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Estructura de los materiales. (Estructura cristalina: (Tipos de cristales:…
Estructura de los materiales.
Estructura cristalina:
Definición
: Forma sólida de como se ordenan y forman los cristales.
Celda unitaria:
Definición:
La unidad estructural básica o mas pequeña representativa de la simetría de la red.
Redes de Bravais:
Cúbica simple.
Cúbica centrado en el cuerpo.
Cúbica centrada en el cuerpo
Hexagonal compacta.
Tipos de cristales:
Iónicos.
Covalentes.
Metálicos
.
Cristales amorfos
Estructuras:
Isomorfismo
:Diferente composición Química pero estructura igual.
Polimorfismo
:Un mismo elemento posee más
de una estructura.
Materiales Metálicos.
Fundido
.
Definición: Proceso por el cual se refinan los óxidos metálicos en metales puros.
La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza como óxidos metálicos. Estos óxidos metálicos se refinan en metales puros a través de un proceso llamado fundido en el cual el metal se extrae de su óxido a través del uso de un agente reductor químico.
Operaciones de conformado:
Forjado
Proceso mecánico para darle nueva forma al metal.
El forjado es dar nuevamente forma al metal de manera mecánica mediante la percusión o la presión.
Laminado
Adelgazamiento de una hoja de metal al presionarla entre dos rodillos, cada uno aplicando una fuerza de compresión.
El laminado involucra el adelgazamiento de una hoja de metal al presionarla entre dos rodillos. La reducción de su grosor obtenido por el laminado puede ser muy grande.
Extrusión
Proceso en el que un material es empujado a través de un troquel, logrando que el material tome la misma forma del orificio en el troquel.
El metal se empuja a través de un troquel, obteniendo así la forma del orificio.
Trefilado
Deformación de un material arriba de su tensión de fluencia pero debajo de la temperatura de recristalización, resultando en una mayor tensión de fluencia pero menor ductilidad.
El trefilado es similar a la extrusión, solo que el metal se jala a través del troquel desde abajo en lugar de ser empujado desde arriba.
Definición: Técnicas para alterar la forma de los metales sin derretirse.
Recocido
Definicion: Proceso de tratamiento de calor que revierte los cambios en la microestructura de un metal después de un trabajo en frío; sucede en tres etapas: recuperación, recristalización y crecimiento del grano.
El cambio en la microestructura del metal durante el trabajo en frío se puede
revertir a través de un proceso térmico (de calor) llamado recocido, que también revierte las propiedades mecánicas a su estado original.
El recocido sucede en tres etapas:
Recuperación
Primera etapa del recocido en la cual grandes granos deformes forman un material y los esfuerzos residuales se reducen.
Durante la primera etapa del tratamiento térmico (recuperación),
estos grandes granos deformes forman subgranos que resultan en una disminución de los esfuerzos residuales en el material como se muestra.
Recristalización
Segunda etapa del recocido en la cual ocurre la nucleación de pequeños granos en las fronteras de los subgranos, dando por resultado una reducción significativa en el número de dislocaciones presentes en el metal.
La temperatura de recristalización marca la transición entre la primera etapa (recuperación) y la segunda etapa (recristalización). El impacto de la recristalización es significativo. El metal se revierte hacia sus propiedades originales, haciéndose más suave y débil, pero más dúctil.
Crecimiento del grano
Segundo paso en la formación de cristalitas, el cual depende de la temperatura y puede ser descrito utilizando la ecuación de Arrhenius.
La etapa final del recocido, el crecimiento del grano, consiste de pequeños
granos que crecen y que consumen en última instancia granos vecinos, la microestructura del material recocido se asemeja mucho
a la microestructura original antes de la deformación plástica.
Materiales no Metálicos.
Orgánicos
Son orgánicos cuando se dice que tienen células vegetales o animales y se disuelven en liquidos organicos.
Caracteristícas:
Combustibles
Poco densos.
Uniones atómicas débiles.
Tienen carbono e Hidrogeno.
Ejemplos: Azúcar, Glucosa,Alcohol.
Inorgánicos
Definición: Compuestos que están formados por distintos elementos, pero en los que su componente principal no siempre es el carbono.
Caraceristicas:
Altos puntos de fusion
Enlaces iónicos fuertes.
Tipos:
Óxidos.
Ácidos.
Sales.
Hidruros.
Polímeros
Naturales
Cadenas naturales de Isopreno.como el caucho.
El caucho se puede mejorar por medio de la vulcanización. Cambiando su estructura polimérica.
Sintéticos
Plásticos
Termoestables: al enfriarse no pueden ser recalentados para tomar otra forma
Termoplásticos: Pueden ser recalentados y tomar formas distintas.
Fibras: nylon.
Elastómeros: Se pueden estirar hasta 200%
Tipos de polimerización
Por adición.
Involucra tres pasos: iniciación, propagación y terminación.
Por condensación.
Ocurre cuando dos grupos terminales potencialmente reactivos en un polímero reaccionan para formar un nuevo enlace covalente entre las cadenas poliméricas.
Aditivos:
Plastificadores.
Rellenos.
Colorantes.
Estabilizadores.
Pigmentos.
Cerámicos.
Definición
: los materiales cerámicos son compuestos que contienen átomos metálicos enlazados a elementos no metálicos
Estructuras Cerámicas.
Cúbica centrada en el cuerpo
Cúbica centrada en las caras
.
Hexagonal de Empaquetamiento en las caras
De tipo AX (NaCi)
Estructura perovskita
Estructura espinela
¿Cuáles son los usos industriales de los cerámicos?
Abrasivos
: Se utilizan para desgastar otros materiales.
Abrasivos más comunes:
Alúmina.
Granate
Carburo de silicio
Se clasifican de acuerdo al grano y el número de partículas abrasivas por pulgada cuadrada.
Vidrios.
La unidad básica del vidrio es el tetraedro de Si O
Fases del SiO.
A 573º C es Cuarzo Beta
A 867º C se convierte a tridimita
a 1713º C se convierte a cristobalita cúbica
Otras clases de vidrios
De borosilicato: Se usan para equipos de laboratorio, tuberías, hornos y faros de lámparas reflectoras.
Vidrios al plomo: Se utilizan en ventanas para proteger de la radiación de alta energía, carcasas de lámparas fluorescentes y lámparas de televisión.
Cementos
Cemento hidráulico:Requiere agua para formar un solido.
Cemento no hidráulico: No requiere agua para formar un solido.
Proceso de fabricación del Cemento hidráulico.
Evaporación-deshidratación: Se saca toda el agua libre
Calcinación: El carbonato de calcio se convierte a óxido de calcio.
Clinkerización:Se forman los silicatos de calcio.
Estructura molecular.
Refractarios
: soportan altas temperaturas sin fundirse, degradarse o reaccionar con otros materiales.
Arcilla refractaria: contienen al menos 12% de SiO2
Refractarios sin arcilla.
Mullita: Los ladrillos de mullita no se comienzan a fundir hasta temperaturas de 1890° C.
Ladrillos de sílice: son especialmente resistentes al ataque de materiales alcalinos y encuentran uso relevante en la industria del acero.
cerámicos blancos
:son de textura fina y se utilizan en vajillas, pisos y azulejos de pared y esculturas.
porcelana
La caolinita (Al2Si2O5(OH)4) es el material primario en la porcelana
Frecuentemente tienen una función puramente decorativa
cerámicos avanzados
: son materiales de ingeniería utilizados principalmente para aplicaciones de alta gama.
Aplicaciones
Superficies lubricantes para prótesis
Cubiertas resistentes a los coágulos en las válvulas cardiacas.
Colectores de especies radioactivas para tratamientos cancerígenos.
Marcos para estimular el crecimiento óseo
Materiales compuestos.
Material formado al mezclar dos materiales en distintas fases causando un nuevo material con diferentes propiedades de los padres.
Compuestos
reforzados con fibras
Compuestos en los que un material forma la matriz externa y transfiere cualquier carga aplicada a las fibras más fuertes y más frágiles.
Fibra
El rol de la fibra es soportar cargas relevantes de tracción en la dirección longitudinal.
Dirección longitudinal
Dirección transversal
Factores que influyen en el desempeño de la fibra
Longitud
Diámetro
Fracción de fibra
Orientación
Las fibras comunes utilizadas para el reforzamiento incluyen
Carbono
Polímeros de alto desempeño
Poliéster
Acero
Titanio
Tungsteno.
Matriz
El material matriz rodea a las fibras, las orienta para optimizar su desempeño colectivo, las protege de ataques ambientales y les transfiere la carga.
Resinas epóxicas
proporcionan propiedades mecánicas mejoradas y resistencia ambiental excepcional.
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Resinas de éster de vinilo
Material de matriz polimérica que combina las ventajas económicas de:
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Resinas fenólicas
Materiales matriz que tienen:
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Resinas de poliamida
Materiales de matriz polimérica
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Compuestos de matriz metálica
Compuestos que utilizan un metal como el material matriz en lugar de matrices poliméricas más comunes.
Proporcionan
Alta resistencia
Resistencia ambiental mejorada
Conductividad térmica mucho más grande
Resistencia a la
abrasión mejorada
Capacidad de operar a temperaturas elevadas
Compuestos de matriz cerámica
Adición de fibras de cerámico a una matriz de un material cerámico diferente para incrementar significativamente la tenacidad a la fractura del compuesto.
Cuando las fibras de cerámico se añaden a una matriz de un material cerámico diferente sucede lo siguiente:
La tenacidad de la fractura del compuesto se incrementa significativamente
Mantiene la capacidad de soportar altas temperaturas y ambientes corrosivos.
Compuestos de partículas
Compuestos que contienen grandes números de partículas gruesas
Los compuestos de partículas son isotrópicos, teniendo las mismas propiedades en todas las direcciones.
Cemento
Grava
Concreto
Compuestos laminares
Compuestos que están hechos al alternar juntas con un adhesivo capas de diferentes materiales.
Otros compuestos laminares comerciales incluyen:
Los parabrisas de seguridad
Vidrio
Los esquís de nieve
Capas de vidrio
Capas de Madera
Ahora he hechos de:
Capas de polietileno sinterizado
Capas de acero
Capas de hule
Capas de carbono
Capas de fibra de vidrio
Capas de madera
material de hule de las llantas de los automóviles, el cual contiene 28% de partículas de carbono negro barato en una matriz de poliisobutileno.
Compuestos híbridos
Materiales compuestos producidos con al menos una fase que por sí sola es un material compuesto.
Tendencias de la Nanotecnología
: permite trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos.
Caracteristicas:
Colaboración de múltiples ciencias: biología, física, química, informática, ingeniería y medicina.
Elevados costes de equipamiento, acceso necesario a propiedad intelectual, conocimientos muy especializados.
Aplicaciones.
El medio ambiente.
En la energía .
Medicina.
Tecnologías de la comunicación e informática.
Arquitectura .
Alimentaria.
Identificación de nanomateriales.
Nanopartículas y Nanopolvos
En la Ingeniería como sensores químicos, vidrios autolimpiables, tintas magnéticas y conductoras.
Nanocápsulas
Liberación de fármacos, industria alimentacia, cosméticos, tratamiento de aguas residuales, componentes de adhesivos, aditivos aromáticos en tejidos, fluidos magnéticos.
Nanotubos de Carbono
Polímeros conductores, cerámicas altamente tenaces, apantallamientos electromagnéticos, componentes para membranas y células solares, nano-osciladores en orden de giga-Hertz, puntas nanoscópicas, músculos artificiales.
Nanofibras
Filtros, tejidos, cosméticos, esterilización, separaciones biológicas,, biosensores, órganos artificiales, implantes.
Microestructura:
Definición:
La microestructura es el análisis por medio de instrumentos ópticos para determinar ciertas características o propiedades.
Metalografía:
¿Qué es?
:Estudio de la estructura de los metales examinando a simple vista como con microscopio para determinar características físicas y químicas.
¿Para qué sirve?
:La metalografía permite saber con exactitud su un material ha sido procesado o elaborado como lo indica su estandarización.
¿Cómo se hace un analísis metalografíco?
1) Preparar la muestra.
2) Colocar la muestra en resina.
3) Lijado de la muestra.
4) Pulido.
5) Ataque Químico.
Defectos cristalinos:
Son fallas donde el parámetro de red no se respeta y produce una deformación.
Tipos:
Puntuales:son defectos que se hacen al aplicar una fuerza al material haciendo que se deforme.
Lineales: Localizados en un solo punto.
De superficie: Separan el material en cristales de distintos materiales.
Borde de grano: Mismo elemento de cristal pero diferente sentido. Forma fronteras.
