
        Loza
        Bolsas
        Tubos
    - Polipropileno
      - Monómero (CH2-CH-CH3) Propileno
      - Mesómero (CH2-CH-CH3)n
      - Polimerización
        Unión cabeza-cola lineal e isotáctico
        Alto grado de cristalinidad
      - Propiedades
        Densidad 0.85 g/cm3
        Similar al (PEAD) con mejores propiedades mecánicas
      - Usos
        Plianas
        Fletes
        Similares al PE pero ligeramente mejores
        Más caro
        Hilos de pesca
    - Politetrafluoroetileno (Teflón ó PTFE)
      - Monómero (CF2=CF2)
      - Mesómero (CF2-CF2)n
      - Usos
        Empaques
        Recubrimientos
        Sellos
        Estoperos
      - Propiedades
        Super Inerte
        Antifrictivo
        No inflamable
        Densidad 2.1 g/cm3
      - Muy caro
    - Poliestireno
      - Monómero (CH2=CH-C6H5)
      - Mesómero (CH2-CH-C6H5)
      - Polimerización
        Suspención
        Masa
        Mínima 70°C, Máxima 180°C
        Emulsión
      - Propiedades
        Según el método de obtención puede ser
        Amorfo
        Cristalino
        Medianamente inerte
        Soluble en su monómero
        Medianamente inerte al ataque químico
        Rígido
        Quibradizo
      - Usos muy variado
        Sustituto de Vidrio
        Loza
        Envases
        Juguetes
        Artículos desechables
        Refrigerador
  - Poli Vinílicos
    - Poli cloruro de vinilo (PCV)
      - Monómero (CH2=CH-CL)
      - Mesómeros (CH2-CH-CL-)n
      - Propiedades
        Densidad 1.4 g/cm3
        Se descompone a los 180°C generando HCL y C
        Inerte
        Se solubiliza con dificultad
        Usualmente Amorfo
        La polaridad del cloro da pauta para ataques químicos
      - Polimerización
        Masa
        Emulsión
        Suspensión
        Solución
      - Usos
        Tuberias
        Envases
        Plastificado con Dioctilftalato
    - Poli acetato de Vinilo (PAV)
      - Monómero (CH2=CH-O-Co_CH3)
      - Propiedades
        Muy amorfo
        Densidad 1.2 g/cm3
        Poca resistencia mecánica
        Muy solubles en varios solventes
      - Usos
        Pinturas
        Aprestos
        Otros recubrimientos
    - Poli alcoholes vinílicos
      - Monómero (no existe)
      - Mesómero (CH2-CH-OH-)n
      - Polimerización
        Obtenido por hidrólisis del PAV en medio alcalino (no todo el acetato hidróliza)
      - Propiedades
        Muy Soluble en agua
        Densidad 1.6g/cm3
      - Usos
        Emulsionante
        Desmoldante
        Encolorante
        Pegamento
  - Poli acrílicos
    - Poliacrilonitrilo (PAN, ORLON)
      - Monómero (CH2=CH-CN)
      - Monómero (CH2=CH-CN)
      - Mesómero (CH2-CH-CN)
      - Polimerización
        En MAsa
        En solución
      - Propiedades
        Difícil de disolver
        Funde a 225°C
        Se descompone facilmente
      - Usos
        Fibra textil
        Copolímeros (BUNA-N)
    - Poli esteres acrílicos
      - Monómero (CH2=CH-COOCH3)
      - Polimerización muy variada
      - Propiedades
        Muy soluble en disolventes orgánicos
        Usualmente amorfo
      - Usos
        Recubrimientos
        Aprestos
    - Poli esteres metacrílicos
Materiales en el Diseño
- Degradación ambiental
- Selección de materiales
Cerámicas y vidrios
- Ceramicas, materiales cristalinos
  - Mezcla de
    - Arcilla
    - Feldespato
    - Arena
  - Proceso de obtención
    - Arcilla húmeda, plástica y moldeable
      - Molienda
        Secado de ladrillo, cocimiento de 900° a 7000°C
- Vidrios, materiales amorfos
  - Caracteristicas
    - Transparentes
    - Duros
    - Resistentes a la corrosión
    - Buenos aislantes de electricidad
    - Resistencia a la compresión
    - Se emplea en ventanas, recubrimientos, aislantes, etc
  - Se obtiene a partir de
    - Arena
    - Álcali
    - Óxidos
    - Metálicos
    - Todos los componentes aportan color y estabilidad y posteriormente se le da forma y se corta
  - Vidrio borosilicato
    - Composición
      - SiO2 5-60%
      - Al2O3 20-40%
      - CaO 5-50%
      - B2O3 0-10%
  - Vidrio de aluminosilicato
    - Composición
      - SiO2 60-80%
      - B2O3 10-25%
      - Al2O3 1-4%
Semiconductores
- Semiconductores elementales intrínsecos
  - Presentan una conductividad nula a bajas temperaturas
- Semiconductores elementales extrinsecos
  - Son aquellos a los que se ha introducido una impureza o contaminante que cambia drásticamente las propiedades de conducción del mismo
  - Tipo P (el dopante tiene 3 electrones en su ultima órbita)
  - Tipo N (el dopante tiene 5 electrones en su ultima órbita)
- Semiconductores compuestos
- Semiconductores amorfos
- Semiconductores mas importantes
  - Silicio
  - Germanio
  - Selenio
  - Carbono
Ciencia de materiales
- Desarrolla nuevos materiales y mejora los ya conocidos
- Usa el conocimiento de la relación entre
  - procesamiento
  - microestructura
  - síntesis
  - composición
- Terminos
  - Estructura
    - Arreglo atómico
  - Síntesis
    - Manera de fabricar materiales
  - Procesamiento
    - Modo en que se conforman los materiales

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Descripción: Es la síntesis de lo hemos visto en la clase de ciencia de materiales todo el semestre
Creado por: Daniel Hernández
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