Materiales

Diseño de materiales Gracias al enorme avance científico experimentado en el último siglo en el área de la física y la química, pilares de la ciencia de los materiales, por primera vez es posible diseñar y construir materiales con propiedades determinadas, para fines específicos. La historia de la civilización, muestra los esfuerzos hechos por la humanidad para aprovechar las materias primas quele brinda la naturaleza y ocuparlas en su beneficio.y obtener materiales con cada vez mejores propiedades para su uso en construcción, ingeniería, confección de artefactos domésticos. Edad de Piedra  Edad del Bronce  Edad del Hierro. La moderna Edad del Acero (siglo XIX), y en la actualidad la Edad del Silicio, a partir de 1960. Este proceso de búsqueda de materiales con determinadas propiedadesmecánicas, térmicas, eléctricas, magnéticas u ópticas, ha transitado desde una etapa inicial (material encontrado en su estado natural) hasta una etapa actual de procesamiento y elaboración mediante técnicas muy sofisticadas, sustentadas en el conocimiento y estudio sistemático tanto en el plano experimental como teórico.

Se aprendió a distinguir distintos elementos y a combinarlos entre sípara producir materiales con mejores propiedades, de acuerdo a las necesidades. Esto permitió obtener reglas empíricas de mezclas y métodos de producción. Estas reglas empíricas, a su vez, sirvieron como base para desarrollar las teorías científicas en el campo de la física y de la química que constituyen los pilares fundamentales de la actual ciencia de los materiales.

Actualmente es posibleplantearse y resolver en forma científica el problema de diseñar, elaborar y construir un material con características específicas.

¿Es posible, a partir del conocimiento de los 110 elementos que forman la tabla periódica, de las leyes que rigen a cada unos de esos átomos y sus reglas de combinación, diseñar un material que tenga una densidad de 3.0 g/cm3, que sea aislante, de color azul y quesea más duro que el diamante? Las escalas de tamaño: de lo macroscópico a lo electrónico Quien trabaje en el área de materiales debe ser capaz de predecir en forma confiable el comportamiento de éstos en una amplia escala de tamaños y tiempos.

Consideremos un ejemplo concreto: Un poste metálico que soporta una antena. De este poste nos gustaría conocer o calcular, propiedades macroscópicasgenerales, tales como su resistencia mecánica, su flexibilidad, los cambios que sufre debido a la temperatura y el tiempo que puede resistir una determinada fuerza externa. Además interesa conocer propiedades tales como la resistencia a la corrosión o su actividad química, que dependen directamente de cuales y cómo están dispuestos los átomos y moléculas que componen el poste; es decir, propiedades aescala atómica.

Así, para conocer las propiedades de un material en su conjunto, necesitamos estudiarlo en sus distintas escalas de tamaño y de tiempo

Cálculo de las propiedades físicas El nivel continuo o macroscópico se refiere a dimensiones de escala humana: metros y segundos. En esta escala un material se considera como una sustancia homogénea, continua, cuyas propiedades son laexpresión macroscópica de agregados más pequeños. Las leyes que rigen acá son las de la física clásica, por ejemplo las teorías de hidrodinámica y elasticidad. Es en este nivel macroscópico en el cual trabajan las diferentes disciplinas convencionales de la ingeniería, ya sea mecánica, eléctrica o civil.

Dimensiones microscópicas Si ahora ponemos una lupa con aumento de unas 10 000 veces sobre estapared veremos que ella está formada por granos de dimensiones microscópicas (10-6 m), que aunque están uniformemente distribuidos, el orden se ve interrumpido por irregularidades tales como grietas, bordes de granos, dislocaciones u otro tipo de defecto.

Estos granos tienen dinámica propia y su ordenamiento resulta de fundamental importancia para ciertas propiedades del material, tales como la...