Tema1 CM

Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005

Tema 1. Introducción a la Ciencia de Materiales
1.1. Materiales metálicos, poliméricos, cerámicos y compuestos. 1.2. Tipos de enlace. 1.3.
Estructura cristalina. Microestructura y textura. 1.4. Ensayos mecánicos.

1.1

Materiales metálicos, poliméricos, cerámicos y compuestos. Dentro de la

Ingeniería de Materiales se pueden distinguir cinco grandesgrupos de compuestos muy útiles y que
se producen en enormes cantidades: Metales, polímeros, cerámicas, vidrios y materiales
compuestos. Esta clasificación de materiales es un tanto arbitraria pero se basa principalmente en el
tipo de enlace predominante en el compuesto en cuestión como se verá más en el apartado próximo.
Así, los materiales cerámicos son principalmente iónicos, los materialespoliméricos tienen enlaces
covalentes dentro de las macromoléculas o polímeros y en los materiales metálicos el enlace es
metálico. Los vidrios son materiales iono-covalentes pero amorfos, es decir, no presentar orden de
sus constituyentes (átomos e iones) a larga distancia. Como ejemplos de materiales vítreos
derivados de la sílice son las ventanas, pantallas de ordenador y TV, etc. También hay otrostipos.
Materiales compuestos son aquellos que contienen dos tipos de materiales diferentes, generalmente
una parte covalente y otra iónica. Por ejemplo podemos destacar materiales compuestos formados
por una parte cerámica (generalmente óxidos) con uniones covalentes a un polímero o radical
orgánico. Se suelen utilizar mucho en la industria electrónica como recubrimiento de materiales
sensibles poruna capa orgánica hidrofóbica que impide el ataque.

Figura 1.1. Ejemplo de algunos materiales empleados en el cuerpo humano

En la figura 1.1 se detallan los diferentes tipos de materiales que se emplean en el cuerpo
humano. Por ejemplo se emplean cerámicas como el óxido de circonio y el óxido de aluminio en la
cabeza de las prótesis por su resistencia. El hidroxiapatito y el fosfato tricálcicose emplean en
recubrimientos debido a su bio-compatibilidad con buenas propiedades de reabsorción orgánica.
Los metales y aleaciones (combinaciones de metales con otros elementos, metálicos o no metálicos
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pero donde se mantienen las propiedades metálicas del elemento estructural) como aceros
inoxidables, aleaciones de cobalto, cromo, molibdeno,tántalo y titanio, se emplean principalmente
como elementos ortopédicos en sustituciones óseas debidos a sus buenas prestaciones mecánicas de
resistencia y su baja reactividad química frente a los fluidos orgánicos. Los polímeros artificiales y
los materiales poliméricos de origen natural (quitina, celulosa, colágeno) se utilizan en suturas,
tubos, implantes estéticos, válvulas cardiacas, pielartificial, etc. Dos ejemplos médicos dónde se
pueden observar los tres tipos de materiales son en las prótesis de caderas o en una reconstrucción
profunda de una muela. Las prótesis de cadera contienen una cabeza del material cerámico (que
sufre menos desgaste por rozamiento debido a su extremada resistencia al desgaste por fricción), un
clavo metálico (generalmente una aleación de titanio) con la que sesujeta al hueso y materiales
poliméricos para la unión de ambos. En el otro ejemplo (reconstrucción profunda de una muela)
después de la eliminación del nervio, y si la corona está muy dañada hay que colocar una funda de
porcelana. Para ello, se procede a la limpieza profunda del hueco interior de la muela y colocación
de un pequeño clavo de titanio que ayude a la sujeción de la funda. Una vezcolocado se fija con un
material compuesto basado en una pasta que bajo la acción de la luz ultravioleta polimeriza para
hacer de cemento, quedando el clavo fijo en el interior. Una vez tomadas las medida y construida la
funda de porcelana (material cerámico basado en silicatos de aluminio calentados a muy alta
temperatura y extremadamente resistente) se fija al clavo de titanio mediante el...