Ciencia de Materiales

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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 estructuraprocesamientopropiedades ha conducido
a un progreso en los
materiales.
PROCESAMIENTO
ESTRUCTURA
Ejemplo:
Diferencias entre
nanoarcillas y arcillas .
Encontrar soluciones y
demandas tecnológicas
actuales.
PROPIEDADES
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
Rendimiento
Materiales de Ingeniería
Diseño de una estructura o producto para
alcanzar las propiedades deseadas.
Procesamiento
Estructura
Metales
Propiedades
Ciencia de Materiales
Investiga la relación entre la estructura
y las propiedades de los materiales
Plásticos
• Procesamiento
• Estructura
• Estructura
• Procesamiento
• Propiedades
• Propiedades
• Rendimiento
• Rendimiento
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
Hardness (BHN)
(d)
600
500
400
(c)
(a)
(b)
4mm
300
200
30mm
100
0.01 0.1
30mm
Porcentaje de carbono 4% del peso
30mm
1
10 100 1000
Cooling Rate (C/s)
• El procesamiento puede cambiar la estructura
Ejemplo: estructura vs. Velocidad de enfriamiento del acer
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?

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