1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura : Materiales Compuestos Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAJ-1016
SATCA1 4-2-6
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
La materia de “materiales compuestos”, está orientada al diseño de materiales para una aplicación específica. Dado que la sustitución de materiales tradicionales por nuevos materiales ingenieriles es ya una norma. La calidad, y el valor añadido al material así como su costo de fabricación e inversión de energía influyen de manera crítica en el costo final de un material. Por esta razón, con la fabricación de un material compuesto se pretende contribuir en el conocimiento de nuevos materiales de aplicación ingenieril y al mismo crear conciencia sobre la utilización de procesos más limpios y menos costosos, sin dañar el medio ambiente.
Las bases para el estudio del procesamiento de materiales compuestos, su comportamiento, propiedades y aplicaciones frente a los medios ambientales a partir de reacciones en estado de equilibrio en sistemas heterogéneos. Así mismo el alumno estará en la capacidad de entender y asimilar conocimientos relacionados con la investigación y desarrollo de nuevos materiales así como de sus aplicaciones con el fin de adaptar tecnologías en los procesos de nuevos materiales.
De esta manera, este curso está orientado directamente a examinar materiales compuestos de matrices cerámicas, poliméricas y metálicas, propiedades y aplicaciones, también conocer los diferentes tipos de materiales de refuerzo, microestructura y propiedades de los mismos. Este conocimiento sin duda dará al estudiante de ingeniería en materiales un conocimiento amplio sobre los distintos métodos de procesamiento de materiales compuestos de aplicación ingenieril partiendo de materiales tradicionales y utilizando tecnologías de vanguardia y a su vez contribuyen con el medio ambiente, que es una necesidad mundial.
Intención didáctica.
Se organiza el temario, en cinco unidades de aprendizaje, de las cuales la primera unidad se refiere a los conceptos básicos de la historia y clasificación de los materiales compuestos. En la segunda unidad se aborda la fase continua (matriz) con la que puede elaborarse un material compuesto. La tercera unidad se presenta la fase discontinua (material de refuerzo) con la que puede elaborarse un material compuesto. En las dos últimas unidades se enfocan a la aplicación de técnicas, procedimientos y procesamiento de materiales compuestos con matrices de diferentes materiales. Esto con la finalidad de desarrollar habilidades y destrezas de comunicación, trabajo en equipo, análisis de la información, uso adecuado de conceptos, experimentación y terminología científico- tecnológica, y en conjunto con los conocimientos adquiridos en los temas de la asignatura
1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
fomentará un uso adecuado de información en la resolución de los problemas reales basados en la investigación, innovación y aplicación de los diferentes materiales compuestos.
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas:
Diseñar, evaluar y elaborar un material compuesto de acuerdo a necesidades específicasCompetencias genéricas:
Competencias instrumentales
•
Capacidades cognitivas, la capacidad de comprender y manipular ideas y pensamientos.•
Capacidades metodológicas para manipular el ambiente: ser capaz de organizar el tiempo y las estrategias para el aprendizaje, tomar decisiones o resolver problemas.•
Destrezas tecnológicas relacionadas con el uso de maquinaria, destrezas de computación; así como, de búsqueda y manejo de información.•
Destrezas lingüísticas tales como la comunicación oral y escrita o conocimientos de una segunda lengua.•
Capacidad de análisis y síntesis•
Capacidad de organizar y planificar•
Conocimientos generales básicos•
Conocimientos básicos de la carrera•
Comunicación oral y escrita en su propia lengua•
Conocimiento de una segunda lengua•
Habilidades básicas de manejo de la computadora•
Habilidades de gestión de información(habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas•
Solución de problemas•
Toma de decisiones.Competencias interpersonales
•
Destrezas sociales relacionadas con las habilidades interpersonales.•
Capacidad de trabajar en equipo o la expresión de compromiso social o ético.•
Capacidad crítica y autocrítica•
Trabajo en equipo•
Habilidades interpersonales•
Capacidad de trabajar en equipointerdisciplinario
•
Capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas•
Apreciación de la diversidad y multiculturalidad•
Habilidad para trabajar en un ambiente laboral•
Compromiso éticoCompetencias sistémicas
•
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica•
Habilidades de investigación•
Capacidad de aprender•
Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones•
Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad)•
Liderazgo•
Conocimiento de culturas y costumbres de otros países•
Habilidad para trabajar en forma autónoma•
Capacidad para diseñar y gestionar proyectos•
Iniciativa y espíritu emprendedor•
Preocupación por la calidad•
Búsqueda del logro4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de
elaboración o revisión Participantes Evento
Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec del 9 al 13 de noviembre de 2009.
Representantes de los Institutos Tecnológicos de:
Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas.
Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias
Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.
Desarrollo de Programas
en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de 2010.
Academias de Ingeniería en Materiales de los Institutos Tecnológicos de:
Chihuahua, Saltillo, Morelia, Zacatecas, Irapuato, Calkiní y Tlaxco.
Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería en Materiales.
Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de 2010.
Representantes de los Institutos Tecnológicos de:
Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas.
Reunión Nacional de Consolidación de los
Programas en Competencias
Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.
5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Diseñar, evaluar y elaborar un material compuesto de acuerdo a necesidades específicas
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
• Conocer las propiedades físicas y químicas de los materiales poliméricos.
• Conocer el proceso de elaboración de materiales metálicos, materiales poliméricos y materiales cerámicos.
• Conocer los procesos de falla y el comportamiento mecánico de los distintos materiales.
7.- TEMARIO
Unidad Temas Subtemas
1 Introducción 1.1 Definición de material Compuesto 1.2 Clasificación de Materiales Compuestos 1.3 Ventaja de los materiales compuestos en
comparación con los materiales Tradicionales
2 Matrices 2.1. Polimérica
2.2. Matriz metálica 2.3. Matriz Cerámica
3 Material de refuerzo 3.1. Fibras
3.1.1. Fibra larga
3.1.1.1. Cantidad de Fibra 3.1.1.2. Orientación de la fibra 3.1.2. Fibra corta
3.1.2.1. Longitud crítica 3.1.3. Fibras orgánicas
3.2. Partículas
3.2.1. Cerámicas 3.2.2. Poliméricas 3.2.3. Metálicas 3.3. Procesos de Fabricación
4 Región Interfacial 4.1. Teorías de adhesión
4.1.1. Adsorción y humectación 4.1.2. Nterdifusión
4.1.3. Atracción electrostática 4.1.4. Enlace químico
4.1.5. Adhesión Mecánica 4.1.6. Esfuerzo residual
4.2. Técnicas experimentales para la medición de la resistencia interfacial
4.2.1. Fragmentación de un filamento de fibra (single fiber fragmentation test)
4.2.2. Jalado de un filamento de Fibra (Pull-out test)
4.2.3. Microgota
5 Técnicas de
procesamiento de Materiales compuestos
5.1. Matriz Polimérica
5.1.1. Moldeo por inyección 5.1.2. Extrusión
5.1.3. Moldeo por infusión 5.1.4. Enrollado de filamentos 5.2. Matriz Metálica
5.2.1. Colada Continua 5.2.2. nfiltración sin presión 5.2.3. Inyección a presión 5.2.4. Infiltración por vacío 5.2.5. Metalurgia de polvos 5.3. Matriz cerámica
5.3.1. Infiltración por vapor químico (chemical vapor infiltration, CVI) 5.3.2. Impregnación polimérica y pirólisis
(polymer impregnation pyrolysis, PIP) 5.3.3. Infiltración reactiva en estado fundido
(Reactive Melt Infiltration, RMI)
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
• Realizar visitas a diferentes tipos de empresas para recopilar información y desarrollar ejemplos prácticos.
• Talleres de solución de casos prácticos tanto en clase como en laboratorio.
• Organizar sesiones grupales de discusión de conceptos.
• Promover la investigación entre los estudiantes
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
Informes de investigaciones realizadas.
Exámenes escritos.
Practicas de laboratorio.
Reportes de visitas.
Participación individual y en grupo.
Portafolio de evidencias
Participación en seminarios.10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Introducción
Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje
Conocer la clasificación y
definición de un material compuesto así como su evolución.
• Comparar las propiedades físicas y químicas de los materiales cerámicos, metales y polímeros frente a los materiales compuestos para analizar su importancia tecnológica.
• Investigar la naturaleza de los Materiales Compuestos y los clasificará de acuerdo al tipo de refuerzo.
Unidad 2: Matrices
Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje
Conocer las diversas matrices con
los que se pueden fabricar materiales compuestos.
• Analizar el concepto de matriz en materiales compuestos particulados y establecer la diferencia con los reforzados por fibra larga y corta.
• Investigar y exponer las matrices con las que se pueden elaborar materiales compuestos.
• Investigar y discutir las propiedades
físicas, químicas de la matriz metálica,
cerámica y polimérica.
Unidad 3: Material de refuerzo
Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje
Comprender los principios básicos
de formación de materiales compuestos reforzados con fibra larga, fibra corta y partículas.
• Analizar el concepto de materiales compuestos particulados y establecer la diferencia con los reforzados por fibra larga y corta.
• Aplicar la regla de las fases para determinar propiedades.
• Investigar y discutir aplicaciones de los Materiales compuestos y compararlos con los materiales tradicionales.
Unidad 4: Región Interfacial
Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje
Analizar y comprender las
definiciones de interfase, matriz, fibra y su interrelación en la fabricación de un material compuesto.
• Investigar las diversas interfases fibra- matriz.
• Analizar y discutir los mecanismos de unión a través de las interfases.
• Aplicar los criterios para diseñar interfases más resistentes.
• Describir la importancia de la humectabilidad y el papel de la interfase en la elaboración de un material compuesto.
Unidad 5: Técnicas de elaboración de Materiales compuestos
Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje
Conocer y analizar las técnicas
más importantes de fabricación de Materiales Compuestos de matriz cerámica, metálica y polimérica.
• Investigar y exponer los métodos de fabricación de los materiales compuestos con matriz metálica, con matriz cerámica y con matriz polimérica.
• Discutir los criterios mas adecuados
para la elaboración de un material
compuesto, según su aplicación.
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Askeland, R. Donald y Phulé, Pradeep P. Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
Thomson, cuarta edición.
2. James F. Shackelford. Ciencia de Materiales para Ingenieros. Prentice–Hall, tercera edición.
3. Fuentes, Luis y Reyes, Manuel. Mineralogía Analítica. Dirección de Extensión y Difusión Cultural Textos Universitarios. Universidad Autónoma de Chihuahua 2002.
4. Groover, M. P. Fundamentos de Manufactura Moderna. Prentice – Hall.
5. Kingery, W. D. Introduction to Ceramics. USA: John Wiley & Sons, Inc.,1983.
6. Amorós, J. L., Barba, A. & Beltrán, B. Estructuras Cristalinas de los Silicatos y Óxidos de las Materias Primas Cerámicas. España: Instituto de Tecnología
7. Cerámica, Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas, 1994.
8. Soltai, T & Stout, J. H. Mineralogy, Concepts and Principles. Mineapolis:Burgess Publishing Company, 1984.
9. Vlack, Van L. Propiedades de los Materiales Cerámicos. Brasil: Blucher Ltda. &
Editora da Universidade de São Paulo, 1973.
10. Reed, J. S. Introduction to the Principles of Ceramic Processing. USA: John Wiley &
Sons, 1988.
11. Singer F. Enciclopedia de la Química Industrial. España: URMO, 1971.
12. Chiang, Y. M, Birnie, D. P. & Kingery, W. D. Physical Ceramics, Principles for Ceramics Science and Engineering. USA: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
13. Rahaman, M. N. Ceramic Processing. USA: Taylor & Fracis Group, 2007.
14. Mangonon, P. L. Ciencia de Materiales, Selección y Diseño. México: Prentice– Hall, 2001.
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
Elaborar un Material Compuesto tomando en consideración las siguientes variables:a. Diferentes tipos de partículas.
b. Diferente tamaño de partícula.
c. Diferente cantidad de partícula.
