Materiales industriales Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Ingeniería industrial

Objetivos de Clase 1 Resumir breve historia de la ciencia de los materiales. Identificar los tipos de materiales Explicar la diferencia entre Ciencia e ingeniería de materiales.

Historia Edad de piedra: herramientas de materiales naturales. Introducción del bronce (5 000 años) > Aleación (más de un metal. Bronce puede ser formado o fundido en diferente formas o puede ser endurecido mejorando la aleación). Edad del Acero (3 000 años). Resistente y económico material, y barato, que cambió el sistema de vida cotidiana. Ciencia de Materiales

Historia Edad de materiales avanzados (actual): se han introducido los cerámicos, polímeros semiconductores, materiales compuestos Investigación continua: estructuras, procesamiento, propiedades y rendimiento de los materiales. Innovación: diseño y aplicación inteligente de los materiales. Ciencia de Materiales

Perspectiva Tecnológica Entendimiento estructura-procesamiento-propiedades ha conducido a un progreso en los materiales. Ejemplo: Diferencias entre nanoarcillas y arcillas . Encontrar soluciones y demandas tecnológicas actuales. Ciencia de Materiales

¿Qué es Ciencia de Materiales ? Ciencia que se encarga de establecer las propiedades físico-químicas de los materiales naturales o sintéticos y en base a estos conocimientos encontrar métodos de preparación y desarrollo tecnológico. Áreas de interacción: preparación y síntesis de los materiales caracterización de los materiales, establecer relación estructura-propiedades y aplicaciones. Ciencia de Materiales

¿Qué es Ciencia de Materiales ? Ciencia de materiales ha sido una respuesta a las demandas tecnológicas del mercado y desarrollar productos. ¿En qué se diferencian la Ingeniería de materiales y la Ciencia de materiales? Ciencia de Materiales

Ciencia e Ingeniería de Materiales Propiedades Procesamiento Estructura Rendimiento Materiales de Ingeniería Diseño de una estructura o producto para alcanzar las propiedades deseadas. Metales Procesamiento Estructura Propiedades Rendimiento Plásticos Estructura Procesamiento Propiedades Rendimiento Ciencia de Materiales Investiga la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales Ciencia de Materiales

Origen de las propiedades de los materiales: Estructura Como se estudian las estructuras mediante la caracterización o identificación de cómo están organizados los átomos o moléculas Estructura sub-atómica: Estructura electrónica de los átomos que define la interacción entre ambos átomos Estructura atómica: arreglo de átomos en materiales. Mismo átomos pueden tener diferentes arreglos Estructura microscópica (Microestructura) : arreglo de pequeños granos de los materiales. Estructura macroscópica: Granos vistos a simple vista Ciencia de Materiales

Factor de respuesta: Propiedades Es la respuesta de un material al interactuar con una estimulo externo Mecánicas: deformación, respuesta a fuerzas, esfuerzos, etc. Eléctricas: respuestas a campos eléctricos, conductividad, constante dieléctrica, etc. Magnéticos: respuestas de un material ante un campo magnético Térmicos: transmisión de calor o capacidad de calor Ópticas : absorción, transmisión o reflexión de la luz Degradación: contacto con ambientes (corrosión)

Medios para alcanzar propiedades: Procesamiento • Propiedades dependen de la estructura Ejemplo: dureza vs. estructura del acero (d) 6 00 30 m 5 00 (c) 4 00 (b) Hardness (BHN) (a) Porcentaje de carbono 4% del peso 4 m 3 00 30 m 2 00 30 m 100 0.01 0.1 1 10 100 1000 Cooling Rate (C/s) • El procesamiento puede cambiar la estructura Ejemplo: estructura vs. Velocidad de enfriamiento del acero Ciencia de Materiales

Tipos de materiales Metales: la valencia de electrones es refería por los átomos, dichos átomos están unidos por un mar de electrones, los electrones “pegan” los iones juntos. Caracteristicas: enlaces fuertes, buenos conductores, poseen brillos al ser pulidos, etc. Ciencia de Materiales

Tipos de materiales Polímeros: tienen principalmente fuerzas covalentes y de Van der Waals entre los átomos, que son formados mayormente por C e H. Son ligeros y proseen diferentes propiedades dependiendo de su estructura molecular. Son baratos y tienen buena relación entre sus propiedades y el costo Ciencia de Materiales

Tipos de materiales Cerámicos: los átomos se comportamiento como iones positivos o negativos y son unidos por fuerzas de Coulomb. Usualmente son combinaciones de metales o semiconductores con oxigeno, nitrógeno o carbono. Características: duro , frágil y aislantes. Ejemplo: porcelana. Ciencia de Materiales

Tipos de Materiales Semiconductores: los enlaces son covalentes. Sus propiedades eléctricas depende de la purezas del material tales como: Si o Ge. En general poseen baja conductividad eléctrica Ejemplos: microchip , controla la señal eléctrica Ciencia de Materiales

Tipo de materiales Compuestos: los compuestos están formados por dos o mas materiales diferentes. Propiedades difieren de matriz y relleno. Ej. : Hormigón. Ciencia de Materiales

Proceso de Selección de Materiales Partir de una propiedad requerida. Prop: mecánica, eléctrica, óptica, decorativa, etc.. Con las propiedades identificar el material a escoger o alternativas. Material: estructura, composición, cristalino, etc. Con el Material, identificar el procesamiento requerido. Procesamiento es cambiar la estructura para dar una forma determinada Analizar el costo del material y procesamiento con las propiedades requeridas Ciencia de Materiales

Preguntas de repaso ¿Cual es la diferencia ciencias de los materiales y ingeniería de materiales? Identifique los cuatro tipos básicos de materiales (Ceramicos, metales, compuesto y polímeros) dentro del aula ¿Por que a algunos periodos de tiempo tienen nombre de algunos materiales?