Este documento presenta una introducción a la ciencia de los materiales. Explica que los científicos de materiales manipulan la estructura de los materiales a diferentes escalas para producir materiales con propiedades deseadas. Luego describe las principales familias de materiales (metales, cerámicas, polímeros y compuestos) y proporciona ejemplos de cómo la estructura afecta propiedades como la resistividad eléctrica, conductividad térmica y permeabilidad magnética. Finalmente, enfatiza la importancia de seleccionar

1. Cap. 1
Introducción a la Ciencia de
los Materiales
IF 482
Dr. Jose solis

3. Introducción
Es imposible producir un material
perfecto.
Los científicos de Materiales o
Ingenieros manipulan la estructura
de los materiales para producir
materiales con propiedades
deseadas.

4. Los materiales son...
Estructuras diseñadas…no es una caja negra!
La Estructura…tiene varias dimensiones...
Estructura Dimensión (m)‫‏‬
Enlace atómico
átomos adicionales/faltantes
cristales (atomos ordenados)‫‏‬
Particulas de una segunda fase
Cristales texturizados
< 10 -10
10-10
10-8-10-1
10-8-10-4
> 10 -6

5. Dureza vs. Proceso (Estructura del acero)

6. 1. Escoge una Aplicación Determina la
propiedad requerida
2. Propiedad Identifica candidato Material(es)‫‏‬
3. Material Identifica Procesamiento requirido
Procesamiento: cambia estructura y la forma
ejm: moldeado, sinterizado, vapor deposition, dopaje,
soldadura, tratamiento térmico.
Propiedades: mecánica, eléctrica, térmica,
magnética, óptica, etc.
Material: estructura, composición.
El proceso de selección de materiales

8. Familias de Materiales
Polímeros
Composites
Metales Cerámicas

9. Metales

10. Cerámicos

11. Polímeros

12. Compuestos
Partículas Fibra corta Fibra larga
Metal+Cerámica
(Co+Diamante)
Cerámica+Cerámica
(Escayola+Fibra vidrio)
Polímero+Cerámica
(Epoxi+Carbono)

13. • Resistividad Electrica de Cobre:
• Adicionar atomos “impureza” al Cu incrementa resistividad
• Deformar el Cu incrementa resistividad.
Adapted from Fig. 18.8, Callister 6e.
(Fig. 18.8 adapted from: J.O. Linde,
Ann Physik 5, 219 (1932); and
C.A. Wert and R.M. Thomson,
Physics of Solids, 2nd edition,
McGraw-Hill Company, New York,
1970.)‫‏‬
ELECTRICA

14. • Azulejos de naves espaciales:
--El aislamiento de la Fibra de
Silica tiene baja conduccion termica.
• Conductividad Termica
del Cobre:
--Disminuye cuando se
añade zinc!
Fig. 19.0, Callister 6e.
(Courtesy of Lockheed
Missiles and Space
Company, Inc.)‫‏‬
Adapted from
Fig. 19.4W, Callister
6e. (Courtesy of
Lockheed Aerospace
Ceramics Systems,
Sunnyvale, CA)‫‏‬
(Note: "W" denotes
fig. is on CD-ROM.)‫‏‬
Adapted from Fig. 19.4, Callister 6e.
(Fig. 19.4 is adapted from Metals Handbook:
Properties and Selection: Nonferrous alloys
and Pure Metals, Vol. 2, 9th ed., H. Baker,
(Managing Editor), American Society for
Metals, 1979, p. 315.)‫‏‬
TERMICA

15. El Sistema de Protección térmica de naves espaciales tiene requerimientos
•Mantener el interior a 175ºC a pesar que afuera pueda estar a 1260ºC.
•Debe ser usable hasta por 100 misiones.
•Provee una superficie exterior aerodinámicamente lisa.
•Debe ser construida con materiales de baja densidad.
•Soporta -110ºC < T < 1260ºC.
•Debe ser resistente a cambios rápidos y severos gradientes térmicos.
•Debe soportar la tensión del lanzamiento.
•No debe absorber humedad o contaminantes durante el almacenamiento.
•Debe de adherirse a la aleación de aluminio del soporte.

16. Ceramicos:
•Aislante intrinsicos de temperatura.
•Soporta altas temperaturas.
Azulejos:
•Se adapta al contorno de la nave.
•Se acomoda a los cambios diemsionales debido a T.
Hay 24,300 azulejos, cubriendo el 70% del area.

17. Azulejos de alta temperatura (650ºC - 1260ºC).
•Vidrio boro silicato y SiB4 recubierto de negro.
•Tiene alta emisividad de radiación.
Adhesión con silicona.
Aislante de tensión de nylon, bueno a 290ºC.

18. • Permeabilidad Magnetica
vs. Composicion:
--Añadir 3 % atomico de Si
hace al Fe un mejor
medio
de grabacion!
Adapted from C.R. Barrett, W.D. Nix, and
A.S. Tetelman, The Principles of
Engineering Materials, Fig. 1-7(a), p. 9,
1. Electronically reproduced
by permission of Pearson Education, Inc.,
Upper Saddle River, New Jersey.
Fig. 20.18, Callister 6e.
(Fig. 20.18 is from J.U. Lemke, MRS Bulletin,
Vol. XV, No. 3, p. 31, 1990.)‫‏‬
• Almacenamieto Magnetico:
--El medio de grabacion
es magnetizado por
un cabezal magnetico.
MAGNETICA

19. Transmitancia:
--El oxido de Aluminio puede ser transparente, translucido, u
opaco dependiendo de la estrucutra del material.
Adapted from Fig. 1.2,
Callister 6e.
(Specimen preparation,
P.A. Lessing; photo by J.
Telford.)‫‏‬
Crystal simple
policristalino:
baja porosidad
policristalino:
alta porosidad
OPTICA

20. • Tension & Agua de mar...
--produce grietas!
• Tratamiento termico: disminuye la
velocidad de las grietas en agua de mar
--material:
7150-T651 Al "alloy"
(Zn,Cu,Mg,Zr)‫‏‬
Adapted from Fig. 11.20(b), R.W. Hertzberg, "Deformation and
Fracture Mechanics of Engineering Materials" (4th ed.), p. 505,
John Wiley and Sons, 1996. (Original source: Markus O.
Speidel, Brown Boveri Co.)‫‏‬
Adapted from Fig. 17.0, Callister 6e.
(Fig. 17.0 is from Marine Corrosion, Causes,
and Prevention, John Wiley and Sons, Inc.,
1975.)‫‏‬
Adapted from Fig. 11.24,
Callister 6e. (Fig. 11.24 provided courtesy of G.H.
Narayanan and A.G. Miller, Boeing Commercial
Airplane Company.)‫‏‬
DETERIORO

21. • Uso del material correcto para el trabajo.
• Entender la relación entre las propiedades,
estructura, y procesamiento.
• Reconocer los nuevos diseños que puede ofrecer la
seleccion de materiales.
• Estar atento a las implicancias económicas!!
SUMARIO