Materiales

T1.ESTRUCTURA Y MICROESTRUCTURA

1. Introducción

1.1. Antecedentes históricos

La capacidad de aprovechar y producir los materiales está relacionada con la evolución de las civilizaciones. Generalmente los recursos se encontraban en el entorno del hombre, como la tierra, (mezcla de arcilla, limos y arena), que aún se usa en construcción. Posteriormente el hombre descubrió técnicas paramejorar las propiedades de los materiales por tratamiento térmico o por la adición de sustancias.

Obtención del hierro

Hacia 1600 A.C., el hierro se obtenía mediante la combustión del carbón vegetal. Se introducían capas alternadas de mineral y combustible en hornos expuestos al viento, que más tarde adoptaron forma de tubo con entrada de aire. El producto tras horas de combustión erannódulos esponjosos, que se forjaban en caliente para obtener piezas compactas a la vez que se expulsaba la escoria en estado líquido.

El aprovechamiento de los materiales y su desarrollo ha sido posible gracias a los descubrimientos e invenciones técnicas:
- La utilización eficaz de la energía en la transformación de materiales.
- El desarrollo tecnológico de las revoluciones industriales(máquina de vapor, puentes, túneles).
- Las investigaciones de científicos como Galileo, Newton, Hooke, Young o Euler.
- El desarrollo de la física y la ingeniería, que han dado lugar a la Ingeniería de los Materiales.

1.2. Ciencia e ingeniería de los materiales

La ciencia de los materiales investiga la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. La estructura se relacionacon la disposición de sus componentes internos, implica a los electrones en los átomos, a la organización de átomos o moléculas entre sí. Tiende un puente entre las ciencias básicas y la ingeniería y arquitectura.

Mientras que la ingeniería de los materiales se basa en las relaciones propiedad-estructura y diseña la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado depropiedades.

¿Qué es un material?

Es la sustancia de la que algo está compuesto o hecho. Estudiamos los materiales para conocer sus propiedades y hacer una elección correcta de su aplicación. Algunos materiales no son sustancias uniformes, sino conformados por una estructura sofisticada como la madera o una aleación metálica. En los materiales compuestos es difícil dividir la estructura y losmateriales de los que están hechos.

La elección de un material no se basa solo en la resistencia mecánica, también en otros criterios:

1) Determinar las condiciones en las que el material prestará servicios.
2) Seleccionar las propiedades que debe reunir dicho material.
3) Prever la degradación durante su uso.
4) Analizar la variable económica, pues el material puede ser de un coste alto.1.3. Propiedades de los materiales

Un material está expuesto a estímulos externos que provocan respuestas. Las propiedades de los materiales se expresan en términos de tipo y magnitud de la respuesta a un estímulo específico, y son independientes de la forma y tamaño del material. Se agrupan en:

-Físicas: relacionadas con la densidad y la estructura porosa, en particular frente al ingresode agua.
-Térmicas: capacidad calorífica, conductividad térmica.
-Acústicas: relacionadas con el aislamiento al ruido aéreo y de impacto.
-Eléctricas: conductividad eléctrica frente a un estímulo que es un campo eléctrico.
-Ópticas: el índice de refracción y la reflectividad frente a la radiación lumínica.
-Mecánicas: relacionan la fuerza aplicada con la deformación, como la resistencia.-Magnéticas: propiedades frente a un campo magnético.
-Químicas: indican la reactividad química y compatibilidad entre materiales.

1.4. Clasificación de los materiales

Los materiales de edificación se clasifican en metálicos férricos y no férricos, pétreos, conglomerados, cerámicos, maderas, polímeros, compuestos y nanomateriales. Existe otro grupo, los materiales electrónicos, con...