Resumen Para Final

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    31-Dec-2014

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La ciencia de materiales trata las relaciones entre la sntesis y procesamiento, la estructura y las propiedades de los materiales un La estructura del material se refiere al arreglo atmico o de los iones en el mismo. La ingeniera de materiales se enfoca hacia como convertir o transformar los materiales en dispositivos o estructuras tiles. *Clasificacin de materiales: *1) Metales y aleaciones: (Son inorgnicos) Ejemplos: aceros, aluminio, zinc, nquel, titanio, etc. Los metales y las aleaciones tienen buena resistencia, buena ductilidad y buena maleabilidad. Adems tienen buena conductividad elctrica y trmica. *2) cermicos (Son inorgnicos) Ejemplos: porcelanas, refractarios Se compone generalmente por un elemento metlico y un no metlico. Se caracterizan por tener un alto punto de fusin, tienen una elevada dureza, gran resistencia a la compresin, no son buenos conductores de calor (de ah su alto punto de fusin) ni de la corriente elctrica. Son frgiles mecnicamente.

*3) polmeros (orgnicos) Ejemplos: elsticos, cauchos, adhesivos, etc... Los polmeros estn formados por grandes cadenas. Debe diferenciarse del trmino polmero del trmino prctico; un plstico es un material polimrico que contiene otros aditivos. Los polmeros tienen una resistencia relativamente baja; sin embargo, su relacin de resistencia a peso es muy favorable. No son adecuados para usos a altas temperaturas. Tienen una resistencia a la corrosin muy buena y, como los cermicos, forman buenos aislamientos elctricos y trmicos. Los polmeros pueden hacerse dctiles o frgiles, dependiendo de su estructura, temperatura y rapidez de deformacin. *4) semiconductores Ejemplos: silicio, Germanio, arsenurio de galio.

Los materiales semiconductores poseen una conductividad elctrica intermedia entre la de los aisladores cermicos y los conductores metlicos. *5) materiales compuestos. Ejemplos: concreto, madera terciada, fibra ptica. Los materiales compuestos se obtienen a partir de muchas clases de materiales con el objetivo de combinar propiedades mecnicas y fsicas que en forma nica no pueden encontrarse en un solo material. Las propiedades de los materiales dependen de la temperatura, nivel y tipo de esfuerzo aplicado, rapidez de deformacin, oxidacin y corrosin, y otros factores ambientales.

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* Estructura atmica Tanto la composicin como la estructura del material tienen una influencia profunda sobre sus propiedades y su comportamiento. La estructura de los tomos afecta los tipos de enlace que mantiene unidos a los materiales; estos tipos de enlace afectan en forma directa la aptitud de los materiales en las aplicaciones ingenieriles en el mundo real. La estructura de los materiales se puede dividir en: 1) macroestructura: la macroestructura es la estructura del material a nivel macroscpico donde la escala de longitud es aproximadamente >1000 Nm . la escala de longitud es una longitud o intervalo de dimensiones caractersticas dentro de la cual se describen las propiedades de un material o los fenmenos que suceden en los materiales. Entre las propiedades que constituyen la macroestructura estn la porosidad, los recubrimientos superficiales y las microgrietas internas y externas. 2) microestructura: estructura del material a una escala de longitud de aproximadamente 10 a 1000 Nm. La micro estructura comprende propiedades como el tamao promedio de grano, la distribucin y orientacin de los granos y otras propiedades relacionadas con la defectos en los materiales. 3) la nanoestructura: estructura del material a una escala de longitud de aproximadamente 1 a 100 Nm. Ejemplo: las partculas de nanotamao(5 a 10 Nm) de xido de Hierro, se usan en ferrofluidos o imanes lquidos. 4) arreglos atmicos de corto y largo alcance: Un examen detenido del arreglo atmico permite distinguir entre materiales amorfos o cristalinos. Los materiales amorfos carecen de un orden de largo alcance de los tomos o iones; es decir que tienen slo arreglos atmicos de corto alcance. Los materiales cristalinos tienen arreglos geomtricos peridicos de tomos o iones y son de corto y largo alcance. En los arreglos atmicos de corto alcance, los tomos o iones muestran determinado orden slo dentro de distancias relativamente de cortas. Para los materiales cristalinas el orden de largo alcance es un arreglo tridimensional que se repiten a lo largo de distancias mucho mayores(desde aproximadamente 100 Nm hasta algunos centmetros).

* Enlaces atmicos *energa de enlace: El valor mnimo de energa de unin, es decir la energa mnima requerida para crear o romper el enlace. Cuando la energa de enlace crece, crece tambin la resistencia y temperatura de fusin. El punto de fusin se entiende por la energa que hace falta para romper el enlace por mol de masa. 1)enlace metlico: se produce entre elementos metlicos. Los tomos de elementos con baja electronegatividad ceden sus electrones de Valencia, lo que resulta la formacin de un mar de electrones. Mientras ms densa sea la nube es menor el movimiento atmico. Caractersticas: -no es direccional -se comparten electrones -reflejan la luz -se pueden producir deformaciones permanentes sin producir la rotura (ductilidad) -son buenos conductores de electricidad y trmicos -tienen un mdulo de Young relativamente alto(elasticidad) -generalmente tienen altos puntos de fusin.

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2) enlace inico: generalmente se da entre un metal y un no metal.

El metal gana electrones y el no metal pierde electrones La diferencia de electronegatividad es >= 1,8 El tomo que aporta los electrones queda con una carga positiva neta y se llama catin; mientras que el tomo que acepta electrones queda con carga negativa y se llama anin; entonces los iones comprar dado muestras sern atrados entre s y producen el enlace inico. Caractersticas: -En General tienen alto punto de fusin y de alta energa de enlace -es un enlace, no direccionado, o sea, puede tener varias direcciones -los materiales con enlace inico tienden a ser mecnicamente fuertes y duros, pero frgiles -estos materiales suelen ser aislantes elctricos aunque en algunos casos su microestructura se puede adaptar para obtener una conductividad inica apreciable. 3)enlace covalente: el enlace covalente se forma entre dos tomos cuando cada uno cede el electrn que se necesita en la formacin de enlace. La diferencia electronegatividad es < 1,8 Caractersticas: -los enlaces covalentes son muy fuertes, con lo que los materiales con ese enlace son muy resistentes y duros como por ejemplo el diamante o el carburo de silicio. -puntos de fusin muy altos -fuertemente direccionado por lo que la ductilidad es reducida -alta energa de enlace -no son buenas conductores de la electricidad ni trmicos. Los enlaces metlicos, inicos y covalentes son enlaces fuertes y se los denomina primarios. * Enlace de van der walls: Es un enlace secundario formado entre tomos y molculas, como consecuencia de la interaccin de dipolos ya sean inducidos o permanentes. El enlace es por atraccin electrosttica. *arreglos atmicos En los distintos estados de la materia se pueden encontrar 4 clases de arreglos atmicos o inicos: 1) sin orden: los gases monoatmicos como el argn o el plasma que se forma en el tubo fluorescente, los tomos o los iones no tienen un arreglo ordenado. 2) cristales lquidos: son materiales polimricos que tienen una orden especial. Es cierto estado se comportan como materiales amorfos; pero cuando se les aplica un estmulo externo (un campo elctrico o un cambio de temperatura) algunas molculas se alinean y formas pequeas regiones cristalinas. 3) orden de corto alcance: si el arreglo especial de los tomos slo se extiende a su vecindad inmediata. Toda material que muestra un ordenamiento de corto alcance es un material amorfo. Los materiales amorfos tienden a formarse cuando la cintica de proceso de obtencin de los mismos no permiti la formacin de arreglos peridicos. Por ejemplo el vidrio, con el llamado proceso de vidrio flotado, se funden varios ingredientes, en este proceso Se agregan otros xidos a la slice para bajar la temperatura de fusin, porque aun a 1400C, la slice pura fundida es muy viscosa para el proceso. El vidrio fundido flota sobre un bao de estao fundido. Al solidificarse, los tetraedros de (sio4)4- que an hay en el vidrio fundido, no tienen oportunidad de formar un arreglo peridico regular. 4) orden de largo alcance: se ve en la mayora de los metales y aleaciones, semiconductores, cermicos y algunos polmeros. El arreglo atmico especial abarca escalas de longitud mucho mayores de aproximadamente >100Nm. Los tomos o los iones en esos materiales forman un patrn repetitivo, semejante a una red en 3 dimensiones, a esos materiales se les llama cristalinos. Si un material cristalino est formado por un solo cristal se dice monocristal. Un material policristalino est formado por muchos cristales pequeos con diversas orientaciones en el espacio. Estos cristales ms pequeos se llaman granos; los bordes entre los cristales se llaman lmites de grano.

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* Estructuras cristalinas: El concepto de red se usa para describir los arreglos de tomos o iones. La unidad mnima que por repeticin translacional puede generar todo el cristal, se denomina CELDA UNIDAD. La celda unitaria es la subdivisin de una red que sigue conservando las caractersticas generales de toda la red. Al apilar celdas unitarias idnticas se pueden construir toda la red. hay 7 arreglos cbicos de llamados sistemas cristalinos: La celda unidad se define mediante las longitudes de 3 ejes a, b y c (ejes de coordenadas) y los ngulos entre ellos alfa, beta y gamma.

Cbico: todos los lados iguales. ngulos alfa, beta y gamma todos de 90 grados. Tetragonal: 2 lados iguales y uno distinto. ngulos alfa, beta y gamma todos de 90 grados. Ortorrmbico: todos los lados distintos. ngulos alfa, beta y gamma todos de 90 grados. Rombodrico: todos lados a, b y c iguales. 2 ngulos iguales y no igual a 90 grados. Hexagonal: 2 lados iguales y uno di