HISTORIA DE LOS MATERIALES

1. Historia de los materiales
Introducción a la M. Bizarro

2. Edad de piedra (hasta ~3000 A.C.)
• El hombre primitivo desarrolló una gran
destreza para crear armas punzo-
cortantes, tales como cuchillos, flechas y
lanzas, para defenderse de las bestias.
• El hombre del neolítico descubrió que la
arcilla (barro) se ablandaba al mezclarse
con agua, y se endurecía al secarse.
Este ciclo de ablandamiento-
endurecimiento se podía repetir una y
otra vez al ir añadiendo agua. Cuando
se introducían los bloques de arcilla
húmeda dentro de una hoguera por un
determinado tiempo, éstos quedaban
permanentemente endurecidos al
enfriarse y eran resistentes al agua.
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Ciencia de Materiales
M. Bizarro

3. Edad del cobre:
orígenes de la metalurgia (5000 a 1500 A.C.)
• El hombre neolítico descubrió que el cobre
natural podía ser suavizado al calentarlo, y
endurecido al deformarlo mediante martilleo.
• El cobre desplazó progresivamente a la piedra
y se posicionó como el material preferido por
el hombre para la fabricación de herramientas
y objetos ceremoniales.
• Sin embargo, una vez que el cobre natural
escaseó, el hombre se vio obligado a poner su
atención en los metales contenidos en los
minerales.
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4. Edad de bronce:
desarrollo de aleaciones (2000 – 0 A.C.)
• Los metales puros eran demasiado suaves para ser
empleados como armas.
• Descubrieron que al mezclar mineral de estaño y mineral
de cobre, previo al proceso de fundición, el producto
resultante presentaba ventajas significativas en relación
con todos los metales conocidos hasta entonces.
• El nuevo material era:
– Más fácil de fundir que el cobre
– Podía fluir más fácilmente dentro de los moldes (sin
burbujas de gas)
– Se endurecía más rápido después de ser vaciado
– Podía endurecerse más mediante el martilleo.
→ Bronce: metal idóneo para la fabricación de armas
• El hombre primitivo descubrió, desarrolló y perfeccionó
las técnicas que permiten producir metales con
propiedades sustancialmente diferentes a las de sus
constituyentes individuales; es decir, inventó las
aleaciones.
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5. Edad de hierro (1000 A.C. – 1950 D.C.)
• “Hierro bueno” → Inventado accidentalmente por los
hititas (Turquía)
• Se calentaba el hierro dentro de un horno de carbón,
se martillaba la pieza para compactarla y se removía
el óxido producido, repitiendo el procedimiento varias
veces.
• Durante el calentamiento en el horno, los átomos de
carbono se difundían hacia el interior del hierro,
¡produciendo acero de bajo carbono!
• Nunca se descubrió que el carbono era el
responsable del “hierro bueno”, sino hasta 1774 d.C.
(¡casi 3 mil años después!).
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6. Revolución industrial Siglo XVIII
• Mano del hombre desplazada por máquinas
(construidas casi totalmente de hierro).
• La metalurgia cobró nuevos horizontes
• Desarrollo de medios de transporte (ferrocarril y
barcos de vapor)
• El hierro y el acero se utilizaron en la construcción
de puentes
• Se facilitaron las travesías comerciales entre las
sociedades a lo largo de nuevos canales de
navegación y carreteras.
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7. Desarrollo de la ciencia de
materiales
• Por muchos siglos el desarrollo de la
ciencia de los materiales fue muy lenta.
• A finales del siglo XIX hubo avances
notables que contribuyeron a su
desarrollo:
» Descubrimiento de los rayos X y su
aplicación
» Tabla periódica de los elementos
» Conocimiento de la estructura cristalina de
los materiales
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8. ¿y en la actualidad?
• Era del Silicio?
 Todos los
componentes
electrónicos
• Era de los polímeros?
 Todos los plásticos
incluyendo fibras
textiles
Fue hasta años recientes que los científicos lograron
entender la relación entre los elementos estructurales de los
materiales y sus propiedades. A partir de entonces se
desarrollaron miles de materiales.
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9. Es importante estudiar la
estructura atómica de los
elementos para entender sus
propiedades.
Un mismo elemento puede presentar
características muy distintas… por
ejemplo:

10. Elemento: Carbono
Grafito DiamanteAmorfo
Fulereno
Nanotubos

11. ¿Qué son la Ciencia y la Ingeniería
de Materiales?
• La ciencia de los materiales investiga la
relación entre la estructura y las propiedades de
los materiales.
• La ingeniería de los materiales se fundamenta
en las relaciones propiedades-estructura y
diseña o proyecta la estructura de un material
para conseguir un conjunto predeterminado de
propiedades.
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12. Clasificación de los materiales
• Por su cristalinidad
• Por sus propiedades
Amorfos
Cristalinos
Desorden atómico
Orden a largo
alcance
Metálicos
Cerámicos
Polímeros
Semiconductores
Materiales compuestos
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13. Desarrollo de materiales
Propiedades
Método de elaboración
Estructura
APLICACIÓN
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14. 1. Elegir Aplicación Determina las Propiedades requeridas
2. Propieades Identificar el Material(es) candidato
3. Material Identificar el procesamiento requerido
Procesamiento: cambia estructura y forma general
ej: fundición, sinterizado, depósito por evaporación, dopaje
forjado, tratamientos térmicos.
Propiedades: mecánicas, eléctricas, térmicas,
magnéticas, ópticas, deteriorativas.
Material: estructura, composición.
Proceso de selección de materiales
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15. ej: dureza vs estructura del acero
• Propiedades dependen de la estructura
Data obtained from Figs. 10.30(a)
and 10.32 with 4 wt% C composition,
and from Fig. 11.14 and associated
discussion, Callister 7e.
Micrographs adapted from (a) Fig.
10.19; (b) Fig. 9.30;(c) Fig. 10.33;
and (d) Fig. 10.21, Callister 7e.
ej: estructura vs velocidad de enfriamiento del acero
• Procesamiento puede cambiar la estructura
Estructura, Procesamiento, Propiedades
Hardness(BHN)
Cooling Rate (ºC/s)
100
200
300
400
500
600
0.01 0.1 1 10 100 1000
(d)
30µm
(c)
4µm
(b)
30µm
(a)
30µm
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16. Técnicas para caracterización de
materiales
• Eléctricas
• Mecánicas
• Térmicas
• Magnéticas
• Ópticas
SEGÚN SUS PROPIEDADES
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17. • La importancia de los materiales ha sido
crucial a lo largo de la historia.
• El desarrollo de nuevos materiales ha
permitido un aumento en el nivel de vida
del hombre y ha superado sus
expectativas en un gran número de áreas.
• Estudio de materiales →
NUEVOS HORIZONTES
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M. Bizarro
F. M. Sánchez