Materiales

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA DE MATERIALES
1. Introducción El término material es sinónimo del sustantivo sustancia. Todas las cosas físicas que tienen masa están formadas por sustancias. Una sustancia se define como toda porción de materia que comparte determinadas propiedades intensivas (propiedades que no dependen de la cantidad de materia). Las sustancias pueden ser naturales oartificiales si cogemos una sustancia natural la manipulamos. En este tema nos vamos a centrar en sustancias sólidas y semisólidas (líquidos de gran viscosidad). 2. Tipos de materiales A la hora de clasificar los materiales existe mucha subjetividad. Así, podemos clasificar los materiales como orgánicos e inorgánicos, en aglomerantes y no... Desde el punto de vista de los libros más básicos de ciencia delos materiales, la clasificación sería: a) Materiales metálicos b) Materiales semi-metálicos o semiconductores. c) Materiales aislantes: c.1.) Polímeros. c.2.) Cerámicos, dentro de los cuales podrían meterse los vidrios. c.3.) Composites. 2.1. Materiales metálicos Desde el punto de vista químico un material metálico es una sustancia inorgánica compuesta de uno o más elementos metálicos, pudiendocontener algunos elementos no metálicos (un ejemplo es el acero que es una mezcla de hierro y carbono). Los materiales metálicos son buenos transportadores eléctricos, y además conducen bien el calor. También destacan por su peculiar brillo. La mayoría de los metales se caracterizan por tener una estructura cristalina, es decir, una disposición de los átomos de tal manera que se formen estructurasregulares que se trasladan a lo largo de todo el metal. Es importante destacar que amorfo y vítreo son prácticamente sinónimos. Así, los vidrios son amorfos. Hasta hace 30 años se pensaba que los metales era imposible encontrarlos en estado amorfo. Esto es debido a que si partimos del metal en estado líquido y lo solidificamos, este enfriamiento es un proceso lo suficientemente lento como para quelos átomos se ordenen y se forme el cristal. Sin embargo, si logramos llevar a cabo este enfriamiento a mayor velocidad que la de ordenación, lograríamos metales en estado amorfo. Esto se logra introduciendo impurezas en los metales puros.

MªCarmen Blanco Carrillo, Ciencia de los materiales I, Curso 08/09

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Un caso especial es el de algunos metales tales como el oro. Este metal, aunquese consiguiera enfriar lo suficientemente rápido como para obtenerlo en estado amorfo, inmediatamente cristalizaría, es decir, inmediatamente pasaría a una estructura de cristalina de menor energía. Sin embargo, el conductor Co (80%) y B (20%) de estructura amorfa es fácilmente conseguible dado que se necesitan 400ºC para que cristalice. Otra característica importante de los materiales metálicossu resistencia acompaña de ductilidad. También destacar su capacidad de formar aleaciones, las cuales pueden definirse como disoluciones sólidas. De manera general, los metales y aleaciones se suelen dividir en dos tipos: a) Metales y aleaciones férreas: contienen un alto porcentaje de hierro. b) Metales y aleaciones no férreas: carecen o contienen cantidades relativamente pequeñas de hierro. 2.2.Materiales semiconductores Hablar de semiconductores es tanto como hablar de los derivados del silicio, ya que el 95% de este tipo de materiales están basados en este elemento. El silicio puede considerarse prácticamente un aislante al paso de la corriente eléctrica. Sin embargo, al irlo dopando (añadiendo pequeñas cantidades de otro elemento), sus propiedades de transporte se transformanradicalmente. Además del silicio, el siguiente material semiconductor por excelencia es el germanio. El hecho de que se denominen semiconductores se debe a que a temperatura ambiente conducen mal la electricidad. Sin embargo, al ir aumentándola ofrecen menos resistencia, conduciendo mejor. Este comportamiento es justo el inverso al observado en materiales metálicos. Finalmente indicar que además del...