Propiedades de los materiales
definición
p
Se define como propiedad de un material a una caracteristica mensurable capaz de calificar un comportamiento o una respuesta del mismo a solicitaciones externas, independientemente del tamaño y de la geometria del elemento considerado.
Pueden ser Insensibles y Sensibles a la Microestructura.
físicas químicas mecánicas
El comportamiento del material bajo la acción de agentes físicos externos como el calor, electricidad, magnetismo o luz. Pueden dividirse en: electricas, magneticas, opticas y termicas.
Las más importantes son la oxidación y la corrosión, sobre todo en metales.
Definen el comportamiento de los materiales frente a determinadas acciones mecánicas exteriores como fuerzas o desplazamientos. Describen la capacidad del material para comprimirse, estirarse, doblarse, rayarse, abollarse o romperse
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Mecánicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Cohesión
Resistencia de las moléculas a separarse. Depende de las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas.
(Gp:) Dureza
Resistencia de un cuerpo a ser penetrado por otro. En algunos casos puede ser modificada (aleaciones, tratamientos). Oposicion que ejerce un cuerpo para no rayarse.
(Gp:) Ductilidad
Capacidad de deformarse plásticamente frente a esfuerzos de tracción. es la capacidad de un material que es capaz de estirarse en hilos (cobre, oro)
(Gp:) Plasticidad
Capacidad de adquirir deformaciones permanentes sin sufrir rotura.
(Gp:) Elasticidad
Capacidad de recobrar la forma cuando cesa la causa que lo deforma.
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Mecánicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Maleabilidad:
Capacidad de deformarse plásticamente. Aptitud que tiene un material para extenderse en laminas (aluminio, oro)
(Gp:) Tenacidad
Capacidad de absorber energía frente a esfuerzos bruscos exteriores antes de romperse o deformarse. Debe ser elástico y plástico a la vez. Resistencia que opone un cuerpo a se roto.
(Gp:) Fatiga
Resistencia a la rotura por un esfuerzo de magnitud o sentido variable. Deformacion de los materiales sometidos a cargas variable, algo inferiores a a la rotura.
(Gp:) Fragilidad
Cualidad contraria a la tenacidad. Tienen el límite de elasticidad y el de rotura muy próximos: carecen de zona plástica. Cuando se ejerce una fuerza sobre un material se rompe en añicos.
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Mecánicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Maquinabilidad
Facilidad que tiene un cuerpo al dejarse cortar por arranque de virutas
(Gp:) Acritud
Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en algunos materiales por el frio.
(Gp:) Resiliencia
Capacidad de un material de absorber energía en la zona elástica ante esfuerzos de rotura. Resistencia que opone un material a golpes
(Gp:) Plasticidad
Es la capacidad de conservar la nueva forma. Es lo opuesto a la elasticidad
(Gp:) Colabilidad
Aptitud que posee un material fundido para llenar un molde.
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Propiedades de los materiales
(Gp:) Comportamiento Mecánico
La respuesta de la mayoría de los materiales a campos de fuerza mecánicos, eléctricos, ópticos, depende del tiempo.
? Parte de la energía entregada se almacena y parte se disipa.
Disipación no ocurre en forma instantánea, depende del tiempo.
La perturbación o solicitación es un fuerza mecánica y la respuesta una deformación y en algunos casos flujo.
Disipación es la respuesta retrasa respecto de la perturbación. Retraso depende de la duración de la perturbación.
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Mecánicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Tracción
Gracias a la fuerza el objeto se alarga y actua perpendicularmente al suelo.
(Gp:) Compresion
La fuerza tiende a acortar el objeto.
(Gp:) Cortadura
La fuerza rompe al material pasando por ella.
(Gp:) Torsion
La fuerza tuercen al objeto.
(Gp:) Flexion
La fuerza tiende a curvar al objeto y es paralela a la superficie de fijacion.
Esfuerzos físicos a que pueden someterse los materiales
(Gp:) Pandeo
Se dan en objetos de poca seccion y gran longitud doblandose la pieza.
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Quimicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Oxidación
En ambiente cálido y seco el oxígeno provoca la oxidación de muchos materiales.
Es una reacción en la cual el elemento que se oxida cede electrones al elemento oxidante.
Otros oxidantes aparte del oxígeno (cloro, bromo, azufre, hidrógeno, yodo, óxidos de azufre y de carbono).
En algunos metales el proceso de oxidación depende de la temperatura:
– A temperatura ambiente la capa de óxido es compacta. Esto evita el contacto con el oxidante y que continúe la oxidación.
– Si la temperatura se eleva, se puede producir un agrietamiento de la capa de óxido, con lo que la oxidación llega al interior.
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Quimicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Corrosión
Se denomina al proceso de destrucción lenta y progresiva de un material producido por el oxígeno del aire combinada con la humedad.
Es un proceso electroquímico, pues en la superficie del metal se generan micropilas galvánicas. La humedad actúa como electrolito.
Los agentes corrosivos más habituales son: cloruro de sodio y el dióxido de azufre.
Se producen dos reacciones simultáneas:
– Reacción anódica: Tiene lugar en la superficie del metal, que actúa como ánodo y cede electrones con lo que se forma el óxido.
– Reacción catódica: Consiste en la captura de los electrones por los radicales OH- y el posterior desprendimiento de hidrógeno.
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Propiedades de los materiales
(Gp:) Proteccion contra la Corrosión
Modificación química de la superficie: Creación por medios químicos de una capa protectora o capa de conversión.
Cromatizado
Fosfatación
La oxidación anódica.
Recubrimientos no metálicos:
Pinturas y barnices
Plásticos
Esmaltes y cerámicas
Recubrimientos metálicos:
Electrodeposición
Electroferesis
Inmersión en caliente
Difusión o cementado
Protección catódica
Inhibidores de la corrosión
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Físicas
Propiedades de los materiales
(Gp:) ELECTRICAS
Describen el comportamiento electrico del metal, el cual en muchas ocasiones es mas critico que su comportamiento mecanico.
Conductores, Aisladores, Semiconductores, Superconductores.
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
(metales en general
como plata, cobre, platino, aleaciones metalicas, aluminio, etc.)
(vidrio, diamante, azufre, cuarzo fundido, cuando pensamos en aisladores electricos imaginamos elementos construidos con vidrio, ceramico o polimeros)
(aumentan su conductividad con la temperatura, con las impurezas, pueden ser intrinsecos y extrinsecos).
(Gp:) Conductores
(Gp:) Aisladores
(Gp:) SuperConductores
(Gp:) SemiConductores
(Ge-germanio, Si-silicio, GaAs-galioarsenico, GaP-galiofosforo, CdS-cadmioazufre)
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Conductores
Las propiedades eléctricas dependen de:
Estructura electrónica de los átomos
Respuesta de los e- a los campos electromagnéticos.
La movilidad de los portadores depende de los enlaces atomicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y, en los compuestos ionicos de las velocidades de difusion.
La aplicación de un campo magnetico genera la formacion y el movimiento de dipolos contenidos en el material. Estos dipolos son atomos o grupos de atomos que tienen carga desequilibrada. Dentro de un campo electrico aplicado los dipolos se alinean causando polarizacion.
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Conductores
Electrostriccion es la modificacion de las dimensiones del material. Ademas de darse por cambios en la longitud de los enlaces entre iones, puede ser resultado de la actuacion de los atomos como particulas en forma oval en vez de esferica o por distorsion debida a la orientacion de los dipolos permanentes del material.
Cuando se les impone un cambio dimensional, ocurre polarizacion lo que crea un voltaje o un campo. Los materiales que presentan este comportamiento son piezoelectricos.
Cuando se retira el campo, queda una polarizacion permanente, debida al acoplamiento de dipolos y el material ha quedado permanentemente polarizado. Los materiales que retienen una polarizacion neta, una vez retirado el campo se conocen como ferroelectricos.
EL Titanato de Bario (BaTiO3) es un material cristalino polar debido a su nanoestructura Material Ferro-eléctrico
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
(Gp:) Conductores
Ejemplos de Conducción Ionica
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
(Gp:) SemiConductores
Una particular clase de materiales que han transformado la sociedad. Gran variedad de compuestos ceramicos e intermetalicos presentan este mismo efecto. Tienen propiedades de semiconductividad o conductividad condicionada. Algunos ejemplos: Diodos, chips, tiristores en industria electrica.
Su conductividad aumenta con la temperatura.
Su conductividad aumenta con las “impurezas
Pueden ser intrinsecos o extrinsecos.(superconductores)
Dos tipos de portadores: electrones y huecos
GaAs-galioarsenico, GaP-galiofosforo, CdS-cadmioazufre)
El silicio y El germanio
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
(Gp:) SuperConductores
Su brecha de energia entre las bandas de valencia y conduccion es pequeña y, algunos electrones poseen suficiente energia termica como para saltar la brecha, entrando en la banda de conduccion. Los electrones excitados dejan atras niveles de energia desocupados, o huecos, en la banda de valencia. Cuando un electron se mueve para llenar un hueco, se crea otro en la fuente original de este segundo electron de forma que los espacios vacios parecen actuar como "electrones" de carga positiva y portadores de carga electrica. Cuando se aplica un voltaje electrico al material, los electrones de la banda de conduccion se aceleran hacia la terminal positiva, en tanto que los huecos de la banda de valencia se mueven hacia a terminal negativa. Por lo tanto se conduce la corriente mediante el movimiento de electrones y de huecos.
El comportamiento del semiconductor es opuesto al de los metales, conforme aumenta la temperatura se incrementa la conductividad, por que estan presentes mas portadores de carga, en tanto que en el metal la conductividad se reduce, debido a la menor movilidad de sus portadores de carga. Si se retira la fuente de energia o voltaje de excitación se vuelven a combinar los huecos y los electrones despues de cierto periodo de tiempo.
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Propiedades de los materiales
(Gp:) SuperConductores
Intrinsecos
Tipicamente los del grupo IV de la Tabla Periodica.
Silicio y Germanio
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Propiedades de los materiales
(Gp:) SuperConductores
Extrinsecos
En vista de que pequeñas variaciones de temperatura pueden afectar el comportamiento de un semiconductor intrinseco, se puede agregar una pequeña cantidad de impurezas (dopado), para producir un semiconductor extrinseco.
La conductividad de este semiconductor dependera principalmente del numero de atomos de impureza (dopantes), y en un rango especifico de temperatura incluso ser independiente de esta.
Silicio-fosforo
Silicio-Bario
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Eléctricas
Propiedades de los materiales
Cuando pensamos en Aisladores Electricos imaginamos elementos constriudos con vidrio, polimeros o ceramicos.
Los portadores de carga pueden ser electrones, huecos, iones y defectos puntuales
La cantidad de electrones que pueden acceder a la banda de conduccion es muy baja. (excepto en peliculas delgadas de oxidos amorfos).
Un buen dieléctrico es un buen aislador, pero la inversa no siempre es cierta.
(Gp:) Aisladores
El comportamiento dielectrico, propio de los materiales que impiden el flujo de corriente electrica, que va mas alla de simplemente proporcionar aislamiento.
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FISICAS
Propiedades de los materiales
(Gp:) Electricas
(Gp:) Opticas
(Gp:) Termicas
(Gp:) Magneticas