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CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES


1.1 Antecedentes Históricos

Los materiales son sustancias de las que cualquier cosa o producto esta compuesto. Los materiales han sido usados desde comienzos de la civilización con el fin de mejorar el nivel de vida. La figura 1.1 esquematiza la evolución de los materiales de ingeniería a lo largo de los años. Como losproductos están fabricados a partir de materiales, estos se encuentran en todas partes alrededor nuestro. Los más comúnmente encontrados son: madera, hormigón, ladrillo, acero, plásticos, vidrios, cauchos, aluminio, cobre y papel.
Nuestro país es caracterizado por obtener minerales desde yacimientos mediante procesos metalúrgicos (cobre y acero principalmente), donde el mineral es extraído yposteriormente refinado para luego ser exportado como materiales primarios a países desarrollados capaces de manufacturar nuevos diseños (figura 1.2).

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Figura 1.1 La evolución de los materiales en ingeniería.

1.2 Tipos De Materiales

La gran diversidad de materiales de los que disponen los ingenieros se pueden dividir en cinco categorías (tabla 1-1).
Los materiales de cada uno de estosgrupos poseen estructura y propiedades distintas. La diferencia en resistencia que se comparan en la figura 1.3 ilustra la amplia gama de propiedades disponibles.
Las tres primeras categorías pueden asociarse con tipos distintos de enlazamiento atómico. La cuarta categoría, de los materiales compuestos, implica combinaciones de dos o más materiales pertenecientes a las tres primeras categorías.Estas cuatro categorías son de los materiales estructurales. El quinto tipo de materiales, semiconductores, es una categoría aparte, la de los materiales electrónicos que se distinguen por su conductividad eléctrica única e intermedia.

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Figura 1.2 El ciclo de los materiales.


1. Materiales metálicos Estos materiales son sustancias inorgánicas compuestas de uno o más elementosmetálicos, pudiendo contener también algunos elementos no metálicos (carbono, nitrógeno, oxígeno). Los metales y sus aleaciones, incluyendo acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre y níquel, generalmente tienen como característica una estructura cristalina en la cual los átomos están dispuestos de manera ordenada, además, de una buena conductividad eléctrica y térmica, una resistenciarelativamente alta, una alta rigidez, ductilidad o conformabilidad y resistencia al impacto. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga. Aunque en ocasiones se utilizan metales puros, las combinaciones de metales conocidas como aleaciones proporcionan mejoría en alguna propiedad particularmente deseable o permite una mejor combinación de propiedades.

2. Materialespoliméricos Producidos mediante un proceso conocido como polimerización. La mayoría están formados por largas cadenas de moléculas orgánicas o redes, estructuralmente la mayoría no son cristalinas, pero se pueden encontrar mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas.
Los polímeros incluyen el hule, los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Los polímeros tienen bajas densidades, bajaconductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y no son adecuados para utilizarse a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los cuales las largas cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductilidad y conformabilidad. Los polímeros termoestables son más resistentes, aunque más frágiles porque las cadenas moleculares están fuertemente enlazadas. Lospolímeros son la base de la pintura, caucho y las industrias de fibra sintética, incluyendo dispositivos electrónicos. Además, es utilizado como elemento alternativo para la industria automotriz (figura 1-4).

3. Materiales cerámicos Son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente, pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos....