Es la relación entre las propiedades de un objeto y su composición química y estructura atómica.
Si se conocen los átomos y como están estructurados, es posible que las propiedades del material sea conocido cualitativamente y aun cuantitativamente.
Ciencia de los Materiales
Ciencia de los Materiales
A continuación veremos conceptos básicos de ciencia de Materiales para comprender el comportamiento de los materiales.
Se describirán conceptos desde lo más pequeño (átomo), hasta niveles que son visibles al ojo humano (macroestructura)
Es la forma en que están ordenados los átomos en un material.
La estructura tiene diferentes escalas:
Nuclear-> Núcleo: neutrones y protones
Atómica->Estructura de electrones
Cristalina->Es el arreglo tridimensional de átomos y moléculas.
Estructura
Ingeniería de Materiales
Es la aplicación de principios de ciencia de materiales en el diseño de objetos o en el procesamiento de materiales.
Trata con los materiales y sus propiedades.
Los materiales son muy importantes en el desarrollo de la civilización humana. Desde la Prehistoria los materiales están asociados a los principales materiales en uso:
Edad de Piedra, Edad de Bronce, Edad del Hierro, etc
Con el tiempo los seres humanos descubrieron nuevos materiales y técnicas para producir materiales conocidos, con el fin de satisfacer sus necesidades. A partir de esto nace la Ingeniería de Materiales.
Se podría decir que el Hombre ha aplicado la Ingeniería de Materiales a través de toda su Historia, usando y transformando materiales.
Sub Sin embargo, a lo largo de la mayor parte de la historia, la Ingeniería de Materiales se usó sin un cabal conocimiento de los mismos.
Sólo desde hace unos 200 años, nace como disciplina científica, lo que llamamos la Ciencia de los Materiales.
Si bien la Ciencia y la Ingeniería de los Materiales están interrelacionadas, conceptualmente no son lo mismo…
Pregunta: ¿Cuál cree ud. que sería una diferencia entre Ciencia e Ingeniería de Materiales?
Sub La diferencia radica en que la Ciencia de Materiales se ocupa del estudio de la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales.
Por otro lado, la Ingeniería de Materiales se fundamenta en la relación Estructura-Propiedad y diseña la estructura de un material para conseguir un conjunto de propiedades.
Sub Problema que presenta en general la Ingeniería de Materiales:
Realizar la elección del material más idóneo para un componente, entre una gama de miles de materiales disponibles hoy en día.
Ahí entra en juego el disponer de las características del material, de acuerdo a la necesidad del componente.
Pregunta ejemplo:
¿Qué características cree ud. que debiera tener el material del fuselaje externo del transbordador espacial para su reingreso a la atmósfera terrestre?
Sub Propiedades de los materiales.
Todos los materiales de ingeniería se caracterizan por sus propiedades
Su uso está determinado por las propiedades que presenten bajo condiciones de uso
Sub Estas propiedades están agrupadas en 6 grandes categorías:
Propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas, magnéticas, ópticas y químicas.
La estructura de los materiales determina estas propiedades relevantes, estructura que se logra con procesos de transformación y determina su desempeño en uso.
Sub Estos conceptos están interrelacionados y componen la base de la ciencia de materiales
Desempeño
Propiedades
Estructura
Proceso
Sub Por qué estudiar las propiedades de los materiales?
Porque existen miles de materiales y es casi imposible seleccionar un material para una tarea específica sin conocer sus propiedades.
Existen varios criterios sobre los que se basa la elección final del material.
Es muy raro que un material posea una óptima combinación de propiedades.
Sub Clasificación de los Materiales.
Los materiales pueden tener distintas clasificaciones, siendo la más conocida la que tiene relación con su estructura y enlaces atómicos. De acuerdo a esto último, se clasifican en:
Metales
Cerámicos
Polímeros
Sub Metales.
Normalmente son combinación de elementos metálicos
Se caracteriza por tener un gran número de electrones deslocalizados, es decir, que no pertenecen a ningún átomo.
Son buenos conductores del calor y la electricidad y son opacos a la luz visible.
Son resistentes y a la vez deformables, lo que los hace buenos materiales estructurales.
Sub Cerámicos.
Son una combinación de elementos metálicos y no metálicos.
En gral. Son óxidos, nitruros y carburos.
A esta categoría pertenecen por ejemplo el vidrio, la arcilla y el cemento.
Son materiales aislantes térmicos y eléctricos, y tienen una mejor performance a altas temperaturas que los metales y los polímeros. (Ej. Ladrillos refractarios)
Desde el punto de vista estructural, son duros y frágiles.
Sub Polímeros.
Se les relaciona generalmente con los conocidos materiales plásticos, aunque estos últimos abarcan una parte de la gama de polímeros. Existen polímeros naturales, como la madera y el caucho.
Estructuralmente, están formados por grandes cadenas orgánicas, entrelazadas entre sí.
Al ser cadenas orgánicas(basadas en C e H), en general tienen baja densidad y gran flexibilidad, aunque la adición de ciertos elementos no metálicos en sus cadenas, les pueden conferir excelentes propiedades mecánicas.
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