UNIDAD 2.- ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES.

2.1 ESTRUCTURA CRISTALINA Y SUS CONSECUENCIAS EN LAS PROPIEDADES La estructura cristalina está caracterizada microscópicamente por la agrupación de iones, átomos o moléculas según un modelo de repetición periódica. Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos: a) Cristales iónicos: Punto de fusión elevado, duros y muy frágiles, conductividad eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. b) Cristales covalentes: gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen ser transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No sufren deformación plástica. c) Cristales Metálicos: opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No son tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles.

Su estructura puede ser: 1. Cúbica centrada en las caras: exigen que muchos metales tengan una celdilla unidad de geometría cúbica, con los átomos localizados en los vértices del cubo y en los centros de todas sus caras. Ejemplos: Cobre, aluminio, plata y oro. 2. Centrada en el cuerpo: es una celdilla unidad cúbica que tiene átomos localizados en los ocho vértices y un átomo en el centro. Ejemplo: hierro, cromo y tungsteno. 3. Hexagonal compacta: No todos los metales tienen una celdilla unidad con simetría cúbica: esta última estructura cristalina que se discute es la que tiene celdilla unidad hexagonal. Ejemplos: Cadmio, magnesio, titanio y zinc.

2.2 MATERIALES PUROS Las sustancias puras están formadas por partículas (átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separase por medios físicos. Sus propiedades son específicas, bien definidas y no varían, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla. Algunas de estas propiedades son: · El color · El sabor · El olor · La densidad · La temperatura de (fusión y ebullición) · La solubilidad · La conductividad térmica y eléctrica. Es característico de una sustancia pura que la temperatura a la cual sufre un cambio de estado (fusión, ebullición, etc.) permanece constante durante el cambio. Por lo tanto, el punto de congelación de 100g de agua permanece constante a 0ºC desde la congelación del primer gramo hasta la del último. Como sustancias puras tenemos el cobre, la sal, el diamante, el agua, el azúcar de mesa, el oxígeno, el mercurio, la vitamina C, el ozono, entre muchos otros.

2.3 ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS Las aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación, mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro. Los aceros que son aleaciones ferrosas, son las más importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de los aceros al carbono pueden variar considerablemente por trabajo en frío y recocido. Cuando el contenido de carbono de los aceros se incrementa por encima de 0.3%, pueden ser tratados térmicamente por temple y revenido para conseguir resistencia con una razonable ductilidad. Los elementos de aleación tales como el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan buena combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecimiento por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo. El cobre no aleado se usa en abundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen procesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formar unas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear. Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo. Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de las aleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales tales como una buena maleabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, al desgaste y durabilidad. La fundición gris tiene un alta maquinabilidad y capacidad de amortiguamiento de vibraciones, debido a las hojuelas de grafito en su estructura. Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las de magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.

Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de los aviones. Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a la corrosión y oxidación y son por tanto son usadas comúnmente en los procesos industriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo se forma la base para las súper aleaciones de níquel, necesarias para las turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas.

2.4 MATERIALES ORGÁNICOS Y NO ORGÁNICOS. La materia orgánica: Está formada por moléculas fabricadas por los seres vivos. Son moléculas hechas a base de carbono, suelen ser moléculas grandes, complejas y muy diversas, como las proteínas, hidratos de carbono o glúcidos, grasas o ácidos nucleicos. Estructura de los materiales orgánicos: Está formada por átomos enlazados entre sí, donde hay unión entre las moléculas, dentro de un cristal. Son generalmente materiales más blandos e inestables que los inorgánicos. Características *Contienen células de vegetales o animales. * Pueden disolverse en líquidos orgánicos como el Alcohol o los tetracloruros * No se disuelven en el agua * No soportan altas temperaturas Algunos de los representantes de este grupo son: § Plásticos § Productos del petróleo § Madera § Papel § Hule § Piel

La materia inorgánica: No está hecha de carbono y no son fabricadas por los seres vivos, sino por la naturaleza (en reacciones químicas). Son moléculas pequeñas y simples. Estructura de los materiales inorgánicos En la estructura cristalina de los materiales inorgánicos, los motivos repetitivos son átomos o iones enlazados entre sí, de modo que generalmente no se distinguen unidades aisladas y de ahí su estabilidad y dureza. Características. * No proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. * Se pueden disolver en el agua. * Resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son: § Los minerales § El cemento § La cerámica § El vidrio § El grafito (carbón mineral)

2.5 MATERIALES CERÁMICOS. Son: · Inorgánicos · Generalmente cristalinos · Constituidos por elementos metálicos y no metálicos · Enlaces iónicos o covalentes · Obtenidos a partir de polvos y posterior proceso de sinterización a elevadas temperaturas. Propiedades: · Alta dureza · Alta resistencia a compresión · Baja conductividad térmica y eléctrica (si bien existen cerámicas superconductoras) · Elevada estabilidad química con la temperatura · “Ligeros” · Puntos débiles: fragilidad y escasa fiabilidad.

Estructura: 1) Estructura Atómica: · cristalina · amorfa o vítrea 2) Los poros como parte de la estructura. Clasificación por su estructura: 1) Cerámicas Iónicas. – Formadas por un metal + un no metal: unión por atracción electrostática 2) Cerámicas Covalentes. – Formadas por dos NO METALES: unión por uso compartido de electrones entre átomos vecinos. 3) Sílice y Silicatos. – La unidad básica es la que resulta si sustituimos los C en el diamante por tetraedros de SiO4 (Monómeros, Dímeros, entre otros) 4) Aleaciones Cerámicas. – En las aleaciones cerámicas se busca: Mejorar tenacidad y Conseguir densificación total. 5) Cerámicas Cristalinas. – Forman microestructuras poli cristalinas, en la microestructura veremos: granos, bordes de grano, poros anclados entre granos, micro grietas. 6) Vidrios Cerámicos. – Se caracterizan por su ordenación atómica en cortas distancias. 7) Cerámicas Vítreas. - Una cerámica vítrea es por definición una cerámica parcialmente cristalina, de grano muy fino y que se obtiene por calentamiento de un vidrio cerámico susceptible de experimentar una cristalización controlada (Las cerámicas vítreas tienen como mínimo el 50 % cristalizado pudiendo llegar al 90 % de su volumen).