La ciencia de los materiales estudia cómo la composición y estructura de los materiales afectan sus propiedades a través de diferentes escalas. Los científicos de materiales desarrollan nuevos materiales y procesos de fabricación para controlar las propiedades mediante la síntesis y el procesamiento. La formabilidad de un material depende de sus propiedades y las condiciones de deformación, y no puede predecirse por un solo ensayo. En la producción de semiconductores, el dopaje agrega impurezas controladas para cambiar las propiedades

1. ¿Qué es la ciencia de los
materiales?

2. a. La ciencia e ingeniería de materiales (CIM), es un campo de
interdisciplinario de la ciencia e ingeniería que estudia y manipula
la composición y la estructura de los materiales a través de
escalas de longitud para controlar las propiedades de los
materiales a través de la síntesis y el procesamiento.
b. El termino composición se refiere a la constitución química de
una material.
c. El termino estructura se refieres a la descripción del arreglo de los
átomos, como se observa a diferentes niveles de detalle.
d. Los científicos e ingenieros de materiales no solo tratan con el
desarrollo de materiales, si no también con la síntesis y el
procesamiento de materiales y los procesos de fabricación
relacionados con la producción de componentes.
e. El termino “sintesis” se refiere a como se fabrica materiales a
partir de sustancias químicas de estado natural o hechas por el
hombre.
f. El termino “procesamiento” se refiere a como se transforma
materiales en componentes útiles para cuásar cambios en las
propiedades de diferentes materiales

3. En la ingeniería de materiales, el enfoque es en como convertir o transformar
los materiales en dispositivos o estructuras útiles.

4. Desempeño:
¿Cuál es la razón resistencia densidad?
¿Cuál es la formabiliadad?
¿Cómo esta relacionada con la resistencia a los impactos del vehículo?
¿Cuál es el costo de fabricación?
Microestructura:
¿Qué características de la estructura limitan la
resistencia y la formabilidad?
¿Qué controla la resistencia?
Composición:
¿Basado en hierro?
¿Basado en aluminio?
¿Qué elementos de aleación deben utilizarse?
¿En que cantidades?
Sintesis y procesamiento:
¿Cómo puede controlarse la preparación de
acero de tal manera que provea un nivel?
¿Cómo puede formarse el chasis de
automóviles aerodinámicos?
Ejemplo de aplicación del tetraedro del acero.

5. Desempeño/costo:
¿Cuál son las características eléctricas?
¿Qué tan robusto son los dispositivos?
¿Cuál es el costo de fabricación?
¿Cómo se compara este con los dispositivos basados en silicio?
Microestructura:
¿Cómo controla la conductividad la naturaleza
del enlace?
¿Qué controla la resistencia?
Composición:
¿Qué polímeros pueden utilizarse?
¿Cuántos dopantes pueden utilizarse para
controlar el nivel de conductividad?
Síntesis y procesamiento:
¿Cómo pueden fabricarse películas delgadas?
¿Cómo se pueden conectar los diferentes
dispositivos entre si?
Ejemplo de aplicación del tetraedro de los diodos emisores de luz (polímeros semiconductores).

6. Clasificación de materiales.
Existen varias formas de clasificar los materiales :
1. Metales y aleaciones.
2. Cerámicas y vidrios
3. Polímeros
4. Semiconductores
5. Compuestos

7. Metales y aleaciones
Cobre
Hierro
Acero
Ejemplo de utilización
Alambre conductor
Bloques de motores
Llaves inglesas
Propiedades
Coductividad eléctrica alta.
Moldeable, maquilable.
Endurecimiento significativo.
Ceramicas y Vidrios
SiO2-Na2O-CaO
Al2O3,MgO, SlO2
Titanato de bario
Silice
Ejemplo de utilización
Vidrios de ventanas
Refractarios para calor
Capacitores para microelectrónica
Fibras Ópticas
Propiedades
Ópticamente transparente.
Aislantes térmicos
Alta capacidad de
almacenamiento de carga
Índices de refracción.
Polímeros
Pollietileno
Epoxi
Ejemplo de utilización
Empaquetamiento de alimentos
Encapsulación de circuitos integrados
Propiedades
Fácilmente convertible a
películas delgadas.
Aislante
Semiconductores
Silicio
GaAs
Ejemplo de utilización
Transistores y circuitos integrados
Sistemas optoelectrónicas
Propiedades
Comportamiento eléctrico único
Convierte señales eléctricas en
luz
Compuestos
Grafito-epoxi
Carburo de tungsterio-cobalto
Componentes para aviones
Herramientas de corte de carburo
Razón resistencia-peso
Dureza alta

8. Los materiales en cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas.
Algunos conceptos:
a. Esfuerzo: se refiere a la carga o fuerza por unidad de área.
b. Deformación unitaria: se refiere a la elongación o cambio de dimensión, dividido entre la dimensión
original.
c. La aplicación del esfuerzo ocasiona la deformación.
d. Si la deformación desaparece después de que se quita la carga o el esfuerzo aplicado, se dice que la
deformación es elástica.
e. Si la deformación permanece después de quitar la caga se dice que la deformación es plástica.

18. Efectos ambientales y
diversos.
Las relaciones estructurales-propiedad
en los materiales fabricados en
componentes con frecuencia están
influenciados por el entorno al que el
material esta sometido durante su uso.
Esto puede incluir la exposición a altas o
bajas temperaturas, esfuerzos cíclicos,
impactos súbito, corrosión u oxidación.

19. Temperatura
Los cambios de temperatura alteran de manera drástica las
propiedades de los materiales.
Los metales y las aleaciones que se han endurecido por
medio de ciertos tratamientos térmicos o técnicas de
formación perderán su resistencia cuando se calientan.
Las altas temperatura cambian la estructura de las cerámicas
y ocasionan que los polímeros se fundan o se carbonicen.
En el otro extremo las temperaturas muy bajas pueden
ocasionar que un metal o un polímero fallen de manera
quebradiza, aun cuando las cargas aplicadas sean bajas.

20. Corrosión
La mayoría de los metales y polímeros reaccionan con el
oxigeno u otros gases, en particular a temperaturas
elevadas.
Los metales y las cerámicas pueden desintegrarse y lo
polímeros y las cerámicas sin oxido pueden oxidarse.
Los materiales también son atacados por líquidos corrosivos,
lo que conducen a la falla prematura.

21. Fatiga
En muchas aplicaciones, los componentes deben diseñarse de
tal manera que la carga sobre el material no pueden ser
suficiente como para ocasionar una deformación permanente.
Cuando se carga y descarga el material miles de veces, incluso a
cargas bajas, pueden comenzar a presentarse pequeñas fisuras y
el material falla a medida que esta fisuras crecen.
A esto se le conoce como falla por fatiga. Al diseñar
componentes de soporte de carga, debe de tenerse en cuneta la
posibilidad de la fatiga.

22. Diseño y selección de materiales
1. El material debe adquirir la propiedad fiscas y mecánicas deseadas.
2. Debe ser capaz de ser procesado o fabricado en la forma deseada.
3. Debe proveer una solución económica al problema de diseño.
4. Debe cumplir los requerimientos anteriores de una manera que proteja al ambiente.

23. Muchas Gracias

24. La formabilidad puede definirse como una
medida de la cantidad de deformación que un
material puede experimentar en un proceso de
formado sin que falle, tal como adelgazamiento
localizado o fractura.
La formabilidad varía con las propiedades del
material y las condiciones de deformación.
Por otra lado, el campo de esfuerzos y
deformaciones son tan diversos durante un
proceso de formado que un sólo ensayo no sirve
para predecir la formabilidad de los materiales en
todas las situaciones.

25. En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al
proceso intencional de agregar impurezas en un
semiconductor (abreviadamente, SC) extremadamente puro
(también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus
propiedades eléctricas.