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CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

Diego Reyes English

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1.1 GENERALIDADES
- La mayoría de los materiales de ingeniería pueden clasificarse en: metales y no metales dentro de la categoría de los no metálicos se tiene a: los cerámicos y polímeros; entre los metales los cerámicos y los polímeros se forma un grupo de tres materiales básicos utilizados en la manufactura.
DIEGO REYES HERNANDEZ
METALES
- Se denomina metal al elemento químico que tiene la capacidad de conducir calor y electricidad.
  - CARACTERISTICAS
    - solidos a temperatura ambiente con excepcion con el mercurio
    - reflejan la luz dandole un brillo caracteristico
    - CONDUCTIVIDAD TERMICA Y ELECTRICA
  - propiedades fisicas
    - Maleabilidad. Muchos metales, al ser sometidos a compresión, pueden formar láminas delgadas y homogéneas del mismo material.
    - Ductilidad. Muchos metales, al ser sometidos a tracción, forman alambres o hilos homogéneos de material.
    - Tenacidad. Se llama así a la capacidad de resistir a la fractura, cuando se somete al metal a fuerzas bruscas como golpes o caídas. Mientras más tenaz sea un metal, menos propenso a romperse será.
    - Resistencia mecánica. Se llama así a la capacidad de soportar la tracción, la compresión, la torsión y otras fuerzas similares, sin ceder en su estructura física (deformarse). Fuente:
    - Conductibilidad. La capacidad de un metal de permitir el paso de una corriente de electrones por su superficie (electricidad) o de energía térmica (calor). Fuente:
- ferrosos
  - Los metales ferrosos son el hierro y sus aleaciones, el hierro dulce o forjado, el acero y la fundición.
    - ejemplos de materiales ferrosos
      - Hierro dulce o “hierro forjado”
      - aceros con contenido de Carbono entre 0.03% - 1.76%
      - fundiciones contenido de Carbono entre 1.76%-6.67%
- No ferrosos
  - Los metales no ferrosos son los más empleados por: facilidad de obtención, bajo coste materias primas y gran resistencia mecánica. Los inconvenientes de los metales ferrosos son la oxidación, dificultad de mecanizado, elevado punto de fusión y baja conductividad eléctrica y térmica respeto a otros metales. Por esto son necesarios los metales no férricos.
  - clasificacion
    - pesados
      - (más de 5.000 kg/m3) Cobre, Chumbo, Cinc, Estaño, Cromo, Níquel, Mercurio, Volframio, Tantalio...
    - ligeros
      - (entre 2.000-5.000 kg/m3) Aluminio, Titanio, Litio
    - ultraligeros
      - (menos de 2.000 kg/m3) Magnesio
- puros
  - Antimonio Arsénico Bismuto Calcio Cobalto Cobre Estaño Indio Plomo Selenio
- aleaciones
  - acero, laton, bronce, acero inoxifable, amalgama, duraluminio, peltre, oro blanco, magnalio, metal de Wood, galinstano, NAK, Vitalio
No metales
- Los no metales son elementos poco abundantes en la Tabla Periódica, y se caracterizan por no ser buenos conductores del calor, ni de la electricidad. Sus propiedades son muy distintas a las de los metales. Por otra parte, forman enlaces covalentes para formar moléculas entre ellos. Fuente:
- Clasificacion
  - Halógenos.
    - Flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I), astato (At) y teneso (Ts). Fuente:
  - Gases nobles.
    - Helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe), radón (Rn), oganesón (Og). Fuente:
  - Otros no metales.
    - Hidrógeno (H), carbono (C), azufre (S), selenio (Se), nitrógeno (N), oxígeno (O), selenio (Se) y fósforo
Materiales orgánicos
- Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tetracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son: Plásticos Productos del petróleo Madera Papel Hule Piel
materiales inorganicos
- Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son: Los minerales El cemento La cerámica El vidrio El grafito (carbón mineral)
Materiales Compuestos
- Un material compuesto o material composite, es aquel formado por dos o más componentes, de forma que las propiedades del material final sean superiores que las de los componentes por separado.
  - tipos
    - La matriz cerámica ofrece a los materiales compuestos de los que forma parte una gran resistencia a los esfuerzos mecánicos, incluso a altas temperaturas sin modificar su capacidad resistente. Por el contrario, su tenacidad es muy baja, al igual que sus conductividades térmica y eléctrica.
    - Matriz metálica La matriz metálica se caracteriza por ofrecer una mayor capacidad resistente al material compuesto, además de una buena rigidez y tenacidad a la fractura. La matriz de naturaleza metálica presenta una anisotropía poco pronunciada y un buen comportamiento a altas temperaturas. No obstante, este tipo de matrices están limitadas por su alta densidad, además de ofrecer cierta dificultad para su procesado y mecanizado. Existen tres tipos de matrices metálicas: de aleaciones de aluminio, de titanio y de cobre. Finalmente, la elección del refuerzo dependerá de cuál sea el valor de la temperatura de fusión del material de la matriz metálica.
    - Refuerzos discontinuos Existen distintos tipos de elementos que actúan como refuerzo discontinuo en los materiales compuestos. Así, se tienen materiales de refuerzo discontinuo en forma de partícula, en forma de plaqueta (en ambos casos cuando todas sus dimensiones son iguales), y materiales de refuerzo en forma de fibra discontinua o fibra corta (que son aquellos materiales que tienen una longitud mayor que su sección transversal).
    - Refuerzos continuos En este caso, también existen distintas clases de refuerzo de tipo continuo para los materiales compuestos. Así, se tienen materiales de refuerzo en forma de fibra continua o fibra larga cuando tienen una longitud mucho mayor que su seccion transversal; refuerzos de tipo laminado cuando están formados por dos o mas láminas que tienen dos de sus dimensiones mayores que la tercera; y refuerzos en forma de tejido, también llamados estructuras sandwich, cuando la matriz forma un esqueleto que es relleno de un segundo material.
Ceramicos
- Se entiende por material cerámico el producto de diversas materias primas, especialmente arcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla) y que al someterlo a cocción sufre procesos físico-químicos por los que adquiere consistencia pétrea. Dicho de otro modo mas sencillo, son materiales solidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico.
- clasificacion
  - Porozos
    - Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el óxido de hierro y se le ha añadido silex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. Se emplea para vajilla y objetos de decoración.La cocción se realiza en dos fases: Se cuece a unos 1100ºC. tras lo cual se saca del horno y se recubre con esmalte. Se introduce de nuevo en el horno a la misma temperatura
    - Arcilla cocida: de color rojiza debido al óxido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de cocción es de unos 800ºC. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (óxido de estaño) y se denomina loza estannífera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.
    - Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con óxidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir y temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electrocerámicas (usados en automoción, aviación....
    - Loza italiana: Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción ronda los1000ºC. Se emplea para fabricar vajillas baratas, adornos, tiestos....
  - Finos
    - Gres cerámico común: obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.
    - Gres cerámico fino: Obtenido a partir de arcillas conteniendo óxidos metálicos a las que se le añade un fundente (feldespato) para bajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos de sal marina que reacciona con la arcilla formando una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico. Se emplea para vajillas, azulejos...
    - Porcelana: obtenido a partir de una arcilla muy pura, caolín,mezclada con fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Su cocción se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y, tras aplicarle un esmalte otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de café, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).
Polimeros
- se clasifican segun
  - origen
    - Polímeros naturales. Su origen es biológico.
    - Polímeros sintéticos. Son creados enteramente por el ser humano. Fuente:
    - Polímeros semisintéticos. Son creados por transformación de polímeros naturales. Fuente:
  - composicion
    - Polímeros orgánicos. Poseen una cadena principal de átomos de carbono. Fuente:
    - Polímeros orgánicos vinílicos. Semejantes a los orgánicos, pero con enlaces dobles carbono-carbono. Incluyen las poliolefinas, estirénicos, vinílicos halogenados y acrílicos. Fuente:
    - Polímeros inorgánicos. Basados en otros elementos como el azufre (polisulfuros) o el silicio (la silicona).
    - Polímeros orgánicos no vinílicos. Poseen átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su cadena principal, además de carbonos. Incluyen los poliésteres, las poliamidas y los poliuretanos. Fuente:
  - reaccion
    - Polímeros elastómeros. Se deforman al aumentar la temperatura, pero recuperan su forma original.
    - Polímeros termoestables. Cuando se elevan, su temperatura se descomponen químicamente. No se deforman, es decir, no fluye el material.
    - Polímeros termoplásticos. Al elevar la temperatura se derriten y pasan al estado líquido, pero cuando se enfrían, vuelven a pasar al estado sólido. Fuente:
- ejemplos
  - Poliestireno. Conocido como PS, se obtiene a partir de monómeros de estireno, y puede obtener resultados muy diversos: más o menos transparente, más o menos quebradizo, o incluso variantes muy densas e impermeables. Fue sintetizado por primera vez en Alemania en 1930 y desde entonces se producen unos 10,6 millones de toneladas anuales en el mundo. Fuente:
  - Policloruro de vinilo. También conocido como PVC y de fórmula general (C2H3Cl)n, se obtiene a partir de la polimerización de unidades de cloruro de vinilo. Es el derivado del plástico más versátil que se conoce y se usa para todo tipo de envases, calzado, recubrimientos, flexibles e incluso tuberías.
Nanomateriales
- se refiere a una sustancia o conjunto de sustancias en la escala de los nanómetros donde los constituyentes son átomos y/o moléculas.
  - caracteristicas fisico-quimicas
    - Fase cristalina, cristalinidad y pequeñas estructuras, potencial redox, fotocatálisis, potencial para la formación de radicales, potencial Zeta, solubilidad en agua, coeficiente de partición-octanol/agua4.
  - caracteristicas organicas e inotganicas
    - Los nanomateriales «suaves o blandos» son orgánicos y a menudo son biodegradables y no biopersistentes. Los nanomateriales artificiales, en gran parte inorgánicos e insolubles, se denominan «duros» y no son biodegradables y son potencialmente biopersistentes