D. I. Luis Alberto Laguado Villamizar · Bibliografía ASHBYMichael, SHERCLIFFHugh,CEBONDavid....
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D. I. Luis Alberto Laguado Villamizar
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Contenido
�Historia
�Ciencia e Ingeniería de Materiales
�Estructura de los Materiales
�Clasificación de los materiales
�Clasificación Funcional de los Materiales
�Clasificación Estructural de los Materiales
�Efectos externos
�Bibliografía
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ASHBY, 2007
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FRP Fiber Reinforced Plastic
CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
GFRP Glass Fiber Reinforced Plastic
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Ciencia e Ingeniería
de los materiales
MicroestructuraComposición
Síntesis y Procesamiento
Desempeño/Costo
ASKELAND, 2004
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Ciencias Básicas
Ciencias Aplicadas
ASHBY, 2011
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Estructura de los MaterialesDescripción de la forma como se arreglan los elementos constitutivos dentro de un material. Influye en sus propiedades, aunque no cambie la composición química.
� Estructura Atómica
� Estructura Molecular
� Estructura Granular (Microestructura)
� Estructura Multifásica (Macroscópico)
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Estructura Atómica
� La disposición de loselectrones afecta elcomportamiento eléctrico,magnético, térmico yóptico.
www.kalipedia.com
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Estructura Molecular
� La disposición o arreglode los átomos.
� El estudio de la estructuracristalina y lasimperfecciones influye enlas propiedades delmaterial.
www.tinet.cat
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Estructura granular
�
www.utp.edu.co
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Estructura de fases
� En la mayor parte de losmateriales se presentamás de una fase conarreglo atómico ypropiedades únicas cadauna.
www.cie.unam.mx
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Composición
http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/
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Síntesis
http://www.codelco.com/la_corporacion
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Procesamiento
http://www.interempresas.net/Plastico
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Clasificación de los materiales
1. Metales y aleaciones
2. Cerámicos, vidrios y vitrocerámicos
3. Polímeros (plásticos)
4. Semiconductores
5. Materiales compuestos
ASKELAND, 2004
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ASHBY, 2011
Composites
Particulados
COMPUESTOSFibras
Laminados
Aleaciones
Aceros
METALESHierros
Aluminios
Aluminas
Carburos de Silicio
CERAMICOSNitruros de Silicio
Zirconias
Termoplásticos:
PE, PP, PET, PS,
POLIMEROSPoliéster,
Fenólicas
Epóxicas
Sílice
Borosilicato
VIDRIOSVitrocerámicos
Isopreno
Neopreno
ELASTÓMEROSCaucho natural
Siliconas
EVA
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ASHBY, 2007
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Metales y aleaciones� Buena conductividad eléctrica y
térmica
� Altos puntos de fusión
� Alta Resistencia mecánica y rigidez
� Alta tendencia a la corrosión y oxidación
� Buena ductilidad o formabilidad
� Buena resistencia a los choques térmicos
� Buenos reflectores de la radiación visible
www.designsngold.com
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� Composición: uno o más elementos metálicos:
Hierro, Cobre, Aluminio.
� Combinados con elementos No Metálicos:
Carburo de Silicio, Oxido de hierro.
� Son elementos inorgánicos
� Tienen estructura cristalina
� Aleaciones Ferrosas: Acero, Hierro fundido
� Aleaciones No Ferrosas: Cobre, Titanio, Aluminio
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Cerámicos� Materiales inorgánicos
� Estructuras Cristalinas y
No Cristalinas
� Ladrillos, vajillas, artículos sanitarios, refractarios (materiales resistentes al calor), abrasivos.
� Aislantes eléctricos
y Térmicos
� Alta resistencia térmica
� Alta dureza
� Fragilidadwww.obralia.com
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Vidrios � Materiales Amorfos, trasparentes
� Se obtienen de la Sílice fundida
� Alta resistencia térmica
� Alta fragilidad
� Construcción, automóviles, computadores, televisores…
� Vidrios templados y Vitrocerámicos: tratamientos térmicos y nucleación.http://www.scranton.com.ar/vasa/vidrios
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Polímeros
� Termoplásticos, Termoestables, Elastómeros.
� Origen natural: celulosa, caucho, polisacaridos
� Origen sintético: petróleo y gas natural
� Estructura lineal, pueden ser cristalinos
� Buena resistividad eléctrica
� Buen aislamiento térmico
� Buena relación Resistencia/Peso
� Buena resistencia a sustancias corrosivas
www.postgrado.csic.es
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Semiconductores
� Conductividad eléctrica intermedia
� Aplicaciones electrónicas
� Estructura monocristalina
� Películas delgadas
materiales-sena.blogspot.com
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Materiales Compuestos
� Combinar y mejorar las propiedades de los materiales
� Materiales ligeros, resistentes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas.
� Fase Continua: Matriz,
Fase Dispersa: Refuerzo
� Concreto, madera, plásticos reforzados con fibra de vidrio y fibra de Carbono.
www.directindustry.es/prod
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� Reforzados con partículas
Papel abrasivo
� Reforzados con fibras
GRFP, CRFP
� Reforzados con láminas
(Páneles tipo sandwich)
Maderas prefabricadasASHBY, 2011
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Clasificación funcional
de los materiales
Aeroespaciales
Biomédicos
Electrónicos
Energías y ambiente
Magnéticos
Ópticos
Inteligentes
Estructurales
ASKELAND, 2004
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Aeroespaciales
� Alta resistencia, bajo peso
� Polvo de Aluminio
� Aleaciones de aluminio,
� Aleaciones de Titanio
� Plásticos reforzados
� Sílices
www.hightechscience.org
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Biomédicos
� Implantes ortopédicos: acero inoxidable.
� Implantes dentales: Aleaciones de Titanio
� Implantes cardiovasculares: Aleaciones de Ni-Ti
� Cerámicas dentales: Zirconia, Hidroxiapatita
� Imágenes ultrasónicas: Cerámicos PZT (Titanato de Plomo y Zirconia)
www.nobelbiocare.com
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Materiales electrónicos
� Semiconductores y circuitos integrados: Si, Ge.
� Capacitores cerámicos: Titanato de Bario (BaTiO3) Óxido de Tantalio (Ta2O5)
� Superconductores
� Conductores eléctricos
materiales-sena.blogspot.com
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Tecnología energética y
ambiental� Combustible nuclear: Dióxido
de Uranio y Plutonio
� Baterías y celdas de combustible: Zirconia (ZrO2)
� Industria del petróleo: zeolitas, alúmina.
� Catalizadores: Platino, Rohdio,
� Energía solar: Silicio amorfo.caebis.cnea.gov.ar/El_uranio
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Materiales magnéticos� Discos duros de PC:
aleaciones de cobalto, platino,tantalio y cromo.
� Cintas de video: óxido dehierro sobre Acetato decelulosa.
� Inductores y comunicacióninalámbrica: ferrita magnética
� Núcleos de transformadores:aceros y silicio.
www.recoverylabs.com
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Materiales fotónicos u ópticos
� Fibras ópticas: Sílice.
� Detectores y láseres desemiconductor: granates dealúmina (Al2O3) y de itrio-aluminio (YAG yttriumaluminum garnet)
� Celdas solares y módulosfotovoltáicos: Silice amorfo.
� Pantallas de cristal líquido.
www.redestelecom.es
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www.braile.com.br
Materiales inteligentes
� Material que responde anteestímulos como: temperatura,esfuerzos, humedad, químico.
� Aleaciones con memoria deforma: Nitinol Ni-Ti
� Fluidos magnetorreológicos:pinturas magnéticas.
� Vidrios fotocrómicos
� Espejos de opacidadautomática.
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Materiales Estructurales
� Diseñados para soportaresfuerzos
� Combinación de resistencia,rigidez y tenacidad bajodistintas condiciones de cargay temperatura
� Construcciones de edificios,puentes: aceros, concreto,materiales compuestos.
� Automóviles: aceros, vidrios,plásticos, compuestos.
www.rr-middleeast.oie
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Clasificación Estructural
Gases monoatómicos
Materiales amorfos
Cristales líquidos
Materiales cristalinos
Monocristales
Policristalinos
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Efectos externos
�Temperatura
�Corrosión
�Fatiga
�Rapidez de deformación
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Efecto de la Temperatura
ASKELAND, 2004
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Corrosión� Los materiales pueden reaccionar con el oxígeno y
otros gases, a la intemperie y a altas temperaturas.
� Desarrollo de recubrimientos para protección.
http://www.trekearth.com/gallery/Central_America/Cuba/East/Guantanamo/Baracoa/
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Fatiga� El material es sometido a cargas dinámicas, las
repeticiones prolongadas de los ciclos de carga generangrietas que conducen a la falla por fatiga.
http://www.tecnoedu.com/Microscopios/MuestraMetales.php
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Rapidez de deformación
� Algunos materiales presentan buena ductilidad si se tensionan lentamente,
y pueden ser frágiles si se
tensionan rápidamente.
� La resina Silly Putty® es un plástico a base de Silicona que presenta esta comportamiento.
http://www.michaelcoolidge.com/silly_putty_04.asp
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Bibliografía
� ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David.MATERIALS: engineering, science, processing anddesign. University of Cambridge, UK Butterworth-Heinemann, first edition 2007.
� ASHBY Michael and FRY Marc. Innovation inMaterials Teaching: sustainability and hybridmaterials. www.grantadesign.com/education/resources
2011.� ASKELAND Donald, PHULÉ Pradeep. Ciencia e
Ingeniería de los Materiales. Cuarta edición, Thomson, México, 2004.