MATERIALES QUE USAN LOS INGENIEROS

LOS MATERIALES QUE USAN LOS INGENIEROS

(Publicado por primera vez en: Revista Universitaria-UABC, No. 44, octubre-diciembre 2003)


INTRODUCCIÓN

Desde el inicio de los tiempos, el hombre utiliza materiales naturales para la construcción de su hábitat y la ordenación de su entorno. La sociedad se ha ido organizando, desarrollando progresivamente el medio urbano, los monumentos, lasmurallas y las vías de comunicación, etc.
Han sido tan importantes los materiales en la vida del hombre que los historiadores han clasificado las primeras edades de la humanidad, según los materiales utilizados; así han surgido las edades de la Piedra, del Bronce y del Hierro.

Vemos cada día la aparición de materiales con propiedades extraordinarias tanto en el campo de la ingeniería, labiotecnología y la nanotecnología. La investigación y desarrollo de nuevos materiales constituye una actividad básicamente multidisciplinar que requiere el concurso de la Física, la Química y la Ingeniería y que en la actualidad ha adquirido unos niveles muy elevados de conocimiento tanto científico como tecnológico. Este hecho hace posible el diseño de materiales con composición y propiedades muyespecíficas que, en su caso, pudieran ser requeridos para el correcto desarrollo de las tecnologías emergentes (energía, comunicación, transporte, salud, medio ambiente, etc.).
Estas tecnologías modelarán el bienestar y progreso de los ciudadanos en las próximas décadas, al igual que ocurrió con los plásticos y semiconductores en los años cincuenta.
Podemos afirmar que en los albores del siglo XXI nosencontramos al comienzo de una nueva etapa marcada por el devenir de los nuevos materiales. Los cuales buscan mejorar el nivel de vida de la población, armonizar la relación con el medio ambiente o perfeccionar los sistemas productivos.
La extensión necesariamente limitada de esta publicación ha obligado a realizar una selección de los posibles temas y contribuciones que podrían cubrir un tematan amplio como el de los nuevos materiales.


MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS

Los cerámicos son materiales sólidos que no son ni metales ni polímeros aunque pueden tener elementos metálicos y orgánicos como constituyentes o aditivos. Los cerámicos se pueden presentar en forma amorfa, vítrea, mono cristalina, poli cristalina o combinaciones de algunas de ellas. Estos materiales tienen doscaracterísticas importantes: por un lado, su capacidad de resistir al calor y por otro, su resistencia al ataque químico, que son debidas sustancialmente a la fortaleza del enlace entre sus átomos.

Estas virtudes se deben a los fuertes enlaces que mantienen a los átomos constituyentes en sus posiciones de equilibrio. La naturaleza de esos enlaces añade también un inconveniente crítico: lafragilidad. Un material frágil no se deforma bajo carga. Esta desafortunada propiedad hace que la cerámica sea particularmente sensible a mínimas imperfecciones en su microestructura, las cuales sirven de puntos de iniciación de grietas. Por consiguiente, se han dedicado muchos esfuerzos de la investigación cerámica a desarrollar nuevos procesos que minimicen estos defectos microscópicos; y se ha insistidoen el diseño de nuevas composiciones y microestructuras que eviten el crecimiento de grietas.

Los recientes avances en el dominio de las cerámicas no sólo han permitido mitigar el problema de la fragilidad, sino que han proporcionado también un mayor control sobre aspectos de la composición y la Microestructura que gobiernan otras propiedades físicas. Tal control facilita el diseño demateriales cerámicos que satisfagan exigencias químicas, térmicas, mecánicas y eléctricas específicas, de las que ningún otro material pueden dar cuenta.

Las propiedades características de una cerámica derivan de su estructura, tanto en un nivel atómico como a una escala cuyo rango está comprendido desde unos pocos micrómetros hasta unos cuantos milímetros. En el nivel atómico hallamos, por lo que a...