CIENCIA DE LOS MATERIALES

WILSON LEONEL ALFONSO GALINDO

ING. ELECTROMECÁNICA

Presentado a:

ING. PEDRO VICENTE RODRIGUEZ FONSECA

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

Tunja

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

Ing. Pedro Vicente Rodríguez Fonseca - pedrovrf@gmail.com - Cel. 3166356335

GUIA TALLER DE CIENCIA DE LOS MATERIALES No. 3

A continuación encontraran las actividades a desarrollar durante el primer 30%, con fechas de entrega y de encuentros tutoriales.

1. Realizar un mapa conceptual, un resumen o ensayo sobre Los Materiales Estructurales: Metales. Entregar la actividad por medio físico o correo electrónico al tutor hasta el 18 de abril.

2. Elaborar un mapa conceptual, resumen o ensayo sobre Los Materiales Estructurales: Cerámicos y vidrios, Polímeros y Materiales Compuestos. Entregar la actividad por medio físico o correo electrónico al tutor hasta el 18 de abril.

3. Efectuar una matriz comparativa que comprenda todo el grupo de los Materiales Estructurales, evidenciándolo en su portafolio.

4. Redactar un mapa conceptual o una síntesis sobre Materiales Electrónicos y Magnéticos: Conducción eléctrica y Comportamiento óptico. Entregar la actividad por medio físico o correo electrónico al tutor hasta el 25 de abril.

5. Hacer un mapa conceptual, resumen o ensayo sobre Semiconductores, Evidenciarlo en su portafolio. . Entregar la actividad por medio físico o correo electrónico al tutor hasta el 2 de mayo.

6. Haga una síntesis con sus palabras sobre: Aleaciones férreas, aleaciones no férreas, aleaciones ligeras, materiales compuestos de matriz metálica, materiales cristalinos, materiales no cristalinos, termoestables, elastómeros, plásticos comerciales, aplicaciones y limitaciones de los materiales compuestos, conductores y superconductores, aislantes, semiconductores, sistemas y dispositivos ópticos, semiconductores amorfos y dispositivos semiconductores; evidenciándolo en su portafolio.

7. Presentar el quizá el día 9 de mayo a las 12M, de los capítulos 11 al 17.

Metodología

En el portafolio se hará seguimiento de lectura acorde a las actividades solicitadas.

La entrega de productos debe realizarse en las fechas propuestas; para dar un acompañamiento acorde a las actividades solicitadas.

En cada fecha de encuentro se realizara plenaria, retroalimentación y la asesoría pertinente a los contenidos.

Bibliografía. Shackelford, James F. Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros. Ed. Prentice Hall. Sexta edición.

Tunja, 2 de abril de 2009

1. MATERIALES ESTRUCTURALES

METALES

Aleaciones ferreas

Las aleaciones ferreas son utilizadas para soportar cargas estructurales o transmisiones de potencia y dependen de la cantidad de carbono presente en la composición, los aceros contienen entre 0.05 y 2.0 por ciento, las fundiciones contienen entre 2.0 y 4.5 por ciento de carbono.

Aceros al carbono de baja aleación

Son aleaciones hierro-carbono con un porcentaje de carbono del 0.003 y 1.2, alcanza resistencia de 690 MPa con una perdida de ductilidad, tenacidad, corrosión, oxidación y templabilidad y se obtienen materiales con buena resistencia y duración.

Aceros de alta resistencia y baja aleación

Son aceros microaleados son aceros con muy baja concentración de carbonos debajo del 0.2 por ciento.

Aceros de alta aleación

Son los aceros que en que el total de elementos aparte del carbono superan el 5 por ciento, así se producen aceros inoxidables a través del cromo que hace el 12 por ciento y forma capas de oxido impermeable

Aceros inoxidables austenticos: retiene la estructura de austenita con estructura fcc

Aceros inoxidables ferriticos: poseen 12 por ciento de cromo y carbono es de 0.1 y 0.2 por ciento no se transforma y la estructura es ferrita

Aceros inoxidables martensiticos: tiene carbono del 0.2 y 0.7 por ciento de carbono, poseen alta resistencia y la corrosión es inferior.

Aceros inoxidable endurecibles por precipitación: resistencia a la corrosión y alta resistencia y tenacidad.

Los aceros de herramientas: resistencia y dureza máxima se emplea para cortar y dar forma a otro material, tiene resistencia al calor si se añade W, Mo, Cr, v. se mecaniza a alta velocidad.

FUNDICONES

Son aleaciones de Fe-c-Si en la que e el contenido de C es mayor que la austenita y contiene 3 por ciento de Si también posee fosforo 1.8 por ciento, magnesio 1.5 por ciento y azufre 0.25 por ciento, y hay otros que contiene otros elementos para modificar sus propiedades mecánicas, sirven para un buen moldeo por su temperatura de difusión y viscosidad.

Fundiciones blancas

Obtiene Fe-c con contenida Si muy bajo, alta velocidad de enfriamiento son duras, resistencia a l desgaste y muy frágiles, se rompen a causa de las tensiones

Fundiciones grises

Presenta una rotura gris por la presencia de grafito contiene 2.5 y 4.5 por ciento de carbono

Fundición dúctil

Se obtiene de las mejoras de de las propiedades mecánicas la ductilidad aumenta y la resistencia, buena fluidez y moldeabilidad.

Fundición maleable

Se moldea igual que una fundicion blanca se somete a tratamiento térmico para obtener precipitados nodulares de grafito.

Fundiciones atruchadas

Fundición intermedia en tres fundiciones blancas y grises

ALEACIONES FERREAS DE SOLIDIFICACION RAPIDA

El objetivos de estas aleaciones es permitir enfriar a temperatura de transición vítrea, el boro en lugar del carbono se utilizan en las aleaciones ferreas amorfas tienen buenas propiedades magnéticas, resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión.

ALEACIONES NO FERREAS

Cobre y alecciones de cobre

Posee una densidad de 8.93 g/cm temperatura de fusión de 1m83 °C con conductividad eléctrica excelente, idóneos para la fabricación de cables eléctricos y buena conductividad térmica, es fácil de deformar y confortabilidad en frio, resistencia de 200 a 350 MPa es un material criogénico resistencia mecánica del 50 por ciento, excelente resistencia a la corrosión en agua y otros líquidos pero si esta recubierto con de oxido, la adición de aleantes mejora las propiedades mecánicas

Los latones son aleaciones de cobre con cinc y se obtiene por moldeo hay latones A; contienen cinc inferior al 40 por ciento para trabajar en frio. Latones β poseen cinc entre 47 y 55 por ciento es una fase ordenada, dura y frágil se utilizan como aleaciones de soldadura. Latones γ tienen cinc superior al 60 por ciento no se usan industrialmente por su fragilidad.

Los bronces son principales aleaciones de cobre y estaño y otros elementos de aleación la tracción de l cobre mejora.

Los cuproaluminios son aleaciones Cu-Al combina buenas propiedades buena resistencia a la corrosión son criogénicos y permite trabajar a temperatura de 400°C

Los cuprobelirios berilio del 0.4 y 2 por ciento permite obtener aleaciones más resistentes de cobre con mayores resistencias a la tracción.

NIQUEL Y ALEACIONES BASE NIQUEL

En níquel con una red Fcc que lo hace deformable resistencia a la corrosión y oxidación resistencia mecánica alta y alta conductividad eléctrica se emplea en equipos eléctricos y electrónicos

Superaleaciones a base de níquel posee buena resistencia a la tracción, resistencia a la rotura por fluencia, resistencia a la oxidación y a la fatiga gracias a las aleaciones del más del 50 por ciento de contenido

Superaleaciones a base de cobalto la adición de algunos aleantes hace que disminuya la temperatura de transformación alotrópica las ventajas son mayor temperatura de fusión resistencia a la corrosión y a la oxidación.

ALEACIONES DE CINC, PLOMO Y ESTAÑO

Son metales pesados poseen temperatura de recristalizacion, la dureza y resistencia mecánica es muy baja

El cinc es un metal blanco azulado con red hcp, sensible a la corrosión electroquímica se emplea para galvanizado de aceros.

El plomo con estructura fcc se deforma con cargas bajas es muy resistente al agua se utiliza como protección a la radioactividad.

El estaño se funde a 231°C resistente a la corrosión y ácidos orgánicos, es muy deformable en frio se utiliza como recubrimientos.

METALES REFRACTARIOS

Los materiales refractarios poseen temperaturas de fusión muy altas el cual son utilizados para soportar elevadas temperaturas son el; w, Mo, Ta, Nb, y Re. Y el problema de estos materiales es su densidad y su oxidación rápida pero se emplean revestimientos de cerámicos y platinos.

El niobio tiene temperatura de 2468 °C tiene poca resistencia mecánica. El Tántalo resiste la corrosión. El molibdeno tiene buenas propiedades mecánicas y un mejor modo elástico se oxida fácilmente y su oxidación es muy volátil. El wolframio con temperatura de fusión de 3410 °C y mayor modulo elástico que los demás

OTROS METALES

El uranio se emplea en la industria nuclear es material radiactivo es materia reactivo que se oxida fácilmente teniendo tres trasformaciones alotrópicas se utiliza en las vainas de reactores nucleares y es compatible con el uranio resistente a la oxidación y a la corrosión.

Los materiales preciosos como el oro, iridio, osmio, paladio, platino, rodio, rutenio y plata son resistentes a la corrosión se utilizan en industrias electrónicas, aleaciones dentales. Las aleaciones amorfas a base de níquel con propiedades magnéticas, las aleaciones de ilumino y titanio son resistentes a altas temperaturas se utilizan en la industria aeroespacial.

ALEACIONES LIGERAS

Los metales ligeros como el aluminio y el magnesio son de menores pesos y tienen alta rigidez

ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO}

El aluminio es el metal mas abundante, en 1886 se desarrollo la electrolisis de alúmina fundida, el material parte de la bauxita, sílice, oxido de hierro y titanio se obtiene por método de obtención y descomposición, el aluminio tiene densidad baja 2.7 g/cm, el coeficiente de dilación es muy alto lo mismo su conductividad eléctrica y su modulo elástico es muy bajo el aluminio puro es de baja dureza y resistencia

ENDURECIMIENTO POR ACRITUD

La variación de las propiedades mecánicas es importante en la deformación, con la acritud no mejora y si se realiza un recocido se obtiene mayor plasticidad para un nivel de resistencia obtenida por la resistencia por acritud.

ENDURECIMIENTO POR PRESIPITACION

Se emplean tratamientos como la bonificación que incrementa su límite elástico y resistencia

Presenta un cambio de soludibilidad en función de la temperatura. El proceso de solución se presenta al disolver y retener la mayor cantidad de aleantes. El quemado supone la inutilización de la pieza para el servicio, disminuye la tenacidad y la resistencia mecánica y se pueden formar grietas. La maduración es la precipitación del exceso de aleantes existente, deben realizarse precipitados de tipo, tamaño y distribución idóneo.

PROTECCION DEL ALUMINIO

Es un metal reactivo que reacciona con el oxigeno y protege el material frente a muchos ambientes, si hay presencia de elementos aleantes el recubrimiento puede presentar fallos

que evita la corrosión. El anonizado mejora la resistencia a la corrosión, este recubrimiento consta de dos capaz de un recubrimiento ebn contacto con el metal y otro es una capa porosa.

ALEACIONES DE ALUMINIO PARA FOLJA

Esta aleación tiene una matriz solida de aluminio y se forman otro tipo de fases durante la solidificación, precipitación y dispersoides.

Aleaciones de aluminio no tratables térmicamente: se endurecen por acritud, se mejora la resistencia mecánica con magnesio y excelente resistencia a la corrosión y alta ductilidad, se aplican para las latas de bebidas por su bajo peso.

Aleaciones de aluminio tratadas térmicamente: se añade Mg y Si para elevar la resistencia, la maduración es muy lenta y el Mg acelera el proceso de descomposición el Si forma los precipitados y deteriora la tenacidad.

MAGNECIO Y ALEACIONES DE MAGNECIO

Es el tercer mas abundante y mas ligero se obtiene del agua del mar seguida de la dolonia y la magnesita se obtiene mediante proceso de electrolisis o reducción térmica con pureza del 99.5 %, posee baja temperatura de fusión (650) y ebullición (1100), la conductividad térmica y eléctrica es deteriorada, con el proceso de afino de grano disminuye problemas de rotura frágil. La fusión del magnesio se desarrolla en crisoles de acero, tienen buena fluidez, se contrae durante la solidificación, la oxidación aumenta con la alta temperatura y la acelera

MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA

Se caracterizan por su conductividad térmica y eléctrica con mayor deformación plástica y brillo metálico, con densidad variable y propiedades mecánicas bajas, la matriz metálica mas utilizada es el aluminio, magnesio y titanio

PROCESOS DE MATERIALES METALICOS

Mediante el proceso de forja es muy amplio, las materias primas se funden y se mezclan y luego la pieza de fundición se somete a la deformación. El proceso de fundición consiste en llevar un material a fluido por calentamiento y después se cola en un molde y se fabrican piezas con variedad de geometría, sin embargo las propiedades mecánicas y características dimensionales son muy buenas, el moldeo se hace en arena, en coquilla, a la cera perdida, y moldeo a presión. Y el problema del moldeo es la porosidad en su mayor parte.

El enfriamiento rápido del fundido desarrolla segregaciones principales al solidificar la pieza no todos los puntos se enfrían igualmente las cuales el punto de fusión será menos, se desarrolla también la estructura detrítica se caracteriza por que el frente de solidificación no es plano y los granos que se forman no tiene la misma composición lo que dificulta el crecimiento.

Hay varios materiales que sus formas tiene que ser unidas y para eso se utiliza la soldadura o soldeo y la que el material se funde con una varilla de aporte, la soldadura fuerte puede que se funda pero el material no se funde, y la soldadura frágil la fundición es aportada por parte y parte.

La pulvimetalurgia une en estado solido un polvo de grano fino para convertirse en un producto policristalino.

2. CERAMICOS Y VIDRIOS

Son los materiales más antiguos y se utilizan en la industria aeroespacial y electrónica.

CERAMICOS: MATERIALES CRISTALINOS

Los silicatos (Si02)por lo que son unos de los elementos mas abundantes en la tierra, se conocen como cerámicos blancos todo lo relacionado con la alfarería que se desarrolla hace siglos atrás que son materiales cocidos comercialmente, como la porcelana china, también existe la arcilla que es la base de muchos materiales utilizados en construcción. También existe la arcilla refractaria que son resistentes a temperaturas altas son silicatos a base de arcilla

Cerámicos de óxidos no silicatos: que se incluye la magnesia que es un material refractario. Los óxidos puros con impurezas inferiores al 1%, estos encuentran un buen y extenso uso en la industria electrónica. El cerámico nuclear es utilizado como combustible en un reactor. Los cerámicos eléctricos como el BaTiO3 y los cerámicos magnéticos como el NiFe2O4.representan los cerámicos industriales. Cerámicos no óxidos como el carburo de silicio utilizado en hornos de calentamiento y como abrasivo el nittruro de silicio.

VIDRIOS: MATERIALES NO CRISTALINOS.

Los vidrios de silicato son un buen ejemplo, con coste moderado gracias a la abundancia de silicio y oxigeno, la producción de los vidrios necesita una cantidad mayor de producción que los cerámicos.

Los generadores de red son óxidos que forman poliedros, los óxidos alcalinos y alcalinotérreos tienden a romper la continuidad del sílice y se define como modificadores de red permite que el vidrio se articule fácilmente a temperatura dada, los óxidos de Al2O3 y el ZrO2 se encargan de estabilizar la red y se le conocen como óxidos intermedios.

La sílice vítrea: no cristalino soporta temperaturas de 1000°C se utiliza para los crisoles

Vidrios de borosilicato: posee red combinada de poliedros y tetraedros se aplican en materiales de laboratorio químico y utensilios de cocina.

Vidrio E: representa la fibra de vidrio

Esmaltes cerámicos: recubrimiento de vidrios utilizados en la alfarería y arcilla

Esmaltes metálicos: son recubrimientos vítreos, supone una barrera protectora para los ambientes corrosivos.

VITROCERAMICOS

Son materiales sofisticados pues combinan cerámicos y vidrios, una ventaja es la capacidad para ser conformada tan económicamente, cristaliza en un 90% del material vítreo, el vidrio rellena los campos entre los granos liberándola de poros, se caracteriza por tener buena resistencia al impacto mecánico y al choque térmico, las vitroceramicas se diferencian por tener agentes nucleantes.

PROCESADOS DE CERAMICOS Y VIDRIOS

La colada en fusión es una técnica adecuada para los cerámicos por su elevada temperatura de fusión, el moldeo en barbotina la colada se realiza a temperatura ambiente, es una mezcla de polvo y agua que se vierte en un molde poroso se debe calentar la pieza. La calcinación se hace a temperatura sobre 1000°C, el agua químicamente combina debe ser extraída ya que provoca cambios de fase y se da lugar al sinterizado que es un proceso extendido, la compresión isostática en caliente eta encontrando aplicaciones en los cerámicos con propiedades mecánicas altas. La desvitrificación controlada se utiliza para formar la vitroceramicas. El proceso sol-gel es una nueva tecnología permite formación de partículas uniformes en los cerámicos para conseguir alta densidad con buenas propiedades mecánicas y se puede calcinar a temperaturas mas bajas y tiene costos menores a otros procesos.

Proceso biométrico es la estrategia de síntesis acuosa con una baja temperatura de óxidos con adaptación de principios biológicos se realiza en microambientes, la producción de mineral y con tamaño de cristal y orientación definida y un crecimiento macroscópico, tiene como ejemplo la capa dental y la fabricación natural de los huesos.

POLIMEROS

Se utilizan en el mundo en un 70% y se utilizan por su manejo y facilidad de moldearse

DEFINICION Y CLASIFICACION

Los polímeros se caracterizan por su facilidad de moldearse, son moléculas lineales y ramificadas formadas por grupos funcionales, el grado de polimerización es el numero de veces que se repite el monómero para forma macromoléculas, se obtiene líquidos a temperaturas ambiente, para evitar la agitación cinética la energía debe ser muy alta no se pueden obtener polímeros a temperaturas ambientes con mejor energía de enlace una de las

propiedades de los polímeros es la atracción intermolecular mas débil pero reversible.los termoplásticos son esquemas estructurales de largas moléculas lineales y ramificadas unidas por enlaces secundarios y el proceso es por calentamiento, licuándolo y dejándolo enfriar

SINTESIS DE POLIMEROS

Provienen de petróleos se suministra el material terminado por las industrias petroquímicas por medio de fusión/enfriamiento.

Polimerización por adición: se sintetiza el polímero por la adición de monómero insaturado a una cadena de crecimiento. El monómero es una molécula con doble enlace estable químicamente, se esquematiza por medio de reacciones en cadena,

Polimerización por condensación exige moléculas distintas, bifuncionales y reactantes las cuales se combinan, el nylon es uno de los polímeros mas preciados se obtienen por procesos R, R´ alifáticos y aromáticos

PESO MOLECULAR, MEDIDA, INFLUENCIA EN PROPIEDADES

El proceso de síntesis hace que las moléculas no sean todas iguales definida por el grado de polimerización, y se le da un peso molecular promedio que influye sus propiedades mecánicas y su temperatura de reblandecimiento, la parafina y el polietileno tienen estructura similar con peso diferente.las industrias realizan la síntesis y controla el tamaño final ofreciendo diferentes grados en cada polímero

SOLUBILIDAD Y ESTABILIDAD QUIMICA

Los polímeros no los afecta el agua ni los ácidos, por lo que tienen estabilidad química solo fuentes oxidantes. Los disolventes orgánicos actúan sobre los polímeros infiltrándose en estos y con un disolvente adecuado no existe concentración de saturación, no existe un disolvente universal para todos los plásticos.

CRISTALINIDAD

Las macromoléculas se pliegan sobre si mismas produciendo e los polímeros regiones cristalinas mezcladas con formas amorfas.

Ligero aumento de densidad: característica del polímero en estado amorfo quiere decir que para la misma masa menos volumen

Los polímeros policristalino no son trasparentes: los cristales se orientan a todas direcciones se producen reflexiones múltiples que la radiación luminosa lo que la hace blanca

Resistencia química a los disolventes: los solventes que penetraban los huesos no penetran las zonas cristalinas

Temperatura de fusión definida: la red cristalina impone distancias uniformes que se desmorona a agitación cinética diferente al estado amorfo

Aumento espectacular de las propiedades mecánicas tras estiramiento: si se pasa el polímero fundido por hileras y semisólido se somete a tensión, se produce estiramiento de la fibra

Factores que influyen en la cristalinita de un polímero: simetría de la cadena, intensidad de la atracción entre cadenas, flexibilidad de la cadena principal, la velocidad de enfriamiento.

COMPORTAMIENTO TERMICO

A una cierta temperatura se disminuye el modulo elástico se asocia con la transformación interna en estado solido con cambio en su capacidad calorífica, a temperaturas bajas se la energía cinética provoca movimiento colectivo, en temperatura vítrea el polímero se mueve en varias geometrías y se hace mas elástico solo se producen en formas amorfas

COMPORTAMIENTO MECANICO

Cambia mucho con la temperatura lo pone frágil y elástico con alargamientos a rotura y dúctil, plasticidad, en los termoplásticos amorfos la fluencia a temperaturas superiores es exagerada, la fluencia en los polímeros corresponde al lento desplazamiento de macromoléculas. En termoplásticos cristalinos las macromoléculas tienen más impedimento para moverse lo que detiene la fluencia

PLASTICOS COMERCIALES

Los polímeros necesitan de aditivos para ser utilizados industrialmente estos aditivos mejoran las propiedades físicas químicas y mecánicas de los polímeros con compatibilidad parcial, son aditivos ayudantes del proceso y aditivos modificadores de propiedades del producto

Hay colorantes plastificantes, ignífugos, antiestáticos, rellenos o cargas. Los aditivos ayudantes de proceso son lubricantes para facilitar el flujo de plástico, fundido y estabilizantes para evitar degradación térmica y oxidativa de polímeros a altas temperaturas

ADHESIVOS

Los polímeros tienen la capacidad de unirse temporal o permanentemente, pasan por fase liquida antes de que sean sólidos hasta penetrar las superficies de los adherente con resistencia adherente limitada y la resistencia mecánica del material constituyente del adhesivo

HUMECTACION

Penetra en todas la irregularidades superficiales buscando puntos de contacto entre el adhesivo y el adherente, esta humectación depende de factores energéticos y de factores cinéticos como la viscosidad del adherente la humectación se mide con la tensión superficial, la humectación es posible cuando la energía de superficie del solido es superior a la tensión superficial a la tensión superficial del liquido.

ESPESAMIENTO

Gracias a esto son capaces de resistir las tensiones cortantes. Adhesión con endurecimiento por evaporización se suministra una mezcla liquida con un disolvente volátil y este emigra a través del adherente. Endurecimiento por enfriamiento son polímeros termoplásticos que se aplican con calor por lo que se funde y permanece liquido. Adhesivos de endurecimiento por reacción química resinas termoestables incluyendo modificadores de tenacidad pertenece al tipo elastomerico como poliuretanos y derivados del caucho.

ADHERENCIA

Las fuerzas de atracción secundaria provocan la humectación y justifican la adherencia con un gran numero de puntos que hacen contactos hace que se supere la cohesión mecánica del adhesivo.

COHESION

Una cohesión correctamente realizada procura un fallo, el diseño de la unión de adhesivo hace que distribuya tensiones mecánicas y permitiendo una cohesión correcta.

TRATAMIENTO DE PREPARACION SUPERFICIAL

Los sólidos exigen una limpieza para eliminar grasas y aceites incrustados, esta limpieza es mecánica y se realiza con disolventes y alcalinos, la cohesión se degrada por la presencia de humedad y depende de la naturaleza de adhesión.

FAMILIA DE ADHESIVOS Y CRITERIOS DE SELECCIÓN

Adhesivos epoxi film: curado a alta temperatura con alta propiedad mecánica. Adhesivos tolerantes a la contaminación los que hace ser susceptible de empleo se encuentran adhesivos a base de caucho. La temperatura de la unión es prioridad para la selección y no se deben emplear a temperaturas muy altas a las recomendadas son frágiles a bajas temperaturas. Los cianocrilatos se emplean en electrónica y termofusibles.

PROCESADO DE POLIMEROS

Los termoplásticos son mas eficaces y económicos para su transformación que la termoestables, el proceso es físico se calienta la materia hasta licuación, colada en molde frio y se hace con rapidez, hay moldeo por inyección y moldeo por extrusión que implica la fusión de un polvo antes de la inyección a temperaturas bajas. El moldeo por soplado proporciona forma especifica y deseada a temperaturas muy bajas se utiliza para recipientes poliméricos con fabricación económica. Moldeo por compresión y por transferencia son para elastómeros y polímeros termoestables.

MATERIALES COMPUESTOS

Son materiales mezcla utilizados desde la antigüedad, los últimos cuarenta años comienzan a salir mezclas de varios tipos para crear materiales de construcción y mejorando muchas materiales por sus propiedades mecánicas.

MATERIALES COMPUESTOS CLASIFICACION Y SELECCIÓN

Se conforma por una fase discontinua que depende de propiedades mecánicas y por una fase continua responsable de la resistencia térmica y ambiental. MC de fibra corta y MV de fibra larga reforzados por fibras continuas. La fibra puede ser polimérica, cerámica y metálica.

Compuesto de matriz metálica: mejora la fluencia respecto a la base obteniendo dirección en las propiedades incremento en la resistencia y disminución en la tenacidad, la fabricación es muy elevada

Compuesto de matriz cerámica. Compleja es su producción industrial disponiendo del material cerámico inherente a la resistencia térmica

Compuestos de matriz polimérica de mayor utilización en la industria civil y militar se debe mejorar su tolerancia al daño para soportar accidentes sin una degradación de sus propiedades

FUNCIÓN DE LA FIBRA EN EL MATERIAL COMPUESTO

Elemento reforzarte y sus propiedades mecánicas son superiores, el modulo elástico en el vidrio no cambia ni en el acero de alta resistencia por lo que son materiales policristalino y amorfos y el efecto que causa es la organización de las direcciones, el grafito y el diamante son enlaces químicos muy fuertes por su fibra consecuencia de tostación-estiramiento, al fibra de carbono se comercializa por distintos grados de conversión, la fibra de vidrio es la mas consumida y a bajo precio, las fibras de carbono tienen alta resistencia rigidez y peso dominante, las fibras de poliaramida con tejidos secos lo que permite flexibilidad de blindaje y absorción de energía de impacto, fibras cerámicas como las fibras de alúmina, de boro, wolframio, carbono y carburo de silicio, se comercializan con 3000 a 12000 filamentos

formando un tejido para una buena manipulación. El laminado es suponer varias láminas y son orientadas mecánicamente lo que se le denomina secuencia de apilamiento.

La combinación orientada consigue resistencia y rigidez utilizando direcciones distintas. Los laminados deben ser simétricos y equilibrados

FUNCION DE LA MATRIZ EN EL MATERIAL COMPUESTO

La función mas importante es mantenerlas en su sitio y desarrollando capacidad estructura, las fuerzas orientadas en sentido de las fibras se llama material compuesto unidireccional, la matriz en estado de carga no realiza un papel importante, pero si realizaría un buen papel si la fuerza fuera de compresión longitudinal, si se ausenta la matriz la fibra se ondula lateralmente inestabilidad elástica

LA ANISOTROPIA DEL MATERIAL COMPUESTO

Cambio de sus propiedades mecánicas térmicas y eléctricas, significa la posibilidad de diseñar el material con la estructura. Las propiedades mecánicas de laminados unidireccionales con fibra de 60% se obtienen a partir de fibra y matriz. La teoría del laminado no se hace por su extensión y complejidad y se encuentra en cualquier referencia y hasta se pueden conseguir hace simulaciones

APLICACIONES Y LIMITACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

Son de alta resistencia y rigidez y se adaptan a geometrías muy complejas que forman un conjunto estructural. La ausencia de plasticidad exige tolerancias en la fabricación.

Las propiedades del material son sensibles a la cantidad de procesos que se incluyen en el coste del producto.

3. MATERIALES ELECTRONICOS Y MAGNETICOS

CONDUCCION ELECTRICA

PORTADORES DE CARGA Y CONDUCCION

Portadores de energía se le denomina a la conducción eléctrica en los materiales por ejemplo el electrón con carga negativa, el hueco electrónico es la ausencia del electrón. Los aniones pueden servir como portadores de carga negativa y los cationes con carga positiva. Para medir la conducción eléctrica se mide por la intensidad de corriente con una resistencia y un voltaje,

el valor de la resistencia depende de su geometría aumentando la longitud y disminuyendo el área, la cual sirve para medir la resistividad y la conductividad.

La conductividad es el producto de los portadores de carga.

NIVELES Y BANDAS DE ENERGIA

El principio de exclusión de pauli indica que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado que cada línea representa una orbita diferente ocupadas por dos electrones. El núcleo del átomo no presenta cambios pero los cuatro electrones de la orbita externa si son afectadas, el intervalo total de valores de energía la distancia es extremadamente pequeña lo que se le denomina banda de energía correspondiente al átomo aislado, la conclusión es que los metales son buenos conductores de energía por su banda de valencia, esta banda de energía varia con la temperatura la energía de la banda mas ocupada se denomina nivel de fermi.

CONDUCTORES

Son los materiales con alta conductividad, esta conductividad depende de dos variables temperatura y composición. Al aumentar la temperatura se disminuye la conductividad en los materiales por lo que hay menor movilidad de electrones gracias a la agitación térmica de la estructura cristalina en cambio la resistividad se aumenta con la elevada temperatura.

El recorrido libre es un imperfecto de la red cristalina las cuales intervienen en el recorrido libre cualquier reducción de irregularidad impide el movimiento de la onda del electrón

TERMOPARES

Consiste en dos hilos de metal para realizar la medida entre dos temperaturas frio y caliente se excitan más los electrones en el extremo caliente los cuales los impulsa al extremo frio quedando cargado negativamente. Los materiales semiconductores tienen un efecto seebeck mas pronunciado que los metales depende de la temperatura el los materiales semiconductores que permite medir cambios de temperatura.

SUPERCONDUCTORES

Un ejemplo es el mercurio que reduce su resistividad a 0, este efecto se presenta el las materiales que son muy malos conductores a temperatura ambiente ejemplo los metales puros, la cerámica también es una superconductora la caída de la resistividad se produce en una mayor temperatura lo mismo ocurre con los óxidos cerámicos conductores. Un superconductor es el 123 que tiene seis iones metálicos y siete de oxigeno

AISLANTES

Son materiales de baja conductividad con una disminución de 20 ordenes de magnitud se debe a una separación de bandas y son importantes en la industria electrónica de los cuales pertenece los cerámicos basada en su comportamiento magnéticos, los dieléctricos son distribuidores de cargas gracias a la alineación de los dipolos eléctricos.

FERROELECTRICOS

El titanio de bario es un aislante cerámico siendo este un ferroelectrico se sufre una polarización espontanea a temperatura ambiente es asimétrica las cargas positivas están separadas de las negativas equivalente a un dipolo eléctrico. Los materiales ferroelectrico tienen polarización nula debido a la orientación de los dominios bajo la aplicación de campo eléctrico los dipolos son paralelos al campo eléctrico. La polarización espontanea se debe al movimiento de las fronteras de los dominios, los materiales con celdas unitarias simétricas so paraelectricos con pequeña polarización ya que el campo eléctrico aplicado causa pequeños dipolos inducidos, el ciclo de histéresis cuando el campo eléctrico es repetido cíclicamente, la polarización de saturación es debido al crecimiento de los dominios, la polarización remanente es cuando se elimina el campo eléctrico aplicado.

PIEZOELECTRICOS

Los materiales piezoeléctricos es una respuesta a la aplicación de una presión mecánica, las señales eléctricas hacen ser generados de presión se utiliza para cambiar energía eléctrica a energía mecánica un ejemplo de transductor-el efecto piezoeléctrico directo que al aplicar la presión produce un cambio de voltaje en el material, el efecto piezoeléctrico inverso causa un polarización del material la aplicación del voltaje hace una presión mecánica y depende de la orientación de la polarización de las celdas como ejemplo un cuarzo. Polarización eléctricamente se le denomina a la dirección cristalográfica del material policristalino

SEMICONDUCTORES

Son los materiales que tienen una conductividad entre los conductores y los aislantes y tanto los huecos electrónicos como los electrones de conducción son portadores de cargas como el silicio puro y se denominan conductores intrínsecos con pequeñas cantidades de impureza

MATERIALES COMPUESTOS

No tiene un valor de conductividad un compuesto con un material aislante y una conductor puede tener conductividad o extrema o intermedia esta conductividad eléctrica es sensible a la geometría

COMPORTAMIENTO OPTICO

Es la cualidad de la cual reflejan, absorben o transmiten luz visible, y se relaciona con el comportamiento eléctrico

LUZ VISIBLE

Es una porción de espectro electromagnético percibido por el ojo humano correspondiente a la gama de 400 a 700 mm, la ondulación de la luz varia periódicamente de los componentes del campo eléctrico y magnético, la radiación electromagnética son similares a los paquetes de energía llamados fotones.

PROPIEDADES OPTICAS

Los vidrios óxidos son materiales ópticos también cerámicas cristalinas transparentes y polímeros orgánicos los metales no son transmisores de luz

Índice de refracción. Cuando la luz viaja del aire al material los rayos se refractan y se define por su velocidad en un material transparente la cual es menor en un solido vacio. El centello es son las múltiples reflexiones internas de luz la adición de oxido de plomo en vidrios de silicato eleva el índice de refracción.

REFLECTIVIDAD

Se define como la fracción de luz reflejada en una entrecara y esta relacionada con el índice de refracción, los materiales con alto valor de n son los más reflectores como los recubrimientos de esmalte vítreo

La reflexión especular es la reflexión relativa a la superficie y la reflexión difusa es debida a la rigurosidad superficial, los diagramas polares indican la intensidad de reflexión mediante la longitud relativa

TRANSPARENCIA, MATERIALES TRANSLUCIDOS, OPACIDAD

El medio de transmisión de la luz es la transparencia la translucidez y la opacidad. La transparencia es la capacidad para transmitir una imagen, los materiales translucidos son los que transmiten una imagen difusa, la opacidad impide la transmisión de la imagen.

COLOR

La opacidad es un mecanismo de dispersión, e los metales es la absorción de la conductividad eléctrica, absorben fotones de luz visible. En los cerámicos y vidrios la coloración se produce por la absorción de ondas dentro del espectro visible debido a los electrones de transmisión en lo iones de los metales, los colorantes producen colores transparentes y los pigmentos producen colores opacos

LUMINISCENCIA

Es la absorción del fotón por la remisión de algunos fotones de luz visible, también se define como la absorción de otras formas de energía o de partículas excepto la radiación del cuerpo negro, los átomos de un material emiten fotones de la energía electromagnética, si la luminiscencia la remisión es rápida se dice que es fluorescencia y es de largo tempo se dice que es florescencia

REFLECTIVIDAD Y OPACIDAD DE METALES

La opacidad es la absorción del espectro luminoso por los electrones, un metal de espesor mayor a 100mm absorbe la radiación, el color distintivo de ciertos metales es la longitud de la onda reflectiva.

SISTEMAS Y DISPOSITIVOS OPTICOS

LASERES

La bombilla fluorescente es fuente de luz incoherente por que las ondas luminosas ocurren aleatoriamente por lo que están desfasadas entre si, el acrónimo laser es una fuente de luz coherente en las cuales las ondas de luz entran en fase. La amplificación de luz por estimulación de radiación los fotones se pueden dirigir a todas las direcciones pero solo los que viajan paralelos al eje longitudinal son los denominados laser el resultado es un pulso de alta intensidad y coherencia y enfocado, el arseniuro de galio también produce laser, los láseres son fáciles de funcionar, de lata potencia y energéticamente eficaces y su energía va de 25 kilovatios.

FIBRAS OPTICAS

Son excelentes materiales fotonicos en los cuales la transmisión de señal ocurre por fotones con una enorme capacidad de transmisión de datos y es utilizada por todo clase de telecomunicaciones por medio de billones de bits por segundo y se transmite luz sin perdida de refracción y esta formada por núcleo y corteza y protegida por un revestimiento la luz viaja

por el núcleo y la corteza tiene un índice bajo de refracción y el revestimiento lo protege del medio ambiente. El núcleo es un vidrio de sílice.

PANTALLAS DE CRISTAL LÍQUIDO

Integrado por moléculas de barras extendidas y rígidas y se mantienen alineadas, se emplea en indicadores digitales y calculadoras portátiles

FOTOCONDUCTORES

Si un semiconductor es bombardeado por luz con energía de fotones se produce un par de electrón-hueco, los fotoconductores se emplean en los fotómetros fotográficos

4. SEMICONDUCTORES

SEMICONDUCTORES ELEMENTALES INTRINSECOS

Son materiales que están clasificados entre los conductores y los aislantes y libres de impurezas, la conductividad metálica desciende cuando se incrementa la temperatura pero en los semiconductores se incrementa cuando se incrementa la temperatura.

SEMICONDUCTORES ELEMENTALES EXTRINSECOS

Resulta de la adición de impurezas como los dopantes estas impurezas se añaden cuidadosamente por lo que el material es puro se divide en semiconductores n que tienen carga negativa y tipo p que tienen carga positiva

COMPUESTOS SEMICONDUCTORES

Los elementos cercanos al grupo son semiconductores, los compuestos III-V son elementos de valencia tres conduce a una estructura de bandas comparables, los compuestos II-VI combinan elementos de valencia 2+ con 6+, los compuestos puros III-V y los compuestos II-VI son semiconductores intrínsecos dopándolos de forma similar a los conductores elementales

SEMICONDUCTORES AMORFOS

Estos materiales no remplazan totalmente a los semiconductores cristalinos tradicionales, la tecnología esta atrasada a sus equivalentes cristalinos, estos materiales se acercan a un cuarto del mercado utilizado para celdas solares con coste igual al de las combustibles nucleares y de pronto constituyan una fuente de energía en los países del tercer mundo

PROCESADO DE SEMICONDUCTORES

Con capacidad de producir materiales con perfección estructural y química, el crecimiento de cristales para producir materiales conductores por crecimiento del material fundido luego se cortan en finas oblea, después se lijan y se pulen la producción del material semiconductor se origina por el crecimiento de los cristales, los defectos que se encuentran son la dislocaciones a causa de la solubilidad de oxigeno y se quita con el proceso de gettering

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES

La combinación de algunos materiales semiconductores provocan circuitos eléctricos miniaturizados y son los rectificadores o diodos y se unen físicamente o mediante la difusión mediante varios dopantes, los portadores de cargas son dirigidos a los electrodos adyacentes y al invertir la corriente se lleva a cabo una polarización directa y los portadores de carga fluyen hacia la unión donde se recombinan

5. Resumen

Las aleaciones ferreas: son utilizadas para soportar cargas estructurales de potencia y dependen de la cantidad de carbono presente en su composición.

Aleaciones no ferreas: son los metales que no contienen hierro

Aleaciones ligeras: son aleaciones a bese de aluminio magnesio, titanio y berilio.

Materiales compuestos de matriz metálica: tienen mayor modulo específico, mayor resistencia y buen comportamiento a la alta temperatura resistencia al desgaste a la fatiga y a la fluencia

Materiales cristalinos: un ejemplo son los cerámicos y los constituyen los silicatos que son uno de los materiales mas abundantes de la tierra

Materiales no cristalinos: un ejemplo son los vidrios de silicato y son de menor coste por su abundancia de los materiales para sus producciones