Objetivo
Resumir breve historia de la ciencia de los materiales.
Identificar los tipos de materiales
Explicar la diferencia entre Ciencia e ingeniería de materiales.
Historia
Edad de piedra: herramientas de materiales naturales.
Introducción del bronce (5 000 años) > Aleación (más de un metal. Bronce puede ser formado o fundido en diferente formas o puede ser endurecido mejorando la aleación).
Edad del Acero (3 000 años). Resistente y económico material, y barato, que cambió el sistema de vida cotidiana.
Historia
Edad de materiales avanzados (actual): se han introducido los cerámicos, polímeros semiconductores, materiales compuestos
Investigación continua: estructuras, procesamiento, propiedades y rendimiento de los materiales.
Innovación: diseño y aplicación inteligente de los materiales.
Perspectiva Tecnológica
Entendimiento estructura-procesamiento-propiedades ha conducido a un progreso en los materiales.
Ejemplo:
Diferencias entre nanoarcillas y arcillas .
Encontrar soluciones y demandas tecnológicas actuales.
¿Qué es Ciencia de Materiales ?
Ciencia que se encarga de establecer las propiedades físico-químicas de los materiales naturales o sintéticos y en base a estos conocimientos encontrar métodos de preparación y desarrollo tecnológico.
Áreas de interacción:
preparación y síntesis de los materiales
caracterización de los materiales,
establecer relación estructura-propiedades y aplicaciones.
¿Qué es Ciencia de Materiales ?
Ciencia de materiales ha sido una respuesta a las demandas tecnológicas del mercado y desarrollar productos.
¿En qué se diferencian la Ingeniería de materiales y la Ciencia de materiales?
Ciencia e Ingeniería de Materiales
(Gp:) Propiedades
(Gp:) Procesamiento
(Gp:) Estructura
(Gp:) Rendimiento
Ciencia de Materiales
Investiga la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales
Materiales de Ingeniería
Diseño de una estructura o producto para alcanzar las propiedades deseadas.
Metales
Procesamiento
Estructura
Propiedades
Rendimiento
Plásticos
Estructura
Procesamiento
Propiedades
Rendimiento
Origen de las propiedades de los materiales: Estructura
Como se estudian las estructuras mediante la caracterización o identificación de cómo están organizados los átomos o moléculas
Estructura sub-atómica: Estructura electrónica de los átomos que define la interacción entre ambos átomos
Estructura atómica: arreglo de átomos en materiales. Mismo átomos pueden tener diferentes arreglos
Estructura microscópica (Microestructura) : arreglo de pequeños granos de los materiales.
Estructura macroscópica: Granos vistos a simple vista
Factor de respuesta: Propiedades
Es la respuesta de un material al interactuar con una estimulo externo
Mecánicas: deformación, respuesta a fuerzas, esfuerzos, etc.
Eléctricas: respuestas a campos eléctricos, conductividad, constante dieléctrica, etc.
Magnéticos: respuestas de un material ante un campo magnético
Térmicos: transmisión de calor o capacidad de calor
Ópticas : absorción, transmisión o reflexión de la luz
Degradación: contacto con ambientes (corrosión)
Medios para alcanzar propiedades: Procesamiento
Ejemplo: dureza vs. estructura del acero
• Propiedades dependen de la estructura
Porcentaje de carbono 4% del peso
Ejemplo: estructura vs. Velocidad de enfriamiento del acero
• El procesamiento puede cambiar la estructura
Hardness (BHN)
Cooling Rate (C/s)
100
2
00
3
00
4
00
5
00
6
00
0.01
0.1
1
10
100
1000
(a)
(Gp:) 30
(Gp:) m
(Gp:) m
(b)
(Gp:) 30
(Gp:) m
(Gp:) m
(d)
(Gp:) 30
(Gp:) m
(Gp:) m
(c)
(Gp:) 4
(Gp:) m
(Gp:) m
Tipos de materiales
Metales: la valencia de electrones es refería por los átomos, dichos átomos están unidos por un mar de electrones, los electrones “pegan” los iones juntos. Caracteristicas: enlaces fuertes, buenos conductores, poseen brillos al ser pulidos, etc.
Tipos de materiales
Polímeros: tienen principalmente fuerzas covalentes y de Van der Waals entre los átomos, que son formados mayormente por C e H. Son ligeros y proseen diferentes propiedades dependiendo de su estructura molecular. Son baratos y tienen buena relación entre sus propiedades y el costo
Tipos de materiales
Cerámicos: los átomos se comportamiento como iones positivos o negativos y son unidos por fuerzas de Coulomb. Usualmente son combinaciones de metales o semiconductores con oxigeno, nitrógeno o carbono. Características: duro , frágil y aislantes. Ejemplo: porcelana.
Tipos de Materiales
Semiconductores: los enlaces son covalentes. Sus propiedades eléctricas depende de la purezas del material tales como: Si o Ge. En general poseen baja conductividad eléctrica
Ejemplos: microchip , controla la señal eléctrica
Tipo de materiales
Compuestos: los compuestos están formados por dos o mas materiales diferentes. Propiedades difieren de matriz y relleno. Ej. : Hormigón.
Proceso de Selección de Materiales
Partir de una propiedad requerida. Prop: mecánica, eléctrica, óptica, decorativa, etc..
Con las propiedades identificar el material a escoger o alternativas. Material: estructura, composición, cristalino, etc.
Con el Material, identificar el procesamiento requerido. Procesamiento es cambiar la estructura para dar una forma determinada
Analizar el costo del material y procesamiento con las propiedades requeridas
Preguntas de repaso
¿Cual es la diferencia ciencias de los materiales y ingeniería de materiales?
Identifique los cuatro tipos básicos de materiales (Ceramicos, metales, compuesto y polímeros) dentro del aula
¿Por que a algunos periodos de tiempo tienen nombre de algunos materiales?