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Perspectivas del desarrollo de la ciencia y tecnología de materiales




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    Indice
    1.
    Introducción.

    2. Tendencias del desarrollo de la
    tecnología y ciencia de los materiales a nivel
    mundial

    3. Líneas De Investigación
    En El Area De Materiales A Nivel Mundial

    4. Bibliografía

    1. Introducción.

    El progreso de la Humanidad, se basa en un intenso
    desarrollo de la Microelectrónica, la Informática, la Automatización y Robotización de la
    Producción, en el empleo de
    nuevos materiales y
    nuevas
    tecnologías, en la utilización de nuevos
    manantiales de energía y en el fomento de la Biotecnología.
    La riqueza material de un país, depende de la
    producción de bienes y
    servicios,
    mediante el empleo coordinado de los recursos
    humanos y materiales. La tecnología contribuye
    al uso más eficiente de los recursos.
    La tecnología moderna requiere de materiales con una
    variedad de propiedades, con un bajo costo de
    obtención y con una alta versatilidad para ser
    transformado en elementos estructurales en los procesos de
    fabricación.
    La tecnología moderna con la incorporación de la
    Informática y la Robótica,
    no solo que ha efectivizado la obtención y el tratamiento
    de los materiales; sino que ha mejorado la capacidad de control y
    direccionamiento de los procesos internos que en ellos
    ocurre.
    El número de materiales disponibles se calcula
    están entre 40.000 y 80.000. En su historia, la Humanidad fue
    dividida en épocas que daban cuenta del principal material
    que se usaba (la edad de piedra, bronce, etc.), hoy no podemos
    hablar de un sólo material que nos distinga sino de varios
    de ellos, estamos en la era de los Nuevos Materiales. Todas estas
    consideraciones determinan que existan nuevos conceptos
    básicos a ser estudiados y comprendidos.
    Las edades en las cuales el Hombre ha
    vivido se han denominado por los materiales que él
    preferentemente a usado: piedra, bronce, hierro. Hoy no
    estamos en la era de un solo material, es la época de un
    inmenso rango de materiales. Nunca ha existido una época
    en la cual la evolución de los materiales fuese tan
    rápida y el rango de sus propiedades más
    variado.
    Una de las razones de la evolución técnica e
    industrial de los países desarrollados es que, cuando fue
    preciso, la industria
    encontró entre los materiales existentes, la propiedades
    necesarias para prestaciones
    extremas.
    Los factores que han influenciado sobre la industria desarrollada
    son:

    • Necesidad de economizar energía
    • Urgencia de conservar el medio
      ambiente
    • Conveniencia de disminuir el consumo de
      materiales estratégicos.
    • Necesidad de aumentar su competitividad en los mercados.

    Se consideran como materiales estratégicos
    aquellos que reúnen las siguientes características:

    1. No se producen, o al menos, no se obtienen en
      cantidades suficientes.
    2. Son esenciales para la producción
      industrial.
    3. Tienen pocos o ningún otro sustituto, y su
      reciclaje es
      difícil.
    4. La producción está concentrada en un
      número restringido de terceros
      países.

    La introducción de los nuevos materiales en las
    industrias viene
    motivado por los siguientes factores:

    1. Ahorro de energía en los procesos de
      fabricación.
    2. Eliminación de residuos dañinos para el
      medio y la salud.
    3. Sustitución de materiales considerados
      estratégicos.
    4. Aumento de la competitividad industrial (mejores
      características y calidad del
      producto).
    5. Economía en el empleo de los materiales, por
      aumento de la duración.
    6. Mejor aprovechamiento de los materiales durante los
      procesos de fabricación.
    7. Aumento de la seguridad en
      el
      trabajo.
    8. Reciclado de materiales.
    9. Aprovechamiento de residuos.
    10. Incremento del valor
      agregado de los productos.
    11. Creación y multiplicación de segmentos
      innovadores dentro de las industrias.

    La sección de materiales en una industria cumple
    con las siguientes funciones:

    Para nuestro país, el poder ir
    superando el subdesarrollo
    en el que lamentablemente se halla inmerso, pasa necesariamente
    por el impulso a la investigación científica tanto
    básica como aplicada. Lamentablemente los recursos
    destinados con este fin son completamente exiguos, la información sobre los desarrollos
    tecnológicos y los avances científicos es
    dramáticamente escasa.
    La Humanidad ha superado la etapa en la cual teníamos que
    aceptar la disposición de la Naturaleza a
    nivel atómico y molecular, ahora esta puede ser
    modificada, reacomodada o "construida" a fin de obtener un
    material que se adecue a satisfacer las necesidades
    específicas que de él se requieran. Tal es el caso
    de las mezclas
    poliméricas y aleaciones
    metálicas, los nuevos materiales cerámicos y el
    amplio mundo de los materiales compuestos
    El país cuenta con abundantes recursos materiales, pero
    éstos deben ser caracterizados adecuadamente para darles
    un uso óptimo.

    2. Tendencias del desarrollo
    de la tecnología y ciencia de los
    materiales a nivel mundial

    Hasta los años 60 "materiales de
    ingeniería" era sinónimo de "metales"; pero
    desde esa época hasta nuestros días todo ha
    cambiado. La velocidad de
    desarrollo de las nuevas aleaciones metálicas es
    más bien baja, la demanda de
    acero y de hierro
    fundido ha caído. Las industrias de polímeros y
    materiales compuestos crecen rápidamente, al igual que las
    proyecciones de desarrollo de las nuevas cerámicas.
    Las tecnologías modernas asociadas a la producción
    industrial contemporánea, demandan un desarrollo de
    productos cuya realización está vinculada al uso de
    materiales con propiedades muy bien determinadas y a la selección
    de procedimientos mejor adaptados al éxito
    económico de los productos.
    Las nuevas líneas generales de producción, tienden
    a conformar materiales más fiables ligeros y resistentes
    con una economía de recursos óptima. Entre
    éstas líneas está el desarrollo
    de:

    • Aleaciones metálicas resistentes a altas
      temperaturas.
    • Metales amorfos.
    • Cerámicas técnicas
    • Polímeros especiales
    • Materiales compuestos

    Todos estos constituyen los llamados Nuevos Materiales,
    los cuales conciernen a los materiales que resultan de un control
    óptimo de su microestructura o de la combinación de
    diversos materiales. Estos nuevos materiales exigen un intenso
    desarrollo de los métodos de análisis tanto macroscópicos como
    microscópicos de las propiedades mecánicas,
    físicas, químicas y tecnológicas; así
    como de los procedimientos para alterar o modificar dichas
    propiedades.
    Además la tendencia del desarrollo actual tiene en
    consideración: el costo de fabricación tanto
    económico como ambiental, la utilización y la
    disposición final del producto en función de
    su posible reciclaje, degradación o eliminación.
    Las regulaciones internacionales sobre el destino final y el
    proceso de
    fabricación del material cada vez son más
    respetuosas del medio ambiente
    En general la CCMM está ocupada en la creación de
    nuevos materiales y en el mejoramiento sustancial de las
    propiedades de los materiales tradicionales. (15
    El desarrollo de la Ciencia y
    la Tecnología de los Materiales en las próximas
    décadas se prevé estará caracterizada por
    los siguientes aspectos:

    1. Existe la tendencia a sustituir los materiales
      metálicos y sus aleaciones por los plásticos, cerámicos y compuestos,
      debido a sus bajo costo y durabilidad.
    2. Se propenderá a elevar la resistencia
      mecánica y las propiedades anticorrosivas
      de los aceros en condiciones extremas (altas temperaturas,
      presiones y medios
      altamente corrosivos), variando la microestructura en base de
      la sustitución de algunos elementos aleantes
      tradicionales, disminución del tamaño de grano y
      tratamientos termomecánicos. (19)
    3. Se intensificará el uso de los aceros
      esferoidizados y colados en forma continua para la
      fabricación de elementos de máquinas.
    4. Se espera un incremento notable del uso de metales y
      aleaciones ligeras (Especialmente Aluminio y
      sus aleaciones Al-Zn-Mg-Cu, Al-Zn-Mg) en la fabricación
      de elementos de máquinas especialmente para la industria
      automotriz y aeronáutica.
    5. Se intensificará la investigación de las aleaciones
      superplásticas con una elevada resistencia a la corrosión.
    6. Se ampliará y profundizará el
      conocimiento y la tecnología del tratamiento
      térmico de envejecimiento de las aleaciones
      ligeras.
    7. La industria ha intensificado el uso de materiales
      poliméricos y cerámicos en la fabricación
      de algunos tipos de elementos de máquinas debido a su
      menor peso específico y costo con respecto a los
      materiales metálicos.
    8. Se han creado y se continuarán creando nuevos
      métodos de análisis microscópico y
      macroscópico de estos materiales; así como nuevos
      procesos tecnológicos de conformación y
      tratamiento de los mismos.
    9. Los tratamientos térmicos se están
      sofisticando con el uso de microprocesadores que maximizan la eficiencia de
      los sistemas y
      controlan adecuadamente los procesos.
    10. Los procesos de endurecimiento más utilizados
      serán por láser,
      haz de electrones, por inducción en atmósferas controladas o al
      vacío.
    11. Se hará más frecuente el uso de medios
      refrigerantes poliméricos y compuestos
      orgánicos solubles en agua.
    12. En lo que se refiere a las perspectivas de desarrollo
      del Conformado Mecánico sin arranque de viruta, se
      prevé un repunte del estampado para confeccionar piezas
      de partes críticas, que reemplazarán a las
      forjadas y fundidas y que tendrán menor peso y
      tamaño. (15)
    13. Se pondrá mucho énfasis en el
      conformado de materiales superplásticos para la
      fabricación de piezas de formas complicadas.
    14. Se dará mucha importancia a la
      fabricación de alambres multifilamentarios y
      superconductores en base de vanadio y germanio.
    15. La tecnología de soldadura
      incrementará los procesos automáticos y
      semiautomáticos. Se mejorará la
      composición de los electrodos no sólo para
      mejorar la calidad de la soldadura, sino para hacer cada vez
      más débil su dependencia en las habilidades del
      operador.
    16. Dentro de los procesos de soldadura, el láser
      tendrá cada vez mayores aplicaciones, al igual que el
      ultrasonido para el control de
      calidad de la misma.
    17. Se investigarán intensamente las propiedades
      de los materiales compuestos, así como se crearán
      nuevos procesos de conformado de los mismos.
    18. Se incorporará cada vez con mayor intensidad
      la Computación y la Robótica en el
      análisis de los procesos internos de los materiales
      así como en los procesos de conformado de los
      mismos.
    19. Los tratamientos superficiales tenderán a ser
      reemplazados por los recubrimientos
      plásticos.
    20. Se crearán nuevos procesos de conformado para
      los materiales plásticos, cerámicos, compuestos y
      polvos metálicos.
    21. Se dará mucha importancia al reciclaje de los
      materiales debido a que escasean en el mercado
      ciertos elementos químicos que juegan un papel
      preponderante en las aleaciones.
    22. Se dará mucho énfasis a la
      investigación de las propiedades útiles de los
      materiales, dando una gran preferencia a los materiales
      altamente puros y a los compuestos.

    El objetivo de la
    preservación de los materiales será concluir el
    ciclo de vida
    de los mismos de tal manera que los desechos llegue a ser
    material de potencia
    concluida.
    Entre los problemas mas agudos que tiene que enfrentar la ciencia
    y la tecnología de estos materiales tenemos.

    1. Investigar las propiedades y microestructura de un
      material compuesto.
    2. Crear una nueva teoría de la Resistencia de
      Materiales.
    3. Lo anterior implica la creación de nuevos
      métodos de diseño para materiales
      compuestos.
    4. Automatizar la fabricación de piezas de
      materiales compuestos y mejoramiento de su calidad.

    Considerando que en el futuro próximo la población aumentará su confianza en
    la ciencia y la tecnología, se esforzará para
    mejorar la calidad del medio ambiente y
    fundamentalmente volcará su atención a la calidad de
    vida; se puede prever un gran dinamismo en los modelos de
    producción y consumo.
    Los aspectos más importantes que se deben tomar en cuenta
    a futuro son: la disponibilidad, la utilización y la
    preservación de los materiales.
    Un razonable abastecimiento y una buena cantidad de reserva de
    emergencia contrarrestará de alguna manera la deficiencia
    de los materiales.

    3. Lineas De Investigacion
    En El Area De Materiales A Nivel Mundial

    Los nuevos materiales surgieron bajo la perspectiva del
    desarrollo de proyectos del
    espacio y de defensa militar, sin embargo actualmente ocupan un
    sector importante del mercado y se proyectan a cobrar mayor
    preponderancia al diversificar sus aplicaciones y ofrecer
    precios cada
    vez más competitivos frente a los materiales
    tradicionales.
    Las industrias del sector metálico, plástico y
    cerámico, deberán entrar en un proceso de
    transformación y reconversión hacia el uso de
    materiales compuestos, si desean conservar sus espacios de
    mercado frente a los productos que serán ofertados desde
    afuera, facilitados por la inclusión del país en
    los bloques del comercio
    internacional.
    En la obtención de un nuevo material, se admiten tres
    fases de investigación y desarrollo:

    1. Utilización de conocimientos
      interdisciplinarios, teóricos y experimentales, para
      caracterizar los nuevos materiales, tratando de controlar las
      propiedades de los mismos, correlacionando la estructura
      microscópica con la macroscópica.
    2. Conseguir métodos y técnicas de
      producción de nuevos materiales a nivel
      industrial.
    3. Ingeniería de Materiales, con los objetivos
      de:
    • Combinar propiedades de distintos materiales para
      generar uno nuevo (materiales compuestos)
    • Desarrollar parámetros que describan los
      nuevos materiales y a sus métodos de
      obtención.
    • Encontrar nuevos productos en los cuales se puedan
      aplicar los nuevos materiales.
    • Materiales metálicos y compuestos de matriz
      metálica, aleaciones no ferrosas, superaleaciones,
      compuestos de matriz metálica y compuestos
      intermetálicos.
    • Materiales para aplicaciones: magnéticas
      (imanes de tierras raras, imanes unidos mediante
      polímeros), ópticas (materiales ópticos
      con índice de transmisión variable),
      eléctricas (conductores metálicos endurecidos por
      envejecimiento, conductores poliméricos, materiales
      piezoeléctricos y de superconductividad
      (superconductores a altas temperaturas.
    • Materiales no metálicos para altas
      temperaturas: materiales fibrosos y cerámicas mejoradas
      en cuanto a durabilidad.
    • Polímeros y compuestos de matriz
      orgánica: mezclas poliméricas, polímeros
      con aditivos y compuestos orgánicos.
    • Materiales para aplicaciones especializadas:
      biomateriales (materiales compuestos para implantes y
      ligamentos ortopédicos de larga duración,
      materiales bioabsorbibles y histocompatibles para
      bioinstrumentos, tales como membranas, bolsas, agujas y
      jeringuillas), materiales de embalaje y envasado,
      multimateriales (materiales de multicapas).
    • Garantizar el proceso y el producto: métodos
      nuevos o mejorados para la observación de materiales y
      caracterización de defectos, mejora de la capacidad de
      vigilancia de las condiciones de uso mediante sensores
      optimizados y métodos de inspección en proceso
      basados en soluciones
      líquidas.
    • Técnicas de tratamiento de superficies:
      modificación de las superficies mediante recubrimientos
      y otros métodos.
    • Técnicas de moldeo, montaje y unión:
      procesos y técnicas de control para montaje, conformado
      y unión de materiales compuestos y multicapas, mejorar
      los procesos de fundición, moldeado , conformado y
      maquinado.
    • Procesos de partículas y polvos: productos en
      partículas con características bien precisas
      tales como propiedades funcionales, distribución del tamaño de las
      partículas y otros.

    4.
    Bibliografia

    1. J.A.Sabato. Visión El pensamiento
      Latinoamericano en la Problemática
      Ciencia-Tecnología-Desarrollo-Dependencia.Paidos.Buenos
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    2. G.Jones. Ciencia y Tecnología en los
      Países en Desarrollo. Fondo de Cultura
      Económica.México. 1973.
    3. M.Bunge. Ciencia y Desarrollo. Ediciones Siglo
      Veinte. Buenos Aires. 1984.
    4. CONUEP. Problemas universitarios. Cuadernos de
      análisis #6.1990.
    5. CONUEP.Evaluación de la Situación Actual
      y Perspectivas para el corto y mediano plazos de las
      Universidades y Escuelas Politécnicas.Quito.
      1992
    6. Madroñero A. Tecnología e
      investigación en Materiales Compuestos. Política
      Científica. # 33.1992
    7. Pedró F. Tendencias de la
      educación europea. Investigación y Ciencia.
      Diciembre de 1992.
    8. Alvaro de Arcos. La magia de los Nuevos
      Materiales.Muy Interesante. Año 6. #67.
      p.12.1992
    9. Moreno P. Relaciones de la Universidad
      con el sector Productivo. Informativo Politécnico.
      Febrero de 1993.
    10. Sparkes J. Calidad de la educación en ingeniería.
      Informativo Politécnico. Mayo de 1993.
    11. Cárdenas V.Breve de Ciencia y la
      Tecnología de los Materiales en el Ecuador.EPN.1993.

     

     

     

     

    Autor:

    Víctor Manuel Cárdenas

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