Capitulo 1

CAPITULO 1: INTRODUCCION A LOS MATERIALES ING. FELIX GABRIEL ORELLANA SANCHEZ

1. 1 INTRODUCCION

1.2 CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES El objetivo principal de la ciencia de los materiales es el conocimiento básico de la estructura interna, las propiedades y la elaboración de materiales. La ingeniería de los materiales se interesa principalmente por el empleo del conocimiento fundamental y aplicado acerca de los materiales, de modo que éstos puedan ser convertidos en los productos que la sociedad necesita o desea.

1.3 TIPOS DE MATERIALES Por comodidad, la mayoría de los materiales utilizados en ingeniería se dividen en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos y cerámicos, se distinguirá entre ellos con base en algunas de sus propiedades mecánicas, eléctricas y físicas más importantes.

En capítulos posteriores se estudiarán las diferencias en cuanto a estructura interna entre estos tipos de materiales. Además de estos tres grupos de materiales, se tomarán en cuenta dos tipos más, los materiales compuestos y los materiales electrónicos, dada su gran importancia en la ingeniería.

1.3.1 MATERIALES METÁLICOS Estos materiales son sustancias inorgánicas compuestas por uno o más elementos metálicos y pueden contener algunos elementos no metálicos. Son ejemplos de elementos metálicos el hierro, el cobre, el aluminio, el níquel y el titanio. Los materiales metálicos pueden contener elementos no metálicos como carbono, nitrógeno y oxígeno. Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. En general, los metales son buenos conductores térmicos y eléctricos. Muchos metales son relativamente resistentes y dúctiles a la temperatura ambiente y presentan alta resistencia, incluso a altas temperaturas.

Los metales y las aleaciones suelen dividirse en dos clases: aleaciones y metales ferrosos que contienen un alto porcentaje de hierro, como el acero y el hierro fundido, y aleaciones y metales no ferrosos que carecen de hierro o contienen sólo cantidades relativamente pequeñas de éste. Son ejemplos de metales no ferrosos el aluminio, el cobre, el zinc, el titanio y el níquel. La distinción entre aleaciones ferrosas y no ferrosas se hace debido al empleo y producción considerablemente mayores de aceros y hierros fundidos en comparación con otras aleaciones.

1.3.2 MATERIALES POLIMÉRICOS La mayoría de los materiales poliméricos constan de largas cadenas o redes moleculares que frecuentemente se basan en compuestos orgánicos (precursores que contienen carbono).Desde un punto de vista estructural, la mayoría de los materiales poliméricos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductibilidad de los materiales poliméricos varía considerablemente. Dada la naturaleza de su estructura interna, la mayoría de los materiales poliméricos son malos conductores de electricidad.

1.3.3 MATERIALES CERÁMICOS Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos enlazados químicamente entre sí. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezclas de ambos. La mayoría de los materiales cerámicos tienen una gran dureza y resistencia a las altas temperaturas pero tienden a ser frágiles (con poca o nula deformación antes de la fractura). Destacan entre las ventajas de los materiales cerámicos para aplicaciones industriales su peso ligero, gran resistencia y dureza, buena resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y propiedades aislantes

1.3.4 MATERIALES COMPUESTOS Un material compuesto puede definirse como dos o más materiales (fases o constituyentes) integrados para formar un material nuevo. Los constituyentes conservan sus propiedades y el nuevo compuesto tendrá propiedades distintas a la de cada uno de ellos. La mayoría de los materiales compuestos están formados por un material específico de relleno que a su vez sirve de refuerzo, y una resina aglomerante con objeto de lograr las características y propiedades deseadas.

1.3.5 MATERIALES ELECTRÓNICOS Los materiales electrónicos no son importantes por su volumen de producción, pero sí lo son extremadamente por su avanzada tecnología. El material electrónico más importante es el silicio puro, al que se modifica de distintos modos para cambiar sus características eléctricas. Muchísimos circuitos electrónicos complejos se pueden miniaturizar en un chip de silicio de aproximadamente 3/4 de pulg2

1.4 COMPETENCIA ENTRE LOS MATERIALES

1.4 ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACE

1.4.1 LA ESTRUCTURA DE LOS ÁTOMOS Los átomos constan principalmente de tres partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. El actual modelo simple de un átomo considera un núcleo muy pequeño de aproximadamente 10−14 m de diámetro, rodeado por una nube de electrones relativamente poco dispersa y de densidad variable, de tal suerte que el diámetro del átomo es del orden de 10−10 m.

El núcleo constituye casi toda la masa del átomo y contiene protones y neutrones. Un protón tiene una masa de 1.673 × 10−24 g y una carga unitaria de +1.602 × 10−19 culombios (C). El neutrón es ligeramente más pesado que el protón y tiene una masa de 1.675 × 10−24 g, pero no tiene carga. El electrón tiene una masa relativamente pequeña de 9.109 × 10−28 g ( de la del protón) y una carga unitaria de −31.602 × 10−19 C (con la misma carga, pero de signo opuesto a la del protón).

1.4.2 NÚMEROS ATÓMICOS Y MASAS ATÓMICAS 1.4.2.1 NÚMEROS ATÓMICOS El número atómico de un átomo indica el número de protones (partículas cargadas positivamente) que están en su núcleo y en un átomo neutro, el número atómico es también igual al número de electrones de su nube de carga. Cada elemento tiene su propio número atómico característico y, de este modo, el número atómico define al elemento. Los números atómicos de los elementos desde el hidrógeno, que tiene un número atómico de 1, hasta el hahnio, cuyo número atómico es 105, se ubican encima de los símbolos atómicos de los elementos en la tabla periódica

1.4.2.2 MASAS ATÓMICAS La masa atómica relativa de un elemento es la masa en gramos de 6.023 × 1023 átomos (número de Avogadro NA) de ese elemento. Las masas atómicas relativas de los elementos, desde el 1 hasta el 105, se localizan debajo de los símbolos atómicos en la tabla periódica de los elementos El átomo de carbono, que tiene 6 protones y 6 neutrones, es el átomo de carbono 12 y su masa es la masa de referencia de las masas atómicas.