COLEGIO NICOLAS BUENAVENTURA IED (CHORRILLOS) PRESENTADO POR: LAURA CAMILA TRIANA PÉREZ ENTREGADO A: ROGER AYALA CURSO: 1002 JORNADA: MAÑANA MATERIALES EN INGENERIA: Es una herramienta que se utiliza para crear algo. Clasificación de los materiales Natural o Artificial Origen Composición química Estado de temperatura Combustión Conductividad eléctrica Defina: Cerámicos: Los cerámicos son fuertes y duros, aunque también muy frágiles o quebradizos. Las nuevas técnicas de procesamiento han conseguido que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga, como los impulsores en los motores de turbina. Algunos materiales cerámicos pueden soportar temperaturas extremadamente altas sin perder su solidez. Son los denominados materiales refractarios. Generalmente tienen baja conductividad térmica por lo que son empleados como aislantes. Por ejemplo, partes de los cohetes espaciales son construidos de azulejos cerámicos que protegen la nave de las altas temperaturas causadas durante la entrada a la atmósfera. Polímeros Producidos mediante un proceso conocido como polimerización, los polímeros incluyen el hule, los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Los polímeros tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y no son adecuados para utilizarse a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los cuales las largas cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductilidad y con formabilidad; los polímeros termo estables son más resistentes aunque más frágiles porque las cadenas moleculares están fuertemente enlazadas. Semiconductores La conductividad eléctrica de estos materiales puede controlarse para su uso en dispositivos electrónicos como transistores, diodos y circuitos integrados. La información hoy día se transmite por luz a través de sistemas de fibras ópticas; los semiconductores, que convierten las señales eléctricas en luz y viceversa con componentes esenciales de estos sistemas. Polímeros: Los polímeros son materiales que se forman por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros. A pesar de que cuando se habla estos materiales la imagen más recurrente es un envase o una bolsa plástica, la
humanidad ha utilizado materiales poliméricos naturales desde hace mucho tiempo. El algodón, la seda, el caucho, el almidón y la celulosa son ejemplo de ello. Además, ahora se sabe que materiales como la queratina, presente en el cuerpo o la glucosa, sustancia vital para nuestro funcionamiento también polímeros, incluso el formador de genes, el ácido desoxirribonucleico (ADN) es un polímero natural.
Metálicos:
Al igual que la escritura, el descubrimiento de los metales y la forma de procesarlos, marcan la división entre la edad de piedra y el inicio de las civilizaciones en la llamada “Edad de los metales”. En la edad de cobre (4400 – 3800 a. C.) aparece la metalurgia y minería, comenzado a trabajarse el cobre y el oro, para fabricar armas rústicas como punzones, hachas, puñales, punta de flechas, y ornamentos como anillos y brazaletes. Tras el descubrimiento del bronce, una aleación de nueve partes de cobre y una de estaño se inicia la edad de bronce (a partir del 2800 a. C.). Este material ofrece la posibilidad de trabajar con mayor facilidad y se pueden producir utensilios mucho más duros y trabajos ornamentales más finos. La última era de los metales está representada por la edad de hierro (1300 a. C.) y es la etapa previa a la creación del imperio romano. La mayor ventaja del hierro sobre el bronce es que las vetas eran mucho más abundantes y por tanto era un material más económico. Además, no es necesaria aleación alguna y constituye un material admirable para la fabricación de sierras, hachas, azuelas y clavos. Sin embargo, es un material más difícil de trabajar y de temperatura de fundición más elevada, por eso se explica que su uso haya demorado tanto. La producción de hierro, sin embargo, no fue exclusiva del occidente, pues en China también hay registros de su uso a partir del año 600 a. C. Y de hecho, esta nación fue la única que pudo trabajar el hierro en molde. El trabajo en hierro promovió el perfeccionamiento de técnicas metalúrgicas, el desarrollo de la forja y la herrería para la construcción de armas y herramientas de mayor dureza, calidad y duración. Materiales Compuestos: Un material compuesto es el resultado de la combinación de dos tipos de materiales: metal-metal, metal-cerámico, metal-polímero, polímero-cerámico, polímero-polímero y cerámico-cerámico. Estos se encuentran en diferente porcentaje siendo la fase que se encuentra en mayor proporción la matriz o fase continua, mientras que la fase que se de menor proporción se le denomina refuerzo o fase discontinúa. Propiedades de los cerámicos: •
PROPIEDADES MECÁNICAS
Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace),este echo supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones. Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano.
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PROPIEDADES MAGNÉTICAS
No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferrimagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta. •
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica. Algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse. •
PROPIEDADES TÉRMICAS
La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este echo son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio. CLASIFICACIÓN • Materiales cerámicos tradicionales: 1. Arcilla 2. Sílice 3. Feldespato • Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería: 1. Oxido de aluminio 2. Carburo de silicio 3. Nitruro de silicio APLICACIONES • Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y resistencia al calor. • Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad térmica. • Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad térmica y eléctrica. • Aislantes en aparatos electrónicos. • Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado. • Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio. • Vidrio. Propiedades de los polímeros: Propiedades eléctricas Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja tensión hace ya
muchos años; termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de gran duración y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcial de cargas eléctricas.Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas aplicaciones está en relación a la pérdida de características mecánicas y geométricas con la temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a los 200 °C).Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las características eléctricas de estos materiales.Los polímeros conductores fueron desarrollados en 1974 y sus aplicaciones aún están siendo estudiadas. Propiedades físicas de los polímeros. Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf) Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea bastante superior a Tf. Las propiedades mecánicas Son una consecuencia directa de su composición así como de la estructura molecular tanto a nivel molecular como supermolecular. Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros y éstas han de ser mejoradas mediante la modificación de la composición o morfología por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el grado global del orden tridimensional. Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones con objeto de predecir el desempeño de estos polímeros en aplicaciones prácticas. Durante mucho tiempo los ensayos han sido realizados para comprender el comportamiento mecánico de los materiales plásticos a través de la deformación de la red de polímeros reticulados y cadenas moleculares enredadas, pero los esfuerzos para describir la deformación de otros polímeros sólidos en términos de procesos operando a escala molecular son más recientes. Por lo tanto se considerarán los diferentes tipos de respuesta mostrados por los polímeros sólidos a diferentes niveles de tensión aplicados; elasticidad, viscoelasticidad, flujo plástico y fractura. Clasificación Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí. Según su origen Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc. Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el Policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc. Según su mecanismo de polimerización En 1929 Carothers propuso la siguiente clasificación: Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua. Polímeros de adición. La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular.Esta polimerización se genera cuando un "catalizador", inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina. Clasificación de Flory (modificación a la de Carothers para considerar la cinética de la reacción): Polímeros formados por reacción en cadena. Se requiere un iniciador para comenzar la polimerización; un ejemplo es la polimerización de alquenos (de tipo radicalario). En este caso el iniciador reacciona con una molécula de monómero, dando lugar a un radical libre, que reacciona con otro monómero y así sucesivamente. La concentración de monómero disminuye lentamente. Además de la polimerización de alquenos, incluye también polimerización donde las cadenas reactivas son iones (polimerización catiónica y aniónica). Polímeros formados por reacción por etapas. El peso molecular del polímero crece a lo largo del tiempo de manera lenta, por etapas. Ello es debido a que el monómero desaparece rápidamente, pero no da inmediatamente un polímero de peso molecular elevado, sino una distribución entre dímeros, trímeros, y en general, oligómeros; transcurrido un cierto tiempo, estos oligómeros empiezan a reaccionar entre sí, dando lugar a especies de tipo polimérico. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos. Según su composición química Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono. Polímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos se pueden distinguir: Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas. Ejemplos: polietileno y polipropileno. Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno. Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición. Ejemplos: PVC y PTFE. Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA. Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal. Algunas sub-categorías de importancia: Poliésteres Poliamidas Poliuretanos Polímeros inorgánicos. Entre otros: Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros. Basados en silicio. Ejemplo: silicona. Según sus aplicaciones Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:
Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia. Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros. Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión. Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial. Según su comportamiento al elevar su temperatura Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario no lo hace se diferencian tres tipos de polímeros: Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado sólido) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo PVC. Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas. Elastómero, plásticos con un comportamiento elástico que pueden ser deformados fácilmente sin que se rompan sus enlaces o modifique su estructura. La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se haga referencia sólo a "los plásticos termoestables". Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la gran mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy interesantes) Propiedades de los Metálicos: Conducen bien el calor y la electricidad. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, que es líquido. Todo metal tiene un punto de fusión, que es la temperatura a la cual el metal pasa de sólido a líquido. Son maleables y dúctiles: pueden deformarse para formar láminas y alambres sin sufrir roturas. Oro, Plata y Bronce son los más dúctiles y maleables. La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. Maleabilidad: Propiedad que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. Se diferencia de aquélla en que mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
Propiedades materiales compuestos: . Propiedades mecánicas (propiedades específicas) Dado que los materiales compuestos combinan resinas con fibras de refuerzo, las propiedades del material resultante combinarán de alguna manera las propiedades de cada uno de estos dos componentes. Las propiedades del material compuesto estarán determinadas por: • Las propiedades de la fibra • Las propiedades de la matriz • La relación entre la cantidad de fibra y de resina en el material (la fracción en volumen de fibra) • La geometría y orientación de las fibras en el compuesto La mayoría de los materiales compuestos poseen una alta resistencia mecánica al mismo tiempo que una baja densidad, lo cual permite realizar estructuras y dispositivos resistentes y a la vez livianos. A la relación entre la resistencia mecánica y la densidad se la denomina resistencia específica. Como se observa en las figuras de la página anterior, los cerámicos y los metales aventajan a los compuestos en mayor resistencia, mientras que los polímeros poseen en general la menor densidad, pero al evaluar ambas propiedades juntas, los materiales compuestos son la opción más conveniente. Esto se debe a que al utilizar una matriz polimérica logramos una baja densidad; mientras que las fibras aportan la resistencia mecánica, pero como son la fase minoritaria no agregan demasiado peso al material. Resistencia a la corrosión En otras aplicaciones, los materiales compuestos son preferidos en lugar de los metales; no por permitir el diseño de estructuras más livianas, sino porque nos permiten obtener materiales con mejor resistencia a los medios corrosivos. Los metales son susceptibles a la corrosión en muchos medios agresivos, como los relacionados con la industria del petróleo. En cambio, los polímeros y los cerámicos son, en general, más resistentes, cuando no totalmente inertes en dichos medios. Entonces, si logramos un material compuesto (una resina con fibras de vidrio, por ejemplo) con la resistencia mecánica y tenacidad adecuadas para aplicaciones como tuberías para la industria petrolera, esta opción poseerá, además, la capacidad de resistir mejor las condiciones de servicio.
TIPOS DE PROPIEDADES
DEFINICIÓN
ECONÓMICAS Precio Disponibilidad Reciclabilidad FISICAS Densidad MECÁNICAS Módulos Limite elastico Resistencia a la tracción Tenacidad a la fractura Resistencia a la fatiga Resistencia a la fluencia Amortiguamiento de las vibraciones TÉRMICAS Conductividad térmica Calor especifico Coeficiente de expansión térmica ELÉCTRICAS Resistividad Constante dieléctrica MAGNÉTICAS Permeabilidad magnética Resistividad INTERACCIÓN CON EL ENTORNO Oxidación Corroción Desgaste PRODUCCIÓN Facilidad de fabricación Unión Acabado ESTÉTICAS Color Textura Aspecto
Facilidad de compra y de precio
POLIM. CERAM. METALES M.COMPU.
X BX AX AX ocupa un lugar en el espacio X AX caracteristicas inherentes X BX AX BX BX BX BX NX resistencia acambios bruscos de temp. X BX BX BX capacidad electrica de resistencia X BX BX resistencia magnetica X BX BX resistencia al O2 X AX AX AX facilidad de buscar los materiales X AX AX AX aspeco fisico del material X AX AX AX AX-ALTA BX-BAJA NX-NORMAL X-TIENE
X NX AX BX X BX X BX BX BX NX BX BX NX X BX BX BX X AX AX
X BX BX BX X AX AX AX X AX AX AX
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