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CAPÍTULO 0 – INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA DE MATERIALES

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Ciencia de Materiales. Introducción. i

TEMA 1

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Ciencia de Materiales. Introducción. ii

Ciencia de Materiales

- La Ciencia de Materiales puede definirse como aquella que se ocupa de la composición y estructura de los materiales y a la relación existente entre aquellas y sus propiedades.

- Si se conoce que átomos están presentes en un material y cual es su

ordenamiento dentro del mismo, podremos por tanto deducir cuales serán

sus propiedades.

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Ciencia de Materiales. Introducción. iii

- La influencia de la composición química en las propiedades de un material

podremos entenderla de una manera intuitiva si comparamos las

propiedades del Fe puro, por ejemplo, con las del oro.

- La importancia de la estructura queda manifiesta si, por ejemplo,

comparamos las propiedades del grafito y el diamante.

- Ambos son carbono puro:

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Ciencia de Materiales. Introducción. iv

- El concepto de estructura puede entenderse a distintos niveles:

o Por estructura nuclear entendemos la composición del material en

términos de protones y neutrones.

o Un nivel superior lo constituye la estructura atómica definida como la

disposición electrónica en los átomos y que determina las propiedades químicas del material.

o La estructura cristalina nos indica el ordenamiento tridimensional de

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Ciencia de Materiales. Introducción. v

o La microestructura: la estructura de un material visible utilizando el

microscopio óptico o electrónico, proporcinandonos información sobre los cristales individuales o granos, como normalmente se los denomina, su tamaño forma y orientación. Esta estructura es de excepcional importancia en Ciencia de Materiales.

o La macroestructura se define como aquella que se aprecia con el ojo

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Ciencia de Materiales. Introducción. vi

En Ciencia de Materiales nos centraremos básicamente en el estudio de la

estructura cristalina, la microestructura y, en un menor grado, de la

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Ciencia de Materiales. Introducción. vii

Ingeniería de Materiales

- La Ciencia de materiales estudia los conocimientos básicos acerca de la composición, estructura y propiedades de los materiales.

- La Ingeniería de Materiales tiene por objeto la aplicación de los conceptos básicos sobre los materiales, de modo que estos puedan ser convertidos en productos útiles a la ingeniería.

- Ambas, Ciencia e Ingeniería de Materiales no están separadas por una

frontera que las delimite, antes al contrario, se encuentran

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Ciencia de Materiales. Introducción. viii

- Los ingenieros, sea cual fuere su especialidad, deben adquirir

conocimientos básicos y aplicados sobre los materiales pues, posteriormente los utilizarán en su practica profesional para desarrollar su trabajo de una forma eficaz.

- Los Ingenieros de I+D trabajan para la creación de nuevos materiales o la mejora de los ya existentes.

- Los Ingenieros de Diseño emplearan estos materiales nuevos, los

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Ciencia de Materiales. Introducción. ix

En ocasiones, son las exigencias de diseño las que impulsaran la investigación hacia el logro de materiales que satisfagan las demandas planteadas.

La búsqueda de nuevos materiales no cesa nunca.

- Los Ingenieros mecánicos demandan continuamente materiales capaces de

soportar temperaturas más elevadas.

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Ciencia de Materiales. Introducción. x

- Los Ingenieros Aeronáuticos tratan de lograr materiales con relaciones

Resistencia-Peso mayores para sus aviones y vehículos espaciales.

- Los Ingenieros Químicos requieren materiales mas resistentes a la

corrosión.

- Todas las ramas de la Ingeniería demandan más y más materiales que

satisfagan sus necesidades, lo que conduce a la aparición continua de

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Ciencia de Materiales. Introducción. xi

- La competencia entre los distintos materiales para ocupar áreas de

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Ciencia de Materiales. Introducción. xii

Tipos de Materiales

Desde un punto de vista de la Ciencia de Materiales los materiales se agrupan dentro de los tres grupos siguientes:

MATERIALES METÁLICOS

MATERIALES POLIMÉRICOS

MATERIALES CERÁMICOS

Además de los tipos indicados suelen considerarse otros dos:

MATERIALES COMPUESTOS

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Ciencia de Materiales. Introducción. xiii

A) MATERIALES METÁLICOS

o Materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos como el

Fe, Al, Cu, etc. y, eventualmente elementos no metálicos como el C, N2 y O2.

o Los metales tienen estructura cristalina (en la actualidad, mediante

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Ciencia de Materiales. Introducción. xiv

o Los metales habitualmente no se utilizan puros sino combinados dando

lugar a las aleaciones metálicas, cuyo objetivo es el mejorar las propiedades de los metales puros, o, en su caso, dotarles de otras nuevas.

o Los metales y aleaciones suelen dividirse en:

o metales y aleaciones férreas

o y metales y aleaciones no férreas,

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Ciencia de Materiales. Introducción. xv

B) MATERIALES POLIMÉRICOS

- Materiales macromoleculares constituidos por largas cadenas de moléculas orgánicas o redes.

- La mayoría de los polímeros son amorfos si bien algunos tienen cierto grado de cristalinidad son regiones vítreas y cristalinas.

- Son malos conductores del calor y de la electricidad y resistentes a la corrosión, de una forma general.

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Ciencia de Materiales. Introducción. xvi

MATERIALES CERÁMICOS

o Son materiales inorgánicos y generalmente cristalinos:

constituidos por elementos metálicos y no metálicos.

unidos por enlaces iónicos y covalentes.

Duros y Resistentes.

Por lo general, aislantes térmicos y eléctricos, si bien existen cerámicas superconductoras.

Ligeros.

Se comportan bien a temperaturas elevadas.

Elevada fragilidad.

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Ciencia de Materiales. Introducción. xvii

MATERIALES COMPUESTOS

- Constituidos por dos o más materiales diferentes con objeto de conseguir con ello un material con propiedades intermedias.

- Al constituyente más abundante se le denomina, generalmente, matriz o

constituyente matriz, y al menos abundante refuerzo.

- Por la naturaleza de la matriz se clasifican en Compuestos de matriz:

MetálicaCerámica,

y Poliédrica, con diferencia los mas abundantes.

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Ciencia de Materiales. Introducción. xviii

MATERIALES ELECTRÓNICOS

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Ciencia de Materiales. Introducción. xix

PROCESADO

Si bien el procesado de los materiales constituye el objeto de otras disciplinas, si conviene destacar que junto con la microestructura condiciona las propiedades de un componente, como puede verse reflejado en el diagrama siguiente:

PROCESO

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Ciencia de Materiales. Introducción. xx

- Procesado tiene por objeto la obtención de un componente a partir de un material determinado.

- El procesado abarca un conjunto de técnicas, en su mayoría comunes a

todos los materiales, si bien alguno de ellos requiere un procesado

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Ciencia de Materiales. Introducción. xxi

SELECCION DE MATERIALES

Los materiales, a la hora de diseñar un componente, presentan diferentes alternativas de entre las que debe seleccionarse como mas adecuada la que resulte de las consideraciones siguientes:

Que material reúne las propiedades físicas y químicas mas adecuadas

Que material puede ser procesado con la forma y dimensiones diseñadas

Que material y proceso son los mas económicos

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