Materials, history, clasification, structures, properties.

1. Introducción a los
Materiales
MSc Luis Alberto Laguado Villamizar
Ciencia de los Materiales

2. CONTENIDO
• Historia.
• Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
• Estructura de los Materiales.
• Clasificación de los Materiales.
• Clasificación Funcional de los Materiales.
• Clasificación Estructural de los Materiales.
• Efectos Externos.
• Bibliografía.

3. HISTORIA
ASHBY, 2007

4. Espumas
Metálicas
Vidrios
Metálicos
Superaleaciones
Edad
del
Hierro
Edad
del
Bronce
Edad
de
los
Metales
METALES
Edad
del
Cobre
Aceros

5. Alta
Rigidez
Alta
Resistencia
Térmica
Caucho
Natural
Resinas
Naturales
Fibras
Naturales
POLÍMEROS Y ELASTÓMEROS
Polímeros
Sintéticos

6. Cerámicas
Técnicas
Vidrios
Arcillas
Edad
de
Piedra
CERÁMICOS Y VIDRIOS
Cementos

7. MATERIALES COMPUESTOS
➢ FRP Fiber Reinforced Plastic
➢ GFRP Glass Fiber Reinforced Plastic
➢ CFRP Carbón Fiber Reinforced Plastic

8. CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES
ASKELAND, 2017
Desempeño
Costo
Composición
Síntesis y
Procesamiento
Microestructura

9. Ciencias Básicas
Ciencias Aplicadas
CIENCIA E
INGENIERÍA
DE LOS
MATERIALES
Mineralografía
Cristalografía
Ciencias
Biológicas y
Ambientales
Ingeniería
Química y
Procesamiento
Ingeniería
Mecánica
Eléctrica
Civil
Arquitectura,
diseño de
productos
Diseño de
Ingeniería
Química y
Bioquímica
Física y
Física del
Estado
Sólido.

10. Descripción de la forma como se arreglan los elementos
constitutivos dentro de un material. Influye en sus
propiedades, aunque no cambie la composición
química.
➢ Estructura Atómica
➢ Estructura Molecular
➢ Estructura Granular (Microestructura)
➢ Estructura Multifásica (Macroscópico)
1𝑥10−10𝑚 𝐴𝑟𝑚𝑠𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔
1𝑥10−9𝑚 𝑁𝑎𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
1𝑥10−6
𝑚 𝑀𝑖𝑐𝑟𝑎𝑠
1𝑥10−3𝑚 𝑀𝑖𝑙í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

11. ESTRUCTURA ATÓMICA
La disposición de los
electrones afecta el
comportamiento eléctrico,
magnético, térmico y óptico
http://aprendequimicabasica.blogspot.com/2016/08/estructura-
atomica.html

12. ESTRUCTURA MOLECULAR
➢ La disposición o arreglo de los
átomos.
➢ El estudio de la estructura
cristalina y las imperfecciones
influyen en las propiedades del
material.
https://www.tinet.cat/

13. ESTRUCTURA GRANULAR
➢ Es La microestructura del material. (1𝑥10−6𝑚)
➢ El tamaño y la forma de los granos influye en el
comportamiento del material .
http://student.mohammed.mx/tutoriales/materiales/estructura.htm

14. ESTRUCTURA DE FASES
En la mayoría de los
materiales se presenta
más de una fase con
arreglo atómico y
propiedades únicas cada
una.
https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fase#/media/File:Phase-diag_es.svg
𝑫𝒊𝒂𝒈𝒓𝒂𝒎𝒂 𝒅𝒆 𝑭𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒅𝒆𝒍 𝑯𝟐𝟎

15. COMPOSICIÓN
1A 2A
3B 4B 5B 6B 7B ---------8B------------ 1B 2B
3A 4A 5A 6A 7A 8A
http://www.educaplus.org/sp2002/index.html

16. SÍNTESIS

17. PROCESAMIENTO
http://www.mepsa.es/acabado_de_superficies.php?idioma=l1&aplicacion=5&proceso=6
Proceso de Mecanizado
Proceso de Fundición
Proceso de Ensamble Mecánico Proceso de Esmerilado

18. Metales y
Aleaciones
Cerámicas y
Vidrios
Polímeros
(Plásticos)
Semiconductores
Materiales
Compuestos
CLASIFICACIÓN DE LOS
MATERIALES

19. ASKELAND, 2017
Metales y aleaciones
Características
Ejemplos de aplicaciones

20. Metales
Cerámicos
Vidrios Elastómeros
Polímeros
Compuestos
AHSBY, 2007

21. METALES Y ALEACIONES
➢ Buena conductividad eléctrica y
térmica.
➢ Altos puntos de fusión.
➢ Alta resistencia mecánica y
rigidez.
➢ Alta tendencia a la corrosión y
oxidación.
➢ Alta ductilidad o formabilidad.
➢ Buena resistencia a los choques
térmicos.
➢ Buenos reflectores de la radiación
visible.
https://grantadesign.com/teachingresources/pacsasen19/

22. ➢ Composición: uno o más elementos metálicos:
-Hierro, Cobre, Aluminio, Magnesio, Zinc, Titanio y
Níquel.
➢ Combinados con elementos NO Metálicos:
-Carburo de Silicio, Oxido de hierro.
➢ Son elementos inorgánicos.
➢ Tienen estructura cristalina.
➢ Aleaciones Ferrosas:
-Acero, Hierro Fundido
➢ Aleaciones NO Ferrosas:
-Cobre, Titanio, Aluminio
METALES Y ALEACIONES
Hexagonal Compacta
ASKELAND, 2017

23. CERÁMICOS
➢ Materiales Inorgánicos.
➢ Cerámicas en estado natural: arena
de playa y las rocas.
➢ Estructuras cristalinas y no cristalinas.
➢ Ladrillos, vajillas, artículos sanitarios,
refractarios (materiales resistentes al
calor), abrasivos.
➢ Aislantes eléctricos y térmicos.
➢ Alta resistencia térmica.
➢ Alta dureza.
➢ Fragilidad.
http://www.materials.unsw.edu.au/tutorials/online
-tutorials/3-electrical-ceramics

24. VIDRIOS
➢ Materiales amorfos,
transparentes.
➢ Se obtienen de la Sílice fundida.
➢ Alta resistencia térmica.
➢ Alta fragilidad.
➢ Construcción automóviles,
computadores, televisores, etc..
➢ Vidrios templados y
Vitrocerámicos: tratamientos
térmicos y nucleación.
http://www.materials.unsw.edu.au/tutorials/online-
tutorials/ceramics

25. POLÍMEROS
➢ Materiales Orgánicos.
➢ Termoplásticos, Termoestables,
Elastómeros.
➢ Origen natural: celulosa, caucho,
polisacáridos.
➢ Origen Sintético: petróleo y gas natural.
➢ Estructura lineal y ramificada, pueden
ser Semicristalinos.
➢ Buena resistividad eléctrica.
➢ Buena relación Resistencia/Peso
➢ Buena resistencia a sustancias
corrosivas. https://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero

26. SEMICONDUCTORES
➢ Conductividad eléctrica intermedia.
➢ Aplicaciones electrónicas.
➢ Estructura Monocristalina.
➢ Se fabrican en Películas delgadas.
https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

27. MATERIALES COMPUESTOS
➢ Combinar y mejorar las
propiedades de los materiales.
➢ Materiales ligeros, resistentes,
dúctiles, resistentes a las altas
temperaturas.
➢ Fase continua: Matriz.
➢ Fase dispersa: Refuerzo.
➢ Concreto, madera, plásticos
reforzados con fibra de vidrio y
fibra de carbono.
http://www.marinfinito.com/es/servicios/composite.html

28. MATERIALES COMPUESTOS
Reforzados con partículas
(papel abrasivo).
Reforzados con fibras
GRFP, CRFP
Reforzados con láminas
(Panel tipo sándwich)
Maderas prefabricadas
AHSBY, 2017

29. ASKELAND, 2017

30. AEROESPACIALES
➢ Alta resistencia, bajo peso.
➢ Polvo aluminio.
➢ Aleaciones de Titanio.
➢ Aleaciones de Aluminio.
➢ Plásticos reforzados.
➢ Sílices.
http://ingesaerospace.blogspot.com/2012/11/materiales-aeroespaciales-8-sistemas-y.html

31. BIOMÉDICOS
➢ Implantes Ortopédicos: Acero
Inoxidable.
➢ Implantes dentales: Aleaciones
de Titanio
➢ Implantes Cardiovasculares:
Aleaciones de Ni-Ti.
➢ Cerámicas dentales: :Zirconia,
Hidroxiapatia.
➢ Imágenes Ultrasónicas:
Cerámicos PZT (Titanato de
Plomo y Zirconia).
http://www.jnaceros.com.pe/blog/acero-inoxidable-implantes-
quirurgicos

32. MATERIALES ELECTRÓNICOS
➢ Semiconductores y circuitos
integrados: Si, Ge.
➢ Capacitores cerámicos:
-Titanato de Bario 𝑩𝒂𝑻𝒊𝑶𝟑
-Óxido de Tantalio 𝐓𝐚𝟐𝐎𝟓
➢ Superconductores.
➢ Conductores eléctricos.
➢ Malos conductores térmicos.
➢ Poco dúctiles y frágiles.
https://concepto.de/memoria-ram

33. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA Y
AMBIENTAL
➢ Combustible nuclear: Dióxido de
Uranio y Plutonio.
➢ Baterías y celdas de
combustible: Zirconia 𝑍𝑟𝑂2.
➢ Industria del petróleo: Zeolitas,
Alúmina.
➢ Catalizadores: Platino, Rohdio.
➢ Energía solar: Silicio amorfo.
https://itcl.es/tecnologias-energeticas

34. MATERIALES MAGNÉTICOS
➢ Discos duros de PC: Aleaciones
de Cobalto, Platino, Tantalio y
Cromo.
➢ Cintas de Video: Óxido de Hierro
sobre Acetato de Celulosa.
➢ Inductores y comunicación
inalámbrica: Ferrita Magnéticas.
➢ Núcleos de transformadores:
Aceros y Silicio. https://blog.isecauditors.com/2016/08/fundamentos-de-
almacenamiento-de-la-informacion.html

35. MATERIALES FOTÓNICOS U
ÓPTICOS
➢ Fibras ópticas: Sílice.
➢ Detectores y láseres de
semiconductor: granates de
alúmina 𝐀𝐥𝟐𝐎𝟑 y de Itrio-
aluminio YAG (yttrium aluminum
garnet).
➢ Celdas solares y módulos
fotovoltáicos: Sílice amorfo.
➢ Pantallas de cristal líquido.
http://www.redestelecom.es

36. MATERIALES INTELIGENTES
➢ Material que responde ante
estímulos como: temperatura,
esfuerzos, humedad, químico.
➢ Aleaciones con memoria de
forma: Nitinol Ni-Ti.
➢ Fluidos magnetorreológicos:
pinturas magnéticas.
➢ Vidrios fotocrómicos.
➢ Espejos de opacidad
automática.
https://grupoprocad.com/portada/2018/04/03/nuevos-
materiales-los-materiales-inteligentes/

37. MATERIALES ESTRUCTURALES
➢ Diseñados para soportar esfuerzos.
➢ Combinación de resistencia, rigidez
tenacidad bajo distintas condiciones
de carga y temperatura.
➢ Construcciones de edificios, puentes:
Acero, Concreto, Materiales
Compuestos.
➢ Automóviles: Acero, Vidrios,
Plásticos, Compuestos.

38. EFECTOS AMBIENTALES Y
DIVERSOS
➢ Temperatura.
➢ Corrosión.
➢ Fatiga.
➢ Rapidez de Deformación.

39. EFECTOS DE LA TEMPERATURA
El aumento en la temperatura
por lo general reduce la
resistencia de un material. Los
polímeros sólo son adecuados
a bajas temperaturas.
Algunos compuestos, como los
compuestos de carbono-
carbono, las aleaciones
especiales y las cerámicas,
tienen excelentes propiedades
a altas temperaturas.
ASKELAND, 2017

40. CORROSIÓN
➢ Los materiales puedes reaccionar con el oxígeno y otros
gases, a la intemperie y a altas temperaturas.
➢ Desarrollo de recubrimientos para protección.
https://www.ecured.cu/Corrosi%C3%B3n

41. FATIGA
El material es sometido a cargas dinámicas, las
repeticiones prolongadas de los ciclos de carga generan
grietas que conducen a la falla por fatiga
http://www.tecnoedu.com/Microscopios/MuestraMetales.php

42. RAPIDEZ DE DEFORMACIÓN
➢ Algunos materiales presentan
buena ductilidad si se tensionan
lentamente, y pueden ser
frágiles si se tensionan
rápidamente.
➢ La resina Silly Putty es un
plástico a base de Silicona que
presenta este comportamiento.

43. BIBLIOGRAFÍA
➢ ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David. MATERIALS: engineering, science,
processing and design. University of Cambridge, UK ButterworthHeinemann, first edition 2017.
Consultado: 13-04-2020. Engineering Science Processing and Design.
➢ ASKELAND Donald R, WRIGHT Wendelin J. Ciencia e Ingeniería de Materiales. Séptima edición,
Cengage Learning, 2017.
➢ CALLISTER, W. D., Rethwisch, D. G., Molera Solà, P., & Ballesteros, N. S. (2016). Ciencia e
ingeniería de materiales (Vol. 1). Reverté.
➢ GRANTA Design, Teaching Resources. Consultado: 13-04-2020
https://grantadesign.com/education
➢ NEWELL, J. (2010). Ciencia de materiales-aplicaciones en ingeniería. Alfaomega Grupo Editor.
➢ SMITH, W. F., Hashemi, J., Cázares, G. N., & González-Caver, P. A. 4ª edición
(2006). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales(pp. 1032-1032). México, DF:
McGraw-Hill.