GENERALIDADES

Generalidades
Los materiales se clasifican generalmente en 5 grupos que son: metales, polímeros, cerámicos, semiconductores y materiales compuestos. Esta clasificación es muy importante por que ayuda a generalizar y facilita la comprensión de ellos ya que se clasifican ya sea por sus propiedades o estructura.

Materiales puros:
Son aquellos que son tal y como se encuentran en la naturaleza sin sufrir un cambio o alteración. Su uso es limitado ya que son blandos o tienden a corroerse. Soportan una considerable cantidad de elementos en estado sólido o líquido. Por eso la mayor parte de los materiales metálicos comúnmente usados son mezclas de dos o más metales puros.

Aleaciones ferrosas y no ferrosas
Las aleaciones son productos homogéneos de propiedades metálicas de dos o mas elementos. Estas aleaciones pueden ser ferrosas y no ferrosas. Las aleaciones ferrosas son aquellas que contienen un porcentaje muy alto de hierro, como el acero o los hierros fundidos y las aleaciones no ferrosas son aquellas que carecen de hierro o tienen un bajo nivel de este. Las aleaciones ferrosas se dividen en tres grupos principales: Aceros simple que suelen clasificarse mediante los sistemas AISI y SAE los cuales usan una cantidad de cuatro o cinco dígitos. Los dos primeros se refieren a los dos elementos de aleación más importantes y los dos o tres últimos números indican el porcentaje de Carbono. Aceros inoxidables y Hierros fundidos (fundición de hierro blanco o gris, hierro dúctil, hierro maleable.
Los metales no ferrosos que mas se aplican en el ámbito industrial son el cobre y sus aleaciones: el aluminio, el plomo, el estaño y el cinc. El mercurio y el volframio, se aplican en ámbitos industriales muy específicos. Los demás metales es raro que se empleen en un estado puro, mas bien se presentan por medio de aleaciones como el níquel, el cromo, el titanio o el manganeso.
Tomando en cuenta su densidad, los metales no ferrosos se pueden clasificar en:Pesados: Cobre, plomo, cinc, estaño, níquel, cromo, mercurio, volframio, bronce.Ligeros: Aluminio, titanioUltraligeros: Magnesio

Materiales orgánicos e inorgánicos.
Los principales materiales orgánicos son la madera, el papel, el hule, la piel, la paja y derivados del petróleo entre otros. En los derivados del petróleo tenemos a los termoplásticos como pueden ser los polímeros, monómeros, etileno, metano, benceno, polietileno, entre otros.
Se consideran materiales inorgánicos aquellos en cuya estructura intervienen elementos metálicos y no metálicos. Los materiales inorgánicos se clasifican en varias familias generales de propiedades semejantes: los hidruros, las sales binarias, los óxidos, los ácidos oxigenados, las sales oxiacidas y las bases.
Otros ejemplos de materiales inorgánicos son: silicatos, vidrio, cemento.

Materiales cerámicos
Son compuestos quimicos que comprenden fases que contienen elementos metalicos y no metalicos. Son generalmente aislantes. Su comportamiento mecanico es poco predecible por eso sus aplicaciones criticas es muy limitado. Se clasifican en funcion de sus estructuras cristalinas.
Su clasificacion depende de la estructura. Puede tomar una de las siete principales patrones de acomodamiento cristalino. Estos estan relacionados con la forma en que se puede dividir el espacion en volúmenes iguales por superficies planas de interseccion y son: Cubico, Tetragonal, Ortorrombico, Monociclico, Triciclico, Hexagonal, Romboedral. Debido a la alta variedad de materiales ceramicos se agrupan en:1.-Vidrio: Cerámicos No Cristalinos.
2.-Materiales Cristalinos Simples: Sintéticos y Naturales.
3.-Productos Cerámicos diferentes del vidrio.




Unidad 2. Estructura de los materiales

Estructura cristalina y su relación con las propiedades
Primero se debe saber como están acomodados los átomos o iones que forman a los materiales en estado sólido. Si estos átomos o iones están de una forma ordenada y siguiendo un modelo establecido (posición, dirección y plano) que se repite en las tres direcciones del espacio se dice que es un material cristalino
Pero si los átomos o iones se encuentran de una forma aleatoria, sin seguir el orden establecido, se dice que es un material no cristalino o amorfo. Los elementos de la estructura son: estructura atómica, celda unitaria y micro estructura. Las estructuras cristalinas mas sencillas son: estructura cúbica centrada en el interior (cI), cúbica centrada en las caras (cF) y hexagonal compacta (hC). Pero también hay otros tipos como: tetragonal centrada en el interior (tI), cúbica primitiva (cP), monoclínica simple, monoclínica de cuerpos centrados, triclínica, rómbica, ortorrómbica simple, ortorrómbica de cuerpo centrado, ortorrómbica de extremos, ortorrómbica de cara centrada y tetragonal simple. (grafico en anexos). Las propiedades de los metales depende de su tipo de enlace ya sea:Ionico: resulta de la atracción mutua de las cargas positivas y negativas.
Covalente: los electrones estan compartidos.
Metalico: los electrones externos de valencia son atraidos por los núcleos de sus numerosos vecinos.
Enlace de Van der Waals: las moléculas estan conformadas por una columna dorsal o esqueleto de atomos de carbono enlazados en forma covalente y otros atomos como hidrógeno, nitrógeno, fluor, cloro, azufre y oxígeno, unidos lateralmente a otros atomos de carbono. (este enlace es especialmente importante en los plasticos y polimeros). Gracias a estos enlaces se tienen las propiedades de los materiales como su dureza, ductilidad, deformación, tenacidad, etc.



Materiales puros (metales)
Los metales, cuando estos están en su estado sólido, sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser reconocidas fácilmente por sus propiedades químicas, físicas o por medio de los rayos X. Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico. Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no obstante que se trata del mismo material, así por ejemplo en el caso del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tres diferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, la malla cúbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta. Otra de las características de los metales que influye notablemente en sus propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del calentamiento que sufrió el metal al ser calentado.
Aleaciones ferrosas y no ferrosas
Aceros Simples o de Bajo Carbono: Un Acero AISI 1040 es un Acero con 0.40% de Carbono, sin otros elementos aleantes. Igualmente un Acero SAE 10120 es un Acero que contiene 1.20 % de Carbono. Un Acero AISI 4340 es un Acero Aleado que contiene 0.40 % de Carbono. El 43 indica la presencia de otros elementos aleantes. Por lo general, los Aceros son tratados térmicamente para alcanzar la estructura y las propiedades adecuadas.
Aceros Inoxidables: Los Aceros Inoxidables se seleccionan por su excelente resistencia a la Corrosión. Todos los verdaderos Aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12 % de Cromo, lo que permite la formación de una delgada capa protectora de Oxido de Cromo cuando el Acero se expone al Oxígeno. Algunos contienen Níquel en una proporción menor.
Hierros Fundidos: Las fundiciones o Hierros Fundidos son aleaciones Hierro-Carbono-Silicio que por lo general contienen entre 2 y 4% de C, y entre 0.5 y 3% de Si.
Materiales orgánicos e inorgánicos
Los polimeros se estructuran por la union de miles de moléculas muy pequelas llamadas monomeros que unidas forman cadenas muy largars y de diferentes formas muy distintas. Algun ejemplo de las figuras que forman son de fideo, ramificaciones para todos lados, otras toman forma de escaleras de mano y algunas otras como redes tridimensionales, entre otras. Hay polimeros muy importantes hablando comercialmente, como el algodón, que esta conformado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la maderas y en los tallos de las plantas, que sirve para hacer telas y papel. Otro ejemplo de un polimero natural es la seda, que es muy apreciado, y es una poliamida semejante al nylon. La proteina del pelo de las ovejas, la lana, es un ejemplo mas de este tipo. El hule de los arboles de hebea y de los arbustos de Guayule, son tambien polimeros naturales muy importantes.
Pero la mayor parte de los polimeros que frencuentamos a la vida diara son materiales sintetizados con propiedades y aplicaciones variadas

Materiales cerámicos
Están formados por elementos de diferente electronegatividad. Normalmente son de enlace ionico y por lo tanto se mantienen electronegativos. Pero tambien pueden existir enlaces covalentes. Existen dos características que de los materiales ceramicos que determinan la estructura cristalina: el valor de la carga eléctrica de los iones componentes y los tamaños relativos de los cationes y aniones.







Unidad 3 Propiedades de los materiales
Las propiedades de los materiales se determina gracias a su estructura. La estructura eléctronica de un átomo determina la naturaleza de los enlaces atómicos que a su vez determina las propiedades de un material.

Eléctricas
Conductividad: Los materiales conduciran cargas electricas cuando esten colocados en un campo electrico.Constante dieléctrica: es la relación de la permisividad del material con la permisividad en el vacío.
Resistencia dieléctrica: Es el campo dieléctrico máximo que puede mantener un material entre conductores.
MagneticasMomento magnetico: Intensidad de campo magnético asociado con el electrón.Permeabilidad magnetica: El material amplifica o debilita el efecto del campo magnético.Magnetización: Representa el incremento en la inducción magnética debida al material del núcleo.Susceptibilidad magnetica: Es la relación entre la magnetización y el campo aplicado, proporciona la amplificación dada por el material.
Térmicas
Las propiedades termicas son aquellas en las que el calor esta en juego y altera las capacidades del material. Ejemplo de esto son:Capacidad calorifica: es el cambio contenido de calor por ºC.Expansion termica: es la expansion que se produce durante el calentamiento.
Conductividad termica: es la transferencia de calor a traves de los solidos.

QuímicasDentro de las propiedades químicas hay dos tipos:ácidas: son aquellas que producen efervescencia al tener contacto con los materiales como el cinc, aluminio, etc.básicas: son aquellas que son resbalosas y jabonosas al tacto y pierded sus propiedades al estar en contacto con los acidos.
MecánicasLas mecanicas son aquellas que se realizan cuando un material se le es ejercido una fuerza. El material ejercido provoca una reaccion usando sus propiedades como:Deformación: Valor de alteración por unidad de longitud.Resistencia: Medida del nivel de esfuerzo necesario para provocar la ruptura del material.Ductilidad: Identifica el valor de la deformación en la ruptura.Tenacidad: Cantidad de energia absorbida por un material durante su ruptura.


Unidad 4. Aplicaciones de los materiales
Saber la aplicación de los materiales es muy importante, aquí deja mas claro cada tipo de material y su importancia para la vida y el beneficio del hombre.
Industria básica y extractiva
La industria basica se puede clasificar por tamaño y por producto y la de tamañp en producción masiva, moderada y limitada. La aplicación viene siendo en su producto mas que nada por que aquí hay una mayor accion y manejo de los materiales. Citando solamente algunos ejemplos de la clasificacion por producto tenemos manufactura electrica (plasticos y ceramicos), industria automotriz (metales), etc.

Industria metal mecánica
Los materiales que se aplican en esta industria son para fin de fabricación, instalación y mantenimiento. Los mas comunes son los metales y no metales para poder llevar a cabo los procedimientos que sean necesario para lograr estos fines.
Uno es estos metales que ayuda a facilitar el trabajo del hombre es el aluminio por que es muy blando es muy facil de manejar y es facil de alear con otros metales de uso industrial, logrando las aleaciones ligeras que son mas duras, con mayor resistencia y facilidad para la practica de la mecanica.
Otro material muy utilizado es el cromo ya que reduce la oxidación y aliandolos con otros materiales se fabrican herramientas que ayudan al trabajo del hombre.

Fabricación de componentes electrónicos y eléctricos
Las aplicaciones importantes para la fabricación de este son los plasticos para cubrir los cables electricos, aisladores de ceramica que se utiliza para las lineas de tranmision de alto voltaje. Con estos materiales se fabrican aislantes y capacitores electricos, que estos después son utlizados para la fabricación de nuevos productos, instalaciones, servicios, entre otras cosas.

Industria de la construcción
La madera es el material mas usado para este tipo de industria. Pero la clasificacion que mas abarca esta aplicación son los ceramicos ya que se emplean para el mejoramiento o satisfacción del hombre que lleva a cabo. Aplicandose en mezclas para endurecer y perfeccionar la obra. La madera comúnmente es utilizada para puertas, marcos, ventanas entre otras cosas sencillas. El cobre tambien es muy utilizados para fabricar las tuberías, ductos y calderas. Los vidrios serian aplicados para las ventanas o puertas.
Agroindustria
En este tipo de industrias la aplicación es para los materiales puros como el agua. Tambien es necesario informar que se usan sustancias organicas e inorganicas como insecticidas para el mejoramiento de las agroindustrias. Mas que nada son procesos quimicos y los materiales metalicos, polimeros y ceramicos son aplicados para la transportación, conservación o para facilitar el trabajo del hombre.