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La ingeniería en materiales

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Objetivos
Objetivo general:
Dar a conocer de una manera generalizada la que es lo que estudia la ingeniería en materiales y su relevancia en la industria
Objetivos específicos:
Clasificar y definir los materiales y un ejemplo de su aplicación en la industria.

Introducción
Todas las personas y especialmente los ingenieros tienen que ver con materiales, de manera cotidiana ya sea en manufactura, procesamientos y en el diseño y construcción de componentes o estructuras, ya que deben seleccionar y utilizar materiales y analizar fallas de los mismos.
Deben tomar una importante decisión al seleccionar los materiales a incorporar en un diseño porque se tiene que verificar si las propiedades requeridas se pueden conseguir y mantener durante el uso del producto, si el material es compatible con otras partes de un ensamble y si puede unirse fácilmente a ellas; por otro lado considerar que se pueda reciclar fácilmente y observar si el material o su fabricación pueden causar problemas ecológicos e incluso si puede convertirse de manera económica en un componente útil.
En este trabajo se pretende dar a conocer de una manera generalizada los distintos tipos de materiales disponibles para comprender un poco de su comportamiento y sus capacidades y poderlos aprovechar de una manera más eficiente, así como ampliar el panorama de las personas de la ingeniería en materiales y su relevancia en la industria.

Resumen
Los materiales se clasifican en 4 grupos: metales, cerámicos, polímeros y materiales compuestos. Cada uno de estos grupos posee estructuras y propiedades distintas.
Los metales y sus aleaciones generalmente presentan conductividad eléctrica y térmica, resistencia relativamente alta, alta rigidez, y resistencia al impacto. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones proporcionan mejoría en alguna propiedad particularmente deseable o permite una mejor combinación de propiedades.
Los cerámicos tienen baja conductividad eléctrica y térmica y a menudo son utilizados como aislantes, son fuertes y duros, aunque también muy frágiles o quebradizos. Las nuevas técnicas de procesamiento han conseguido que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga, como los impulsores de turbina.
Los polímeros, son producidos en la polimerización, es decir, creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y no son adecuados para utilizarse a temperaturas elevadas. Se dividen en termoplásticos y termoestables.
Los materiales compuestos se forman a partir de 2 o más materiales, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de manera individual. Con materiales compuestos podemos producir materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas, entre otras propiedades.

Desarrollo
Cerámicos
Las cerámicas y los vidrios representan algunos de los materiales para ingeniería más antiguos y durables ante el ambiente. También son los materiales que han desarrollado avances para la industria aeroespacial y electrónica.
El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa quemada”, indicando de esta manera que las propiedades deseables de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura que se denomina cocción.
Son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo la alúmina (Al2O3) es un cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálico (oxígeno). Los materiales cerámicos tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas. Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tiene baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica y elevada resistencia a la compresión. Aunque la mayoría de los productos cerámicos son buenos aislantes eléctricos y térmicos, el SiC y el AlN tienen conductividad térmica parecida a las de los metales. Los productos cerámicos como el FeO y el ZnO, son semiconductores y, además, han sido descubiertos materiales superconductores como el YBa2Cu3O7-x.
Una tecnología moderna de rápido crecimiento es la de los materiales cerámicos avanzados, también llamados materiales cerámicos estructurales. Estos fueron utilizados por primera vez en 1971 para aplicaciones a alta temperatura en tuberías de gas que funcionaban a 2506°C. En la fabricación de estas piezas se utilizaron nitruro de silicio y carburo de silicio.
La materia base para la fabricación de los productos cerámicos es la arcilla en sus múltiples variedades; ésta, al amasarla con agua, adquiere características de plasticidad y por ello puede adoptar la forma deseada.
Los materiales cerámicos de arcilla utilizados en la construcción se clasifican en ladrillos para pared, para pavimentación (suelos) y para cubiertas. Los materiales de ingeniería se pueden dividir en tres categorías principales: cerámicas cristalinas, vidrios y cerámicas de vidrio. [ 2cera
Características:
• Tienen baja conductividad eléctrica y térmica
• Son usados a menudo como aislantes.
• Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos.
• Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga.
• Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos
• Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno.
Según su microestructura, podemos clasificarlos en:
Cerámicos cristalinos
Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, y así los átomos se pueden ordenar. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas.
Cerámicos no cristalinos
Se obtienen también a partir de sílice pero, con un enfriamiento rápido que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo porque los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.
Vitro cerámicos
Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero con mayor complejidad en sus moléculas lo que les da mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica.
Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los metales, por lo que resultan menos elásticos y tenaces que éstos. [1cera
Materiales y aplicaciones avanzadas
Los cerámicos avanzados incluyen los carburos, los boruros, los nitruros y los óxidos. Generalmente estos materiales se seleccionan tanto por sus propiedades mecánicas como físicas a altas temperaturas.
Un extenso grupo de cerámicos avanzados se usa en aplicaciones no estructurales, aprovechando sus únicas propiedades magnéticas, electrónicas y ópticas, su buena resistencia a la corrosión a alta temperatura, su capacidad de servir como sensores en la detección de gases peligrosos y por ser adecuados para dispositivos de prótesis y otros “componentes de repuesto para el ser humano”.
-La Alúmina (Al2O3): Se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere buena resistencia.
- El Nitruro De Aluminio (AIN): Proporciona un buen aislante eléctrico, pero tiene alta conductividad térmica.
- El Carburo De Boro (B4C): Es muy duro y aún así extraordinariamente ligero. Tiene una excelente resistencia a la abrasión.
- El Carburo De Silicio (SiC): tiene una resistencia a la oxidación extraordinaria a temperatura incluso por encima del punto de fusión del acero. A menudo el SiC se utiliza como recubrimiento para metales, para compuestos de carbono y otros cerámicos a temperaturas extremas.
- El Nitruro De Silicio (Si3N4): Son candidatos para componentes de motores automotrices y de turbina de gas, permitiendo temperaturas de operación más elevadas y mejores eficiencias de combustible, con menor peso que los metales y aleaciones tradicionales.
- El Sialón: Se forma cuando el aluminio y el oxígeno reemplazan parcialmente al silicio y al nitrógeno en el nitruro de silicio. Es relativamente ligero, con un coeficiente de expansión térmica bajo, buena tenacidad a la fractura, y una resistencia superior a la de muchos de los demás cerámicos avanzados comunes.
- El Boruro De Titanio (TiB2): Es un buen conductor de la electricidad y del calor. Además tiene excelente tenacidad. El TiB2, junto con el carburo de silicio y la alúmina, son aplicaciones en la producción de blindajes.
- La Urania (UO2): Utilizado como combustible de reactores nucleares.

Algunos materiales cerámicos y sus aplicaciones
Cementos: En un proceso conocido como cementación, las materias primas cerámicas se unen utilizando un aglutinante que no requiere horneado o sinterizado. Una reacción química convierte una resina líquida en un sólido que une las partículas. En el caso del silicato de sodio, la introducción de gas CO2 actúa como catalizador para deshidratar la solución de silicato de sodio y convertirla en un material vítreo. La reacción de cementación más común e importante ocurre en el cemento Portland, utilizado para producir el concreto.
Recubrimientos: Con frecuencia los productos cerámicos se utilizan como recubrimientos protectores de otros materiales. Los recubrimientos comerciales comunes incluyen los vidriados y los esmaltados. Los vidriados se aplican sobre la superficie de un material cerámico para sellar un cuerpo de arcilla permeable, para dar protección y decorar, o para fines especiales. Los esmaltados se aplican sobre superficies metálicas. Los esmaltados y vidriados son productos de arcilla que se vitrifican fácilmente durante el horneado.
Mediante la adición de otros minerales se pueden producir en los vidriados y esmaltados colores especiales.
Uno de los problemas que tienen los vidriados y los esmaltados son las grietas o cuarteaduras superficiales que ocurren cuando el vidriado tiene un coeficiente de expansión térmica distinto al del material subyacente.
Para materiales cerámicos avanzados y para materiales de operación a alta temperatura se utilizan recubrimientos de SiC para mejorar su resistencia a la oxidación. A las súper-aleaciones base níquel se les puede aplicar recubrimientos de circonio, como barreras térmicas que protegen al metal contra la fusión o contra reacciones adversas.
Fibras: A partir de materiales cerámicos se producen fibras para diversos usos como esfuerzo de materiales compuestos, para ser tejidas en telas o para uso en sistemas de fibras ópticas. Las fibras de vidrio de borosilicato, las más comunes, proporcionan resistencia y rigidez a la fibra de vidrio. También se pueden producir fibras con una diversidad de materiales cerámicos, incluyendo alúmina, carburo de silicio y carburo de boro.
Superconductividad: Fenómeno que presentan algunos conductores que no ofrecen resistencia al flujo de corriente eléctrica. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos. La superconductividad sólo se manifiesta por debajo de una determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético crítico Hc, que dependen del material utilizado. Antes de 1986, el valor más elevado de Tc que se conocía era de 23,2 K (-249,95 °C), en determinados compuestos de niobio-germanio. Para alcanzar temperaturas tan bajas se empleaba helio líquido, un refrigerante caro y poco eficaz. La necesidad de temperaturas tan reducidas limita mucho la eficiencia global de una máquina con elementos superconductores, por lo que no se consideraba práctico el funcionamiento a gran escala de estas máquinas. Sin embargo, en 1986, los descubrimientos llevados a cabo en varias universidades y centros de investigación comenzaron a cambiar radicalmente la situación. Se descubrió que algunos compuestos cerámicos de óxidos metálicos que contenían lantánidos eran superconductores a temperaturas suficientemente elevadas como para poder usar nitrógeno líquido como refrigerante. Como el nitrógeno líquido, cuya temperatura es de 77 K (-196 °C), enfría con una eficacia 20 veces mayor que el helio líquido y un precio 10 veces menor, muchas aplicaciones potenciales empezaron a parecer económicamente viables. En 1987 se reveló que la fórmula de uno de estos compuestos superconductores, con una Tc de 94 K (-179 °C), era (Y0,6Ba0,4)2CuO4. Desde entonces se ha demostrado que los lantánidos no son un componente esencial, ya que en 1988 se descubrió un óxido de cobre y talio-bario-calcio con una Tc de 125 K (-148 °C). [2cera

Polímeros
El sufijo mero significa unidad. En este contexto el término mero se refiere a un grupo unitario de átomos o moléculas que define un arreglo característico para un polímero. Un polímero es un material constituido al combinar varios meros o unidades. Los polímeros son materiales que consisten en moléculas gigantes o macromoléculas en cadena con pesos moleculares promedio de 10000 a más de 1000000 g/mol que se forman al unir muchos meros o unidades mediante enlace químico.
La mayoría de los polímeros solidos o líquidos son orgánicos basados en el carbono; sin embargo también pueden ser inorgánicos (ejemplo siliconas basadas en una red de Si-O).
Los plásticos son materiales compuestos principalmente de polímeros de origen natural y modificados o de polímeros hechos artificialmente que a beses contienen aditivos como fibras, cargas, pigmentos y otros similares que mejoran aun sus propiedades. Entre los plásticos, encontramos los termoplásticos (como materia prima o material de ingeniería), los termoestables y los elastómeros (naturales o sintéticos).
Los termoplásticos están formados de largas cadenas producidas al unir los monómeros comúnmente se comportan de una manera plástica y dúctil las cadenas pueden o no estar ramificadas. Las cadenas individuales están entrelazadas los arboles pueden o no tener ramas cada una de ellas es independiente y no está conectado con ningún otra. Los termoplásticos pueden ser amorfos o cristalinos al calentarse se ablandan y se funden. Los termoplásticos se pueden reciclar fácilmente.
Los polímeros termoestables están constituidos por largas cadenas de moléculas que están fuertemente unidas por enlaces cruzados para formar estructuras de redes tridimensionales los polímeros de red o termostables se parecen a un manojo de hilos que están tejidos entre sí en varios sitios y no solo enmarañados. Por lo general son más resistentes aunque más frágiles que los termoplásticos. No se funden al calentarse si no que empiezan a desintegrarse no son fáciles de reprocesar después de que las reacciones de enlaces cruzados han tenido lugar y por tanto reciclaje es difícil.
Los elastómeros
Estos se conocen como hules. Tienen una deformación elástica mayor a 200%. Es posible que se trate de termoplásticos o de termoestables ligeramente entrelazados. Las cadenas poliméricas tienen forma de molécula en espiral que se pueden estirar de manera reversible al aplicar una fuerza.
Los elastómeros termoplásticos son un grupo especial de polímeros; tienen la factibilidad de procesamientos de termoplásticos y el comportamiento elástico de los elastómeros. [5poli
Polimerización:
Polimerización: este término describe una reacción química que generalmente está asociada a la producción de sustancias plásticas.
Básicamente, una molécula individual del producto (líquido o gas) reacciona con otra para producir lo que se puede describir como una cadena larga. Estas cadenas se pueden formar para diferentes aplicaciones. Un ejemplo muy conocido es el poliestireno, el cual se forma cuando moléculas de estireno liquido reacciona entre sí (o polimerizan) formando un sodio, por lo tanto su nombre cambia de estireno a poliestireno (^poli^ significa muchos). [7poli]
La polimerización por adición y condensación son las dos principales maneras de efectuar la polimerización
(creación de un polímero). Los polímeros resultado de estos procesos se conocen como polímeros por adición y condensación respectivamente. La formación del polímero más común, el polietileno, a partir de moléculas de etileno es un ejemplo de polimerización por adición, es decir por crecimiento de cadenas. El etileno que es un gas, es el monómero (unidad individual) y tiene como fórmula C2h4 los dos átomos de carbono están unidos por un enlace covalente doble. Cada átomo de carbono comparte 2 de sus electrones con el otro átomo de carbono y dos átomos de hidrogeno están unidos o enlazados con cada uno de los átomos de carbono.
En presencia de una combinación apropiada de calor, presión y catalizadores se rompe el enlace doble entre los átomos de carbono y es remplazado por un enlace covalente simple, los átomos de carbono todavía están unidos, pero se convierten en activos se pueden agregar otras unidades de repetición o meros para producir la cadena polimérica. Para que inicie el proceso de polimerización por adición se agrega un iniciador al monómero. El iniciador que actúa como interruptor de arranque, forma radicales libres con el sitio que atrae uno de los átomos de carbono de un monómero de etileno. Al ocurrir esta reacción, el sitio reactivo se transfiere a otro átomo de carbono del monómero. [6POLI


Figura 1. Clasificación de los polímeros de acuerdo con su estructura y al tipo de monómeros que lo forman.


Materiales compuestos
La mayoría de los productos que vemos todos los días están hechos de materiales monolíticos. Eso significa que los componentes individuales consisten en un solo material (una de plástico sin refuerzo), o una combinación de materiales que se combinan de tal manera que los componentes individuales son indistinguibles (una aleación de metal).
Los materiales compuestos, por el contrario, consisten en dos o más materiales combinados de tal manera que los elementos individuales se pueden distinguir fácilmente.
Un ejemplo común de un compuesto es de hormigón. Se compone de un aglutinante (cemento) y un refuerzo (tierra batida). Añadir otro refuerzo (varillas) se transforma en un hormigón compuesto de tres fases.
Los materiales individuales que forman compuestos se llaman componentes. La mayoría de compuestos de dos materiales que lo constituyen: la matriz, y un refuerzo. El refuerzo es generalmente mucho más fuerte y más rígida que la matriz, y le da al compuesto sus buenas propiedades. La matriz tiene los refuerzos en un patrón ordenado. Debido a que los refuerzos son generalmente discontinuos, la matriz también ayuda a transferir la carga entre los refuerzos.
Los refuerzos vienen básicamente en tres formas: partículas, de fibras discontinuas, y la fibra continua.
Dentro de los compositos se pueden establecer tres tipos:
Compositos particulados, cuya fase inmersa en la matriz se compone de partículas con formas más o menos aproximadas a la esférica.
Compositos fibrosos, llamados así cuando el material de refuerzo está formado por fibras, esto es, por elementos en los que una dimensión predomina notablemente sobre las otras dos. Dentro del compuesto, las fibras de refuerzo pueden quedar orientadas de diversas formas
a) de forma unidireccional (fibras largas)
b) de manera aleatoria (fibras cortas)
c) con disposición ortogonal (mallas ortogonales)
d) en varias capas alternadas.
Compositos laminados. Son aquéllos en los que suelen alternarse las fases componentes en forma laminar, y no siempre con espesores semejantes. [10comp]
Una partícula tiene iguales dimensiones más o menos en todas las direcciones, aunque no tiene por qué ser esférica. Grava, microballoons, y el polvo de resina son ejemplos de partículas refuerzos. Refuerzo convertido en fibras cuando se convierte en una dimensión de largo en comparación a los demás.
Los refuerzos discontinuos (hilos cortados, las fibras de arroz blanqueado, bigotes) varían en longitud desde unos pocos milímetros a unos pocos centímetros. La mayoría de las fibras son sólo unas pocas micras de diámetro, por lo que no hace falta mucho para que la longitud del paso de partículas a la fibra.
Con cualquiera de partículas o fibras cortas, la matriz debe transferir la carga a intervalos muy cortos. Así, las propiedades compuesto no puede acercarse a las propiedades de refuerzo. Con fibras continuas, sin embargo, hay pocos, si los saltos en los refuerzos. Propiedades de compuestos son mucho más altos, y las fibras continuas tanto, se utilizan componentes de alta en el rendimiento de la mayoría, ya se trate de estructuras aeroespaciales o artículos deportivos.
Matriz de materiales suelen ser algún tipo de plástico, y estos compuestos a menudo se llaman los plásticos reforzados. Existen otros tipos de matrices, como el metal o cerámica, pero los plásticos son, con mucho, el más común. También hay muchos tipos de plásticos, pero una discusión de ellos está fuera del alcance de la semana de la columna de este. Baste decir por ahora que las dos matrices de plástico más comunes son las resinas epoxi y resinas de poliéster.
Los materiales compuestos están disponibles en hojas o láminas. Una sola capa de fibras orientadas en una sola dirección (unidireccional) o en dos direcciones (bidireccional, por ejemplo un tejido). Hay otras formas, pero estos son los más importantes para esta discusión.
Los compuestos más eficientes tienen la mayoría de sus fibras orientadas en la dirección de la carga primaria, y sólo suficiente fibras orientadas en las otras direcciones para llevar cargas secundarias y mantener la estructura unida.
[4 Comp.
Un material compuesto presenta dos elementos principales: fibra y matriz, pero además de ellos, existen otros tipos de componentes como cargas y aditivos que dotan a los materiales compuestos de características peculiares para cada tipo de fabricación y aplicación.

Tabla 1 Principales materias primas que componen un material compuesto


[3comp

Usos y aplicaciones de los materiales compuestos:




























Figura 2 Aplicación de los compositos en diferentes sectores

Aplicaciones de los compositos en la edificación
En los años 40 comienzan a utilizarse los compositos en diversas industrias, teniendo un amplio desarrollo en el campo de la aeronáutica y en diversas aplicaciones bélicas, de tal forma que ya en los años 60 todos los aviones incorporan algún material compositos.
De las aplicaciones bélicas primero y aeroespaciales después se pasa, con la industrialización y abaratamiento, a la utilización en otros campos de la industria, y así en los años 80 se utilizan ya cientos de toneladas en transporte, electricidad, deporte, etc. No obstante las aplicaciones de los compositos en el campo de la edificación, aunque ha habido alguna aplicación puntual con anterioridad, no empieza a interesar hasta hace unos pocos años.
Los materiales compuestos se aplican actualmente en todos sectores de la industria, el deporte, la construcción, etc. Y como ejemplo tomaremos las siguientes:
Impermeabilización de cubiertas
Los compositos con matriz polimérica, generalmente PVC o similares, son muy utilizados en impermeabilizaciones de cubiertas, gracias a sus propiedades frente al agua a su elasticidad y su técnica de colocación.
Electricidad
Los compositos con matriz polimérica, generalmente resina de poliéster o epoxi reforzadas con fibra de vidrio, son muy utilizados en las aplicaciones eléctricas por sus características dieléctricas y su ligereza, fundamentalmente.
Encofrados
Los moldes para hormigón en compuestos son utilizados para el moldeado de piezas prefabricadas o realizadas en obra. Son ligeros, fáciles de manipular, de larga duración. [10comp]

Metales y aleaciones
Hierro: Metal dúctil, maleable y muy tenaz, de color gris azulado, que puede recibir acabado muy fino y es el más empleado en la industria y en las artes. Es ferromagnético a temperaturas inferiores a 760ºC. Se alea con numerosos metales; con el carbono y el nitrógeno se obtiene, según las proporciones, soluciones sólidas terminales de inserción o compuestos definidos.
Es un metal reductor que se combina principalmente con el oxígeno, el azufre y el cloro. Reduce los ácidos cuyo anión no es reducible produciendo un desprendimiento hidrógeno, cosa que sucede con el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico. Con los ácidos cuyo anión es reducible, la acción del hierro es mucho más compleja. Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión La mayor parte de los metales proviene de los minerales. Un mineral es una sustancia de origen natural, con una composición química característica dentro de un cierto intervalo. Un depósito mineral cuya concentración es adecuada, en el aspecto económico para extraer el metal deseado se conoce como mena. Los metales más abundantes que existen como minerales en la corteza terrestre son aluminio, hierro, calcio, magnesio sodio, potasio titanio y magnesio. El agua de mar es una rica fuente de algunos iones metálicos como Na+ Mg2+ y Ca2+
Metales: elementos que son buenos conductores del calor y la electricidad y tienen tendencia a formar iones positivos en los compuestos iónicos. Se dividen en:
Metales alcalinos: incluyen a los elementos del grupo IA: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
Metales alcalinotérreos: los elementos del grupo 2A (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)
Metales de transición: elementos que tienen incompletos los subniveles d o que forman fácilmente cationes que tienen incompletos los subniveles.
No metales: generalmente es mal conductor del calor y la electricidad.
Metaloide: presenta propiedades intermedias entre los metales y los no metales. [8met]
Algunos metales son:
Atmosférica.
Es el elemento más pesado que se produce exotéricamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones).
Cobre: Metal rojizo, maleable y dúctil. Es un excelente conductor de la electricidad. Se encuentra libre en la naturaleza (cobre nativo), combinado con el oxígeno, y aparece en cantidades variables en los minerales de plata, hierro, antimonio, etc.
En las características del cobre encontramos las siguientes:
• Es un metal de transición, cuya densidad o peso específico es de 8920 kg/m3.
• Tiene un punto de fusión de 1083ºC.
• Es de color rojizo.
• Buen conductor del calor.
• Después de la plata es el de mayor conductividad eléctrica.
• Material abundante en la Naturaleza.
• Material fácil y barato de reciclar de forma indefinida.
• Forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas.
• Resistente a la corrosión y oxidación.
• De fácil mecanizado.
• Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
• Muy dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos muy finos.
• Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
• Material soldable.
• Permite tratamiento térmico. Temple y recocido
Estaño: El estaño es un metal blanco, tiene un aspecto poco brillante y en condiciones normales es inalterable al aire, poco conductor de la electricidad. Resulta muy maleable al frío y se puede extender hasta obtener finísimas hojas. En caliente resulta quebradizo. Las aleaciones del estaño constituyen metales o aleaciones blancas en razón de su color.
Tiene como símbolo el Sn, a baja temperatura (alrededor de los −48ºC), se forman gérmenes de estaño (mucho menos denso), que constituyen las manchas negras de la peste del estaño; desarrollándose, estos gérmenes llevan consigo tal aumento de volumen que el objeto sería destruido y se convertiría en polvo.
Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva.
Se usa es de disminuir la fragilidad del vidrio.
Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentríficos y pigmentos.














Ilustración 1 Estaño

Plomo: Tiene un aspecto plateado grisáceo; aunque recién cortado es brillante, va perdiendo brillo al oxidarse en contacto con el aire, y con los ácidos forma sales venenosas. Es un metal pesado, dúctil, maleable, blando y flexible; por lo que es muy fácil de modelar.
Los halógenos y el azufre se combinan fácilmente con el plomo; el ácido sulfúrico puede conservarse en recipientes de plomo, al contrario que el ácido nítrico, pues éste lo ataca fuertemente. El plomo fundido reacciona con el oxígeno del aire.
Sus compuestos más importantes para la industria son los óxidos de plomo, el tetraetilo de plomo y los silicatos de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cloro, cloroformo, ésteres, cadmio y sodio tienen importancia industrial.
Los compuestos del plomo son tóxicos y han producido envenenamiento de trabajadores por su uso inadecuado, por una exposición excesiva a los mismos, debida a una incompetencia importante por parte de trabajadores y empleadores. Sin embargo, en la actualidad el envenenamiento por plomo es raro en virtud a la aplicación industrial de controles modernos, tanto de higiene como relacionados con la ingeniería. El mayor peligro proviene de la inhalación de vapor o de polvo. En el caso de los compuestos órgano plúmbicos, la absorción a través de la piel puede llegar a ser desde significativa hasta muy importante.
El citrato de plomo es una sal pesada, tóxica y algo soluble en agua y otros solventes inorgánicos; se forma a través de la reacción de óxido de plomo con ácido cítrico.
















Ilustración 2 Plomo

Cinc: Presenta una coloración blanca azulada. Es un metal algo blando. Cuando se funde es frágil, sin embargo, cuando está laminado adquiere una mayor resistencia, e incluso es posible darle forma.
El cinc es un sólido que funde a 419ºC y cuya temperatura normal de ebullición es aproximadamente de 90ºC. Por tanto se trata de un elemento bastante volátil y blando cuyas propiedades mecánicas están fuertemente influenciadas por las impurezas. En caliente, el cinc reacciona enérgicamente con el oxígeno, los halógenos y el azufre. Es atacado por el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico corriente.
Aluminio: Metal de color y brillo similares a los de la plata, ligero y dúctil, muy maleable, por lo que puede presentarse en hilos y demás formas, buen conductor de calor y de la electricidad y resistente a la oxidación. Es un metal blando; tiene poca resistencia a la rotura y bajo límite elástico. Tiene un buen poder reflector. Su densidad en estado sólido.
Es un metal muy reactivo. Se combina en caliente con los halógenos, el oxígeno el nitrógeno y el carbono. Se mezcla con otros muchos metales, y ciertas aleaciones tienen gran importancia industrial.
Entre las características del aluminio se tienen las siguientes:
• De fácil mecanizado.
• Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
• Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
• Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas.
• Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
• Material soldable
• Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio que es impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos.
• El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes.
• La capa de óxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio. [9 met
Usos de las aplicaciones:
Potasio
• El potasio metal se usa en células fotoeléctricas.
• El cloruro y el nitrato se emplean como fertilizantes.
• El peróxido de potasio se usa en aparatos de respiración autónomos de bomberos y mineros.
• El nitrato se usa en la fabricación de pólvora y el cromato y dicromato en pirotecnia.
• El carbonato potásico se emplea en la fabricación de cristales.
La aleación NaK, una aleación de sodio y potasio, es un material empleado para la transferencia de calor.
• • El cloruro de potasio se utiliza para provocar un paro cardíaco en las ejecuciones con inyección letal.
• Otras sales de potasio importantes son el bromuro, cianuro, potasio, yoduro, y el sulfato.
Azufre
El azufre se usa en multitud de procesos industriales como la producción de ácido sulfúrico para
Baterías•
• En la fabricación de pólvora y el vulcanizado del caucho.
• El azufre tiene usos como fungicida y
• En la manufactura de fosfatos fertilizantes.
• Los sulfitos se usan para blanquear el papel y en cerillas













Ilustración 3 Azufre

Nitrógeno
-Se utiliza en obtención de amoníaco por el proceso de Haber. El amoníaco se emplea con posterioridad en la fabricación de fertilizantes y ácido nítrico.
-También se usa, por su baja reactividad, como atmósfera inerte en tanques de almacenamiento de líquidos explosivos
• En la fabricación de componentes electrónicos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.)

Mercurio
• Se utiliza en la extracción de oro y plata
• En la confección de espejos
• Se utiliza también en instrumentos de medida, enchufes, lámparas fluorescentes y como catalizador.
• Otros uso del mercurio, se dirige a la industria de explosivos, también ha sido notable su uso por los dentistas como compuesto principal en los empastes de muelas.
Zinc
• En el galvanizado del acero
Baterías de Zn−AgO usadas en la industria aeroespacial para misiles y cápsulas espaciales por su óptimo rendimiento por unidad de peso y baterías cinc−aire para ordenadores portátiles.
• Piezas de fundición inyectada en la industria de automoción.
• Metalurgia de metales preciosos y eliminación de la plata del plomo















Ilustración 4 Zinc

Aplicando aleaciones metálicas en la medicina
El Grupo de Física Aplicada de la Universitat de les Illes Balears (UIB), dirigido por el doctor Eduard Cesari, ha descubierto recientemente los beneficios médicos e industriales que se pueden derivar de la transformación y aplicación de diversas aleaciones metálicas entre materiales, como el cobre, el zinc y el aluminio, un proceso que puede ser aprovechado a fin de procurar reparaciones tanto en materia sanitaria como en otros ámbitos.

En un comunicado, la UIB explicó que estos expertos se han centrado en los últimos meses en el estudio de las denominadas aleaciones con memoria de forma ferromagnéticas, cuyos átomos experimentan diversos cambios dependiendo de la temperatura, de modo que estos materiales, al aplicarse entre otros aspectos a algunas partes del cuerpo, pueden causar numerosas mejoras.
En este sentido, los físicos señalaron que, por ejemplo, un hilo de níquel y titanio con estas características que sea ajustado a los dientes de un paciente que necesite una ortodoncia, recobrará su forma original al notar el calor de la boca, lo que obligará a los dientes a adaptarse a esta configuración y a alcanzar una colocación correcta dentro de la boca.
Otros beneficios que se alcanzan con esta aleación son los dispositivos de cirugía no invasiva, al ser posible introducir un hilo de níquel y titanio en el cólon de un paciente y, ya en el interior, que el hilo recupere su forma de fase matriz. Así, el cirujano dispondría de un microbisturí especialmente diseñado para seccionar pólipos intestinales.
Esta es una de las aplicaciones de los materiales con memoria de forma, a la que se suma su utilización en antenas para satélites desplegables, dispositivos para ortopedia y para cirugía no invasiva y sensores aplicables a distinta maquinaria, como válvulas y resortes. "Un objeto con estas cualidades puede hacer que su aplicación en una zona corporal o en otro elemento corrija el defecto que éste padece, obligándole a adaptarse al objeto con memoria de forma", aseguró Cesari. [11met]

Conclusiones
En conclusión podemos darnos cuenta de la importancia del mundo de los materiales en la industria, ya que tiene una amplia gama de aplicaciones. Lo importante es darnos cuenta de cómo aprender a utilizarla y darle la importancia que merece ya que conociéndola mejor podemos tener grandes ahorros durante el proceso con una mejor calidad y tomando conciencia del daño que se le puede hacer al medio ambiente ya que el ingeniero en materiales toma en cuenta las repercusiones que puede hacerle al medio ambiente con la creación de nuevos materiales.

Bibliografía y fuentes de información
• [1 cera http://www.mitecnologico.com/Main/EstructuraPropiedadesDeCeramicos
• [2cera http://www.mitecnologico.com/iem/Main/Ceramicos
• [3comp http://books.google.com.mx/books?id=cJvCLh9kOK0C&printsec=frontcover&dq=materiales+compuestos&source=bl&ots=syfU0ZDmV7&sig=tVl8zRdJVSizMt8lV_BK_IbJQsw&hl=es&ei=vCL7S-KjD8O78gaOpLHmCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=11&ved=0CEMQ6AEwCg#v=onepage&q&f=false
• [4 comp  http://composite.about.com/od/aboutcompositesplastics/l/aa060297.htm
• [5 poli Askeland, Donald R, Phule Pradeep P.”Ciencia e Ingeniería de los materiales” editorial Thomson,4ta edición
• [6poli] Askeland, Donald R, Phule Pradeep P.”Ciencia e Ingeniería de los materiales” editorial Thomson,4ta edición
• [7poli http://www.quiminet.com/ar2/ar_advchgsAarm-glosario-de-terminos-de-accidentes-quimicos.htm
• [8met Chang, Raymond “Química”.
• [9met] http://www.mitecnologico.com/Main/TiposMetales
• [10comp]http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es/index.php/informesdelaconstruccion/article/viewFile/568/643
• [11met]http://www.lukor.com/ciencia/05021405.htm

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3 comentarios - La ingeniería en materiales

leoclemen
Muy bueno amigo!!! postea manuales de estudio si es que los tienes, muchas gracias por tu aporte!
elenagustina34
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AlsGalarza
muy buen post....... yo soy estudiante de esta bellisima carrera!!!!!111