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El Mundo
de los

Materiales
¿Qué es la Ciencia de los
Materiales y la Ingeniería
de Materiales?
•¿Cuál es su papel en la sociedad
actual?
•¿Es relevante tener conocimientos
de Ciencia e Ingeniería de
Materiales?
•¿Quién estudia esta disciplina? ¿Por
qué?
•¿Qué campos de empleo se abren
para estos Ingenieros?
•Etc.
¿Qué es la Ciencia de los
Materiales y la Ingeniería
de Materiales?
La Ciencia e Ingeniería de
Materiales comprende y se ocupa
del estudio de la estructura,
propiedades y comportamiento de
todos
los
materiales,
del
desarrollo de los procesos de
manufactura de los mismos y de
la investigación sobre el reciclado
y destrucción medioambiental.
La Ciencia e Ingeniería de los Materiales es una moderna y prometedora
disciplina de ingeniería que se ocupa de poner en relación el procesado
de los materiales con la estructura resultante del modo de
procesamiento y a su vez con las propiedades finales que los materiales
deben tener para su posterior comportamiento en servicio.

También le ha sido encomendada a la Ciencia e Ingeniería de Materiales
la investigación sobre el reciclado de los materiales y su relación con el
deterioro medioambiental, en aras a un futuro progreso mas sostenible
y seguro.
De todo ello se deduce que el Ingeniero de Materiales debe ser un
Ingeniero multidisciplinar como consecuencia de la diversidad de
campos que abarca esta Ciencia.
El paradigma de la Ciencia
e Ingeniería de Materiales
El concepto central y principal para
la Ciencia e Ingeniería de Materiales
es el de que las propiedades y
comportamiento de cada material
depende de su microestructura, y
que a su vez la microestructura
puede ser controlada por la forma en
la que el material es procesado y/o
fabricado.
Este es el paradigma de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales y
aunque parezca mentira hasta hace apenas 30 años nadie se había
preocupado de poner en relación estos tres factores: ProcesamientoEstructura y Propiedades de comportamiento en servicio.
Porque de haber sido así, casos como estos no hubiesen ocurrido.
Ciencia de los Materiales e Ingeniería metalúrgica

DPTO. DE MECÁNICA.-ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

TITANIC

C
O
U
1912

Fallos
catastróficos

1988
1942

S
Hasta la ocurrencia de estas catástrofes, la ingeniería de diseño se
basaba en el criterio de prueba-fallo. Es decir sin saber realmente
como se comportarían los materiales en servicio. No se ponían en
relación todos aquellos factores, que hubiesen permitido diseñar a vida
segura el comportamiento de los materiales en servicio. ?

Surge pues la necesidad de una nueva disciplina de ingeniería que
permita predecir de antemano el comportamiento seguro de los
materiales en las diversas condiciones reales a las que puedan verse
sometidos. Nace así la Ciencia e Ingeniería de Materiales como la
Ciencia capaz de dar respuesta al conocimiento de la relación entre el
procesamiento, la estructura y el comportamiento seguro de los
materiales en servicio. Concepto que queda reflejado en la siguiente
diapositiva.
MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
microstructure

processing

Futures

properties

materials for

growh,
ecolology, an

synthesis

safety

perfomance

design
Bien, una vez fijado el concepto de Ciencia e Ingeniería de Materiales,
podemos comentar algunos tópicos sobre esta nueva disciplina de
ingeniería
¿Qué es la Ciencia de los
Materiales y la Ingeniería
de Materiales?

UC
O

•¿Cuál es su papel en la sociedad
actual?
•¿Es relevante tener conocimientos
de Ciencia e Ingeniería de
Materiales?
•¿Quién estudia esta disciplina? ¿Por
qué?
•¿Qué campos de empleo se abren
para estos Ingenieros?
•Etc.
Sobre este tópico podríamos hablar días y días sin parar. Pero creo que
no tengo que hacer un gran esfuerzo para convenceros del papel que los
materiales han jugado en el desarrollo de nuestra sociedad. Basta
comparar todo lo que nos rodea y utilizamos a diario a como eran las
cosas, si es que existían, hace poco menos de treinta años.
Hoy nos reparan nuestro corazón mientras estamos conectados a un
corazón artificial.
Nos implantan todo tipo de artilugios artificiales: rótulas, huesos
diversos, implantes dentales, senos, tejidos sintéticos biocompatibles
con los tejidos humanos.
¿Cómo nos comunicábamos hace apenas 30 años? A través del telégrafo
y artilugios similares. En cambio como es ahora el mudo de la
computación y el de las comunicaciones (vertiginoso). Y todo ello
debido a dos señores que un buen día descubren nuevos materiales,
llamados semiconductores; materiales con exceso o falta de electrones
pero que puestos de determinada manera se convierten en dispositivos
interruptores capaces de conectar y desconectar un circuito cuatro o
cinco millones de veces por segundo, sin fallar. Nació así el transistor y
con ello la era del silicio y la electrónica.
Si comparamos la aviación de la 2ª Guerra Mundial, hace apenas 50
años, con la actual, veremos la gran diferencia entre los dos prototipo
de la diapositiva (Comentarlas)
¡¡Enorme cambio, solo es un problema de materiales!!
Velocidad:
600 km/h

Velocidad:
Mach 12 a 20
Comparemos que era un coche hace solo 30 años con un coche actual.
Hace 30 años un coche tenía esencialmente lo mismo que tiene un
coche actual: un grupo propulsor (motor), caja de cambios,
transmisiones, neumáticos, chasis y carrocería, etc. ¿Qué ha cambiado
entonces? Pues los materiales, materiales más ligeros con mayor
resistencia específica, materiales para motores y frenos capaces de
soportar mayores temperaturas, etc., hasta llegar al máximo
exponente de lo que es la Ciencia e Ingeniería de Materiales, aplicada a
un coche de Formula 1.
Ford modelo
años 50

Ford modelo
año 2009
S

Montecarlo año 1961
Resistencia a
tracción

Densidad

Resistencia
específica

Fibra de carbono

3.50 GPa

1.75

2.00

Acero

1.30 GPa

7.90

0.17
S
S
S
S
Densidad
g/cm3

Resistencia
específica

Fibra de carbono

3.50 GPa

1.75

2.00

Acero

1.30 GPa

7.90

0.17

ZYLON

5.80 GPa

1.54

3.80

S

Resistencia a
tracción
Quizás como último comentario respecto a este punto y para
comprender un poco el papel que los materiales han jugado en la vida
de la humanidad, basta pensar que en la historia de la propia
humanidad. Desde la aparición del hombre, han ocurrido grandes
acontecimientos: épocas de glaciación, grandes cataclismos y
desaparición de especies, grandes civilizaciones dominadoras de la
tierra, guerras mundiales, hasta llegar a la edad moderna con hechos
tan relevantes como la conquista del espacio, etc. Pues bien a pesar de
todos acontecimientos ninguno es comparable en importancia y a
contribuido tanto al desarrollo de la humanidad como el
descubrimiento por el hombre de algún material.
Para comprender la importancia estratégica que la Ciencia e Ingeniería
de Materiales os remito al documento…..
http://www.mpg.de/pdf/europeanWhiteBook/wb_materials.pdf
•Procesos
de
fabricación

Procesamiento

Diseño
•Subatómica.

Aplicaciones

•Orden. atómico
•Subestructura
•Microestructura
•Macroestruct.

Reciclado
Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
Scale of Structural Organization

12 orders of magnitude!

Size
<0.1 nm
1 nm
10 nm

Structure
Sub-atomic
Particles
Atoms

Defect Structures
in Crystals

100 nm
1 mm
10 mm
100 mm

Crystallites
("Grains")
and
Precipitates

Method of Observation
Particle
Accelerator

Scanning Tunneling
Microscope (STM, AFM)
Transmission Electron
Microscope (TEM)
Scanning Electron
Microscope (SEM)
X-Ray Diffractometer

1 mm
Optical Microscope

10 mm
100 mm

Components

Naked Eye

1m
10 m

Assemblies
•Procesos
de
fabricación

Pt

Au

Procesamiento

Diseño
Aplicaciones

•Subatómica.

Reciclado

•Orden. atómico
•Subestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas

•Microestructura

•Químicas
•NO MAGNÉTICOS.

•MEJOR RESITENCIA A
CORROSIÓN.
•FÁCILMENTE
DEFORMABLES.

Cúbica centrada en caras

•BUENA TENACIDAD AL
IMPACTO A BAJAS
TEMPERATURAS.

Procesamiento

•ETC.

Diseño

Aplicaciones
Reciclado

•Orden. atómico
•Subestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas

•Microestructura

•Químicas
FCC

(111)

BCC

(110)
FCC

Diamante

H

Grafito

C60
(Fullerenos)

Nanotubos
NITINOL SPRING
(Shape Memory Alloy)
Shape Memory Alloy3.flv
Procesamiento

Diseño

Aplicaciones
•Orden. atómico

•Subestructura

Reciclado
Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas

•Microestructura

•Químicas
MATERIALS SCIENCE

Procesamiento

Diseño

Aplicaciones
Reciclado

•Subestructura
•Microestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
Procesamiento

Diseño

Aplicaciones
Reciclado

•Subestructura
•Microestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
Procesamiento

Diseño

Aplicaciones
Reciclado

•Subestructura
•Microestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
•Procesos
de
fabricación

Procesamiento

Diseño
Aplicaciones

Reciclado

•Subestructura
•Microestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
Vg

VL
Crystals

Grain Boundary

Grain or Crystalline
Structure
•Procesos
de
fabricación

Procesamiento

Diseño
Aplicaciones

Reciclado
•Microestructura

Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
Procesamiento

Diseño
•Subatómica.

Aplicaciones

•Orden. atómico
•Subestructura
•Microestructura
•Macroestruct.

Reciclado
Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
•Procesos de
fabricación

Procesamiento

Diseño
•Subatómica.

Aplicaciones

•Orden. atómico
•Subestructura
•Microestructura
•Macroestruct.

Reciclado
Estructura

Propiedades

•Mecánicas
•Físicas
•Químicas
FUNDICIÓN

•Procesos de fabricación

FORJA

Mecanizado
LINGOTES

Microestruc.

Propiedades
Malas

Propiedades
Buenas
FUNDICIÓN

•Procesos de fabricación

RECOCIDO
ºC

MECANIZADO
LINGOTES

tiempo

•Microestructura

Malas
•Propiedades

Buenas
Fundición Gris

•Microestructura

T.Grafitización +
Temple y Revenido
Temas para discusión
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•

Cómo los materiales tienen un
impacto en todo lo que nos rodea.
Por qué estudiar materiales?
Dónde puedo trabajar y qué puedo
hacer?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?
Qué clase de gente estudia
materiales?

Qué trabajos hay disponibles?
Temas para discusión
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•

Cómo los materiales tienen un
impacto en todo lo que nos rodea.
Por qué estudiar materiales?
Dónde puedo trabajar y qué puedo
hacer?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?
Qué clase de gente estudia
materiales?

Qué trabajos hay disponibles?
Por qué estudiar materiales?
• Aprender de que están hechas
todas las cosas que nos rodean.

•

•
•

Aprender sobre los distintos
campos dentro de los materiales,
desde aplicaciones médicas a
industriales.
Desarrollar habilidades clave que
pueden ser usadas en cualquier
trabajo.
Gran demanda de científicos e
ingenieros en materiales.
– estarás muy solicitado!
Temas para discusión
•
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Cómo los materiales tienen un
impacto en todo lo que nos rodea.
Por qué estudiar materiales?
Dónde puedo trabajar y qué puedo
hacer?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?
Qué clase de gente estudia
materiales?

Qué trabajos hay disponibles?
Dónde puedo trabajar?
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Fabricación y Procesado de
Materiales.
Industria Electrónica.
Centros de Investigación Médica.
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Aeroespacial.

Universidades.
Consultoras.
Dónde puedo trabajar?
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Investigación y Desarrollo.
Diseño y Fabricación.
Calidad.

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Organización Industrial y
Producción.
- Y estos son solo algunos ejemplos!
Temas para discusión
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Cómo los materiales tienen un
impacto en todo lo que nos rodea.
Por qué estudiar materiales?
Dónde puedo trabajar y qué puedo
hacer?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?
Qué clase de gente estudia
materiales?

Qué trabajos hay disponibles?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?

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•

Se necesitan expertos en materiales
en todo el mundo.
Conoces a mucha gente con
distintas formaciones.
Muchos de los trabajos te permiten
viajar a muchas partes.

Muchos de los profesionales en
materiales tienen oportunidad de
trabajar en el extranjero.
Profesionales muy bien
remunerados.
Temas para discusión
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•

Cómo los materiales tienen un
impacto en todo lo que nos rodea.
Por qué estudiar materiales?
Dónde puedo trabajar y qué puedo
hacer?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?
Qué clase de gente estudia
materiales?

Qué trabajos hay disponibles?
Qué clase de gente estudia materiales?

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•

Gente que es inquisitiva sobre el
mundo que les rodea.
Gente a la que le gusta resolver
problemas y crear nuevos diseños.
Gente a la que gusta entender la
ciencia y tecnología de los
productos y servicios que usamos
cada día.
Gente a la que le gusta trabajar en
equipo y con otros profesionales de
distintos campos y disciplinas.
Temas para discusión
•
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Cómo los materiales tienen un
impacto en todo lo que nos rodea.
Por qué estudiar materiales?
Dónde puedo trabajar y qué puedo
hacer?
Qué expectativas ofrece este
trabajo?
Qué clase de gente estudia
materiales?

Qué trabajos hay disponibles?
Relacionados con el Deporte

•
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•
•

Nuevos deportes requieren nuevos
materiales y nuevos equipos de
diseño.
Deportes convencionales requieren
nuevos materiales para aumentar la
competitividad.
Algunos materiales han contribuido
a batir records mundiales y mejorar
la seguridad de los deportistas.
Trabajos disponibles:

– Escuderías automovilísticas.
– Multinacionales del deporte:
– Nike, Adidas, Quicksilver (Tablas de surf,
Ski, etc.) .
Relacionados con el
transporte.
•

Los nuevos materiales han hecho
que los vehículos sean más rápidos
que nunca.

– Mejor consumo del combustible.
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•
•

Las nuevas aleaciones y los
materiales composite han mejorado
la seguridad de los vehículos.
Trabajos disponibles:

– Sector Aéreo (Cías Aéreas).
– Sector Automovilístico.
– Sector Naval.
Relacionados con la Medicina

•

•

Se necesitan materiales
biocompatibles para fabricar
articulaciones artificiales y
miembros mas resistentes.
Tambien se utilizan materiales
avanzados en operaciones
quirúrgicas.

– actualmente se usan implantes hechos
de materiales de memoria de forma en
personas con arterias obstruidas.

•

Trabajos disponibles:

– Multinacionales de la medicina (Biomet,
Johnson and Johnson, Glaxo Smith Kline,
etc.) y centros médicos avanzados públicos
como privados.
Relacionados con el Medioambiente.

•
•
•

•

Entender cómo los materiales y
procesos de fabricación tienen un
impacto en el mundo que nos rodea
Nuevas formas para reciclar los
deshechos y conservar los recursos
naturales.
Desarrollo de materiales eléctricos
de máxima eficiencia para
maximizar el rendimiento energético
en turbinas, etc.
Trabajos disponibles:

– Sector Energético.
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– Cuerpos gubernamentales.
Relacionados con las
Comunicaciones.
•

•
•
•

Microchips semiconductores hacen
la telefonía móvil posible cada día.

Se necesitan nuevos materiales
para mejorar la calidad de las
imágenes en telecomunicaciones.
Las superaleaciones hacen que los
satélites sean lo suficientemente
robustos para operar en el espacio.
Trabajos disponibles:

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Nokia, Sony, etc.)
Materiales y envasado
•
•
•
•

Actualmente todo viene envasado
de alguna forma.
Los nuevos diseños requieren
nuevos materiales y procesos de
fabricación.
El conocimiento sobre reciclaje es
esencial debido a las nuevas leyes
europeas.
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•
•

Biomimética – la ciencia que trata
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• Sin duda!
•

Los materiales siempre necesitarán
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