Este documento describe la ciencia e ingeniería de los materiales. Explica que estudia y manipula la composición y estructura de los materiales para inventar nuevos materiales o mejorar los existentes. También clasifica los materiales en cinco grupos principales: metales y aleaciones, cerámicas y vidrios, polímeros, semiconductores y compuestos. Finalmente, clasifica los materiales por sus aplicaciones funcionales como aeroespaciales, biomédicos, electrónicos, magnéticos y estructurales.

1. CIENCIA E INGENIERIA DE LOS
MATERIALES

2. ¿QUE ES LA CIENCIA E INGENIERIA DE
MATERIALES?
CIM es un campo interdisciplinario
de la ciencia e ingeniería que
estudia y manipula la composición
y la estructura de los materiales.
Inventa nuevos materiales y
mejora los ya conocidos, mediante
el desarrollo de un conocimiento
mas profundo de las relaciones
entre micro estructura,
composición, síntesis y
procedimientos.

3. COMPOSICION ESTRUCTURA
SE REFIERE A LA
CONSTITUCION
QUIMICA DE UN
MATERIAL
SE REFIERE A LA
DESCRIPCION DEL
ARREGLO DE LOS
ATOMOS COMO SE
OBSERVAA DIFERENTES
NIVELES DE DETALLE.

4. EXISTEN FORMAS DIFERENTES PARA CLASIFICAR LOS
MATERIALES.
• UNA FORMA ES DESCRIBIR CINCO GRUPOS.

5. METALES
Y
ALEACIONES
INCLUYEN
ACEROS,
ALUMINIO,
MAGNESIO,
ZINC, HIERRO
COLADO,
TITANIO,
COBRE,
NIQUEL
METALES Y
ALEACIONES
COBRE
HIERRO
COLADO
GRIS
ACEROS DE
ALEACION
EJEMPLOS DE
APLICACIONES
ALAMBRE
CONDUCTOR
ELECTRICO
BLOQUES DE
MOTORES DE
AUTOMOVILES
LLAVES
INGLESAS,
CHASIS DE
AUTOMOVILE
S
PROPIEDADES
CONDUCTIVIDAD
ELECTRICA ALTA,
BUENA
FORMABILIDAD
MOLDEABLE,
MAQUINABLE,
AMORTIGUADOR DE
VIBRACIONES
ENDURECIMIENTO
SIGNIFICATIVO
POR
TRATAMIENTO
TERMICO
COBRE
HIERRO
COLADO GRIS
ACERO DE
ALEACION

6. METALES Y ALEACIONES
UNA ALEACION ES UN METAL QUE CONTIENE ADICIONES DE UNO
O MAS METALES O NO METALES
 BUENA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Y TERMICA.
 RESISTENCIAS ALTAS
 RIGIDEZ ALTA
 DUCTIBILIDAD O FORMABILIDAD
 RESISTENCIA AL IMPACTO
.
SON PARTICULARMENTE UTILES PARA APLICACCIONES
ESTRUCTURALES O DE CARGA

7. CERAMICAS
Y VIDRIOS
CERAMICAS Y
VIDRIOS
SiD2-NaO-
CaO
Al2O3, MgO,
SiO2
Titanato de bario
Silice
EJEMPLARES
DE
APLICACIONES
VIDRIOS DE VENTANAS
REFRACTARIOS
(RECUBRIMIENTOS
RESISTENTES AL CALOR
DE HOMOS)
CAPACITADORES PARA
MICROELECTRONICA
FIBRAS OPTICAS PARA LA
TECNOLOGIA DE LA
INFORMACION
PROPIEDADES
OPTICAMENTE
TRANSPARENTE,
AISLANTE TERMICO
AISLANTES TERMICOS,
SOPORTAN ALTAS
TEMPERATURAS,
RELATIVAMENTE INERTES
AL METAL FUNDIDO
ALTA CAPACIDAD DE
CARGA AL
ALMACENAMIENTO DE
CARGA
INDICE DE REFRCCION,
PERDIDAS OPTICAS
BAJAS.

8. CERAMICAS
• PUEDEN DEFINIRSE COMO MATERIALES CRISTALINOS INORGANICOS.
LAS CERAMICAS AVANZADAS SON
MATERIALES PREPARADOS POR MEDIO DE
LA REFINACION DE CERAMICAS EN ESTADO
NATURAL Y OTROS PROCESOS
ESPECIALES.
• POR LA PRESENCIA DE POROSIDAD, NO
CONDUCEN BIEN EL CALOR.
• POR LO REGULAR, SE PREPARAN
POLVOS FINOS DE CERAMICS Y SE
CONVIERTEN EN DISTINTAS FORMAS.
• TIENEN UNA RESISTENCIA EXCEPCIONAL
BAJO COMPRESION.
CERAMICAS NATURALES
ARENA DE PLAYA Y ROCAS
CERAMICAS AVANZADAS
SUSTRATOS QUE ALBERGAN CHIPS DE
COMPUTADORA, SENSORES Y ACTIVADORES,
CAPACITADORES, COMUNICACIONES
INALAMBRICAS, GENERADORES DE CHISPA,
INDUCTORES Y AISLANTES ELECTRICOS.
CERAMICAS TRADICIONALES
PARA FABRICAR LADRILLOS,
VAJILLAS, SANITARIOS, TINAS DE
BAÑO, REFRACTARIOS Y
ABRASIVOS.

9. VIDRIOS Y VIDRIOS CERAMICOS
• EL VIDRIO EES UN MATERIAL AMORFO, CON FRECUENCIA,
AUNQUE NO SIEMPRE. DERIVADO DE UN LIQUIDO FUNDIDO.
LA INDUSTRIA DE LA FIBRA OPTICA SE BASA EN FIBRAS
OPTICAS QUE A VECES ESTAN BASADAS EN VIDRIOS DE
SILICIE DE ALTA PUREZA.
• SE UTILIZAN EN CASA, AUTOMOVILES, PANTALLAS DE
COMPUTADORAS Y TELEVISORES, ETC.
• LA FORMACION DE VIDRIOS Y LA FORMACION DE CRISTALES
PEQUEÑOS DENTRO DE ELLOS POR MEDIO DE UN PROCESO
TERMICO ESPECIAL, CREAN MATERIALES A LOS QUE SE LES
CONOCE COMO VIDRIOS CERAMICOS.

10. POLIMEROS
POLIMEROS
POLIETILENO
EPOXI
FENOLICOS
EJEMPLO DE
APLICACIONES
EMPAQUEAMIENTO
DE ALIMENTO
ENCAPSULACION
DE CIRCUITOS
INTEGRADOS
ADHESIVOS PARA
UNIR CAPAS EN
MADERA LAMINADA
PROPIEDADES
FACILMENTE
CONVERTIBLE A
PELICULAS
DELGADAS,
FLEXIBLES Y
HERMETICAS
AISLANTE
ELECTRICAMENTE Y
RESISTENTE A LA
HUMEDAD
FUERTES,
RESISTENTES A LA
HUMEDAD

11. POLIMEROS
• SE PRODUCEN UTILIZANDO UN PROCESO
CONOCIDO COMO POLIMERIZACION.
• LOS POLIMEROS COMUNES SON BUENOS
AISLANTES TERMICOS Y ELECTRICOS,
EXISTEN EXCEPCIONES COMO POLIMEROS
SEMICONDUCTORES, POSEEN
RESISTENCIA MAS BAJA Y POSEEN UNA
RAZON DE RESISTENCIA DE PESO MUY
BUENA.
• LOS POLIMEROOS TERMOPLASTICOS
TIENEN BUENA DUCTIBILIDAD Y
FORMABILIDAD-
• LOS POLIMEROS TERMOESTABLES SON
MAS RESITENTES PERO MAS
QUEBRADIZOS.
INCLUYEN
CAUCHO (ELASTOMEROS)
MUCHOS TIPOS DE ADHESIVO
APLICACIONES
CHALECOS ANTIBALAS
DICOS COMPACTOS CD
CUERDAS Y PANTALLAS DE CRISTAL
LIQUIDO (LCD)
TIPOS DE POLIMEROS
TERMOPLASTICOS. SE FABRICAN
MOLDEANDO SU FORMA FUNDIDA.
TERMOESTABLES. SE CUELAN EN
MOLDES

12. SEMI
CONDUCTORES
SEMI
CONDUCTORES
SILICIO
GaAS
EJEMPLO DE
APLICACIONES
TRANSISTORES Y
CIRCUITOS
INTEGRADOS
SISTEMAS
OPTOELECTRONICAS
PROPIEDADES
COMPORTAMIENTO
ELECTRICO UNICO
CONVIERTE SEÑALES
ELECTRICAS EN LUZ,
LASERES, ETC

13. SEMICONDUCTORES
• LOS SEMICONDUCTORES BASADOS EN
SILICIO, GERMANIO Y ARSENIURO DE GALIO
COMO LOS UTILIZADOS EN COMPUTADORES
Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SON PARTE
DE UNA CLASE AMPLIA DE MATERIALES
CONOCIDOS COMO MATERIALES
ELECRONICOS.
• LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DE LOS
MATERIALES SEMICONDUCTORES ENTA
ENTRE LA DE LOS AISLANTES CERAMICOS Y
LOS CONDUCTORES METALICOS.
• EN ALGUNOS SEMICONDUCTORES, EL NIVEL
DE CONDUCTIVIDAD PUEDE CONTROLARSE
PARA PRODUCIR DISPOSITIVOS
ELECTRONICOS TALES COMO
TRANSITORES, DIODOS, ETC, QUE SE
UTILIZAN PARA CONSTRUIR CIRCUITOS
INTEGRADOS.

14. COMPUESTOS
GRAFITO-
EPOXI
CARBURO DE
TUNGSTENO-
COBALTO
ACERO
REVESTIDO
CON TITANIO
EJEMPLO DE
APLICACIONES
COMPONENTES
PARA AVIONES
HERRAMIENTAS
DE CORTE DE
CARBURO PARA
MAQUINDO
CONTENEDORES
DE REACTORES
PROPIEDADES
RAZON
RESISTENCIA
PESO ALTA
DUREZA ALTA,
RESISTENCIA AL
IMPACTO
COSTO BAJO Y
RESISTENCIA ALTA
DEL CACERO CON
LA RESISTENCIAA
LA CORROSION
DEL TITANIO
COMPUESTOS

15. MATERIALES COMPUESTOS
• LA IDEA PRINCIPAL EN EL
DESRROLLO DE COMPUESTOS ES
COMBINAR LAS PROPIEDADES DE
DISTINTOS MATERIALES. SE
FORMAN A PARTIR DE DOS O MAS
MATERIALES, PRODUCIENDO
PROPIEDADES QUE NO SE
ENCUENTRAN EN NINGUN
MATERIAL SENCILLO.

16. CLASIFICACION FUNCIONAL DE
LOS MATERIALES

18. AEROESPACIALES
• LAS ALEACIONES DE ALUMINIO, LOS PLASTICOS, LA SILICIE DE LAS
LOSETAS PARA TRANSBORDADORES ESPACIALES Y MUCHOS OTROS
MATERIALES PERTENECEN A ESTA CATEGORIA.

19. BIOMEDICOS
• VARIOS ORGANOS ARTIFICIALES,
PARTES DE REEMPLAZO DE HUESOS,
CANULAS CARDIOVASCULARES,
APARATOS DE ORTODONCIA Y OTROS
COMPONENTES SE FABRICAN
UTILIZANDO DIFERENTES PLASTICOS,
ALEACIONES DE TITANIO Y ACEROS
INOXIDABLES NO MAGNETICOS.
• LOS HUESOS Y DIENTES…
CERAMICAS FORMADAS DE MANERA
NATURAL CONOCIDA COMO
HIDROXIAPATITA.

20. MATERIALES ELECTRONICOS
• LOS SEMICONDUCTORES, COMO LOS HECHOS
DE SILICIO, SE UTILIZAN PARA FABRICAR
CIRCUITOS INTEGRADOS PARA CHIPS DE
COMPUTADORAS.
• EL TITANIO DE BARIO (BaTiO3), EL OXIDO DE
TITANIO (Ta2O5) Y MUCHOS OTROS
MATERIALES DIELECTRICOS SE UTILIZAN
PARA FABRICAR CAPACITORES CERAMICOS Y
OTROS DISPOSITIVOS.
• EL COBRE, EL ALUMINIO Y OTROS METALES
SE UTILIZAN COMO CONDUCTORES EN LA
TRANSIMISION DE ELECTRICIDAD Y EN LA
MICROELECTRONICA.

21. MATERIALES MAGNETICOS
• LOS DISCOS DUROS DE LA COMPUTADORAS
USAN MUCHOS MATERIALES CERAMICOS,
METALICOS Y POLIMERICOS. SE FABRICAN
UTILIZANDO ALEACIONES BASADAS EN
COBAITO-PLATINO-TANTALIO-CROMO (Co-Pt-Ta-
Cr)
• SE UTILIZAN MUCHAS FERRITAS MAGNETICAS
CON EL FIN DE FABRICAR INDUCTORES Y
COMPONENTES PARA LAS COMUNICACIONES
INALAMBRICAS. LOS ACEROS BASADOS EN
HIERRO Y SILICIO SE UTILIZAN PARA FABRICAR
NUCLEOS DE TRANSFORMADORES.

22. MATERIALES ESTRUCTURALES
• ESTAN DISEÑADOS PARA SOPORTAR
ALGUN TIPO DE ESFUERZO. SE UTILIZAN
ACEROS, CONCRETO Y COMPUESTOS
PARA CONSTRUIR EDIFICIOS Y PUENTES.
• LOS ACEROS, LOS VIDRIOS, LOS
PLASTICOS Y LOS COMPUESTOS TAMBIEN
SE UTILIZAN DE MANERA AMPLIA PARA
FABRICAR AUTOMOVILES.
• EN ESTAS APLICACIONES, SE NECESITAN
CON FRECUENCIA COMBINACIONES DE
RESISTENCIA, RIGIDEZ Y TENACIDAD ANTE
DISTINTAS CONDICIONES DE
TEMPERATURA Y CARGA.

23. MATERIALES FOTONICOS U OPTICOS
• EL SILICE SE UTILIZA DE MANERA AMPLIA PARA
FABRICAR FIBRAS OPTICAS. LOS MATERIALES
OPTICOS SE UTILIZAN PARA FABRICAR
DETECTORES SEMICONDUCTORES Y LASERES
UTILIZADOS EN LOS SISTEMAS DE
COOMUNICACION DE FIBRA OPTICA Y OTRAS
APLICACIONES.
• LA ALUMINIA (Al2O3) Y LOS GRANATES DE ITRIO
DE ALUMINIO (YAG) SE UTILIZAN PARA FABRICAR
LASERES.
• EL SILICIO AMORFO SE UTILIZA PARA FABRICAR
CELDAS SOLARES Y MODULOS FOTOVOLTAICOS.
• LOS POLIMEROS SE UTILIZAN PARA FABRICAR
PANTALLAS DE CRISTAL LIQUIDO (LCD)

24. MATERIALES INTELIGENTES
• UN MATERIALI NTELIGENTE PUEDE SENTIR Y RESPONDER A
UN ESTIMULO EXTERNO COMO UN CAMBIO DE
TEMPERATURA, LA APLICACIÓN DE UN ESFUERZO O UN
CAMBIO EN LA HUMEDAD O EN EL AMBIENTE QUIMICO.
• POR LO REGULAR UN SISTEMA BASADO EN MATERIALES
INTELIGENTES CONSISTE EN SENSORES Y ACTIVADORES
QUE LEEN CAMBIOS E INICIAN UNA ACCION.
• EJEMPLOS:
VIDRIOS FOTOCROMICOS, ESPEJOS CON OSCURECIMIENTO
AUTOMATICO, FLUIDOS MAGNETOREOLOGICOS (PINTURAS
MAGNETICAS), PZT (TITANIO DE ZIRCONIO DE PLOMO)
PUEDE SOMETERESE A UN ESFUERZO Y SE GENERA UN
VOLTAJE PARA FABRICAR DISPOSITIVOS GENERADORES DE
CHISPA PARA PARRILLAS DE GAS Y SENSORES PARA
DETECTAR OBJETOS BAJO EL AGUA COMO PECES Y
SUBMARINOS.

25. TECNOLOGIA ENERGETICA Y AMBIENTAL
• LAS NUEVAS TECNOLOGIAS RELACIONADAS CON LAS
BATERIAS Y LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE USAN
VARIOS MATERIALES CERAMICOS COMO LA ZIRCONIA
(ZrO2) Y LOS POLIMEROS.
• LA TECNOLOGIA DE LAS BATERIAS HA GANADO UNA
IMPORTANCIA SIGNIFICATIVA DEBIDO A LA NECESIDAD
DE MUCHOS DISPOSITIVOS ELECTRONICOS QUE
REQUIEREN ENERGIA PORTATIL Y MAS DURADERA.
• LA ENERGIA SOLAR SE GENERA UTILIZANDO
MATERIALES COMO EL DIOXIDO DE URANIO Y EL
PLUTONIO COMO COMBUSTIBLES.
• LA INDUSTRIA OLEA Y PETROLERA UTILIZAN DE
MANERA AMPLIA ZEOLITAS, ALUMININA Y OTROS
MATERIALES COMO SUSTRATOS CATALIZADORES.

26. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES
CON BASE EN LA ESTRUCTURA

27. ALGUNOS MATERIALES PUEDEN SER …
AMORFOS, CRISTALE LIQUIDOS Y …
CRISTALINOS LIMITES DE GRANO:
TAMAÑO, FORMA Y DE
LAS REGIONES ENTRE
ELLOS.
MONOCRISTALES
POLICRISTALINOS