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Introduccion
a la
Ciencia de los Materiales
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Introduccion a los Materiales

• Perspectiva histórica
• Ingeniería y ciencia de materiales
• Clasificación y selección de materiales
• Materiales avanzados

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PRÓLOGO 
Material es lo que no es espiritual todas las
sustancias con las cuales están hechas las cosas
y los seres. Así, casi lo único que identifica al
campo de los materiales es su propio nombre esto
es, la etiqueta, la palabra "materiales". Madera,
plásticos, metales duros y blandos, vidrio y
cerámicas, telas, las llamadas tierras raras, el
cemento, son todos ellos materiales. Su
disponibilidad, sus propiedades y características
físicas y químicas, sus usos y aplicaciones son
radicalmente diferentes, pero todos forman parte
del mundo de los materiales. Cómo definir tan
vasta extensión? más aún porque cuando de
materiales se habla no siempre se incluyen todos
los que, estrictamente, lo son. Generalmente se
dejan fuera elementos y sustancias que no se
utilizan para la manufactura de objetos y cosas.
El agua rara vez se incluye como material, aun
cuando estrictamente lo es lo mismo ocurre con
el aire que respiramos y (afortunadamente) con la
carne que nos constituye.
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Pregunta eterna
Cuatro elementos básicos (Empedocles)
De que esta hecho el mundo?
Que lo mantiene unido?
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Cronologia de los Materiales
Los materiales han desempeñado un papel muy
importante en la historia de la humanidad. Las
eras históricas han sido nombradas de acuerdo a
los materiales
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La Edad de Piedra
El Lítico o Edad de la Piedra se extiende desde
la primera aparición del hombre hasta alrededor
del 4.000 a.C. Corresponde al periodo
prehistórico en el cual el instrumental empleado
por el hombre estaba construido principalmente
con piedra (sílex, cuarcita, otras variedades de
cuarzo y rocas de gran dureza), pero también con
madera y huesos. Este período se divide en dos
el Paleolítico y el Neolítico.
El Paleolítico o Edad de la Piedra Antigua
caracterizado por el uso de la piedra tallada
El Neolítico, o Edad de la Piedra Nueva,
corresponde al período en que se utilizaba la
piedra pulimentada,
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PALEOLITICO
Si nos remontamos hasta la aparición del homo
sapiens, encontramos justamente la era llamada
del Paleolítico Superior, donde podemos observar
una destreza considerable en el manejo del
pedernal, la madera y algunas fibras vegetales,
indudablemente los primeros MATERIALES utilizados
por el hombre.
Herramienta primitiva de piedra (1 750 000 años).
Bifaz de sílex
Cuchillo de silex con mango
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NEOLITICO
La alfarería (Cerámica)

• Avances en el Neolítico
• Las herramientas de los campesinos de la Europa
  neolítica se limitaban a hoces, hachas y azadones
  que eran de pedernal u otra piedra afilada y
  pulimentada
• En el Neolítico surgió en Europa la cerámica.
• Cada grupo local llegó a tener su propio estilo
  de vasijas.
• Casi no había armamento porque las productivas
  comunidades agrícolas de aquel periodo vivían
  aisladas y eran prácticamente autárquicas.
• El comercio se limitaba principalmente al
  pedernal u otras piedras de alta calidad y
  ocasionalmente a artículos de lujo

Utilización de la arcilla para fabricar ladrillos
Plasticidad en húmedo
Arcilla
Rigidez en seco
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Palenque
(600 900 dC)
Papal Vacal
Templo mayor
Dibujo sobre piedra
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La Edad de los Metales
Los objetos metálicos más antiguos conformados
artificialmente de los que se tiene noticia son
unas cuentas de cobre encontradas en el norte de
Irak se calcula como fecha probable de su
manufactura entre el octavo y noveno milenio a.C.
Al parecer, estas piezas son de cobre natural y
fueron conformadas mediante martillo y yunque.
También se tiene información de que en la
región de los Grandes Lagos en Estados Unidos los
nativos utilizaron cobre natural alrededor del
segundo milenio a.C. Por otra parte, existen
evidencias de que el hombre manipuló compuestos
metálicos con mucha anterioridad a las fechas
mencionadas.
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LA EDAD DE COBRE
El cobre fue, por ser muy maleable, el primer
metal utilizado por el hombre. Características
Es doblado, modelado y reducido a láminas.
Si se lo somete a la acción del calor, se
funde y adquiere la forma del recipiente o molde
donde es volcado. Al enfriarse, retiene esa forma
y se vuelve tan duro como la piedra.
De esta manera, el cobre presentó mayores
ventajas que la piedra una herramienta de cobre
puede volverse a afilar y, si se rompe, puede
fundirse de nuevo.
LA EDAD DE BRONCE
Más tarde, el cobre fue fundido con el estaño y
el hombre consiguió el bronce. Lo utilizó sobre
todo para la fabricación de cuchillos, espadas y
puñales. Por último, al trabajar el hierro, los
hombres pudieron desmontar selvas, cazar animales
peligrosos, construir embarcaciones, edificar
ciudades. Pero debemos tener en cuenta que la
metalurgia del hierro sólo logró alcanzarse
durante los tiempos históricos.
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(No Transcript)
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Técnicas empleadas
Martilleo forjado en frío se puede considerar
una técnica propia de la Edad de la Piedra, que
aplicada al cobre natural posibilitó la obtención
de piezas tales corno cuentas, punzones, agujas o
arillos de dimensiones pequeñas.
Recocido la aplicación moderada de calor que
permite el reblandecimiento del metal a fin de
facilitar su conformación mediante el martilleo.
Indudablemente esta técnica fue el antecedente
directo de la fundición. Fundición fue
posible cuando el hombre aprendió a confinar el
calor para que alcanzara temperaturas cada vez
mayores, hasta lograr que el metal fuera
"líquido", condición que le impuso o le sugirió
la necesidad de darle forma una vez que se
enfriara, lo que desembocó en la cuarta y última
etapa. Moldeo para darle una forma
específica al metal ya fundido es preciso
depositarlo en algún recipiente adecuado que lo
aloje mientras se lleva a cabo el enfriamiento
con la consecuente solidificación del metal.
Entretanto, cabe la posibilidad de utilizar el
martilleo para obtener la forma deseada.
Edad del Cobre precedió a la Edad del Hierro ya
que el cobre funde a 1 083 C mientras que el
hierro lo hace a 1 537C
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Hacia el tercer milenio a.C., todos estos metales
ya eran conocidos para el hombre
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El proceso de reducción por carbón fue empleado
empíricamente para la obtención del metal puro
En el caso de la hematita
Fe2O3 3C 2Fe 3CO
Más de la mitad de la corteza terrestre está
constituida por sólo siete elementos, a saber
silicio (Si), 27.6 aluminio (Al), 8.1 hierro
(Fe), 5.1 calcio (Ca), 3.6 sodio (Na), 2.8
potasio (K), 2.6 y magnesio (Mg), 2.1.
Materiales naturales
Procesos del hombre
Desarrollo de la humanidad
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La Edad de los Polimeros
Proteínas, celulosa y almidón son materiales que
han estado con el hombre desde siempre, así como
en árboles, arbustos y plantas de todo tipo han
estado las resinas y la lignina. A pesar de ello
el hombre no cobró conciencia de su importancia y
tal vez ni siquiera de su existencia, sino hasta
hace menos de un siglo.
Todo parece indicar que estos materiales fueron
descubiertos por el hombre cuando éste ya
habitaba América
Los nativos se referían a un material con un
vocablo parecido a "koo-choo", que se transformó
en "caucho", nombre que hasta la fecha se usa en
varios países de habla hispana a excepción de
México, donde lo denominamos hule, de la voz
nahua ulli, de donde proviene también el nombre
que se ha dado a la cultura olmeca, voz que
significa "habitante del país del hule".
El hule se obtiene del látex que segregan estas
plantas al hervir su corteza. Este látex contiene
diminutas partículas que van creciendo bajo la
acción del calor. Éste es propiamente el hule
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Siglo XX
Optimización de los productos de las industrias
del carbón y del petróleo
Avance de la química
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(No Transcript)
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CLASES PRINCIPALES DE MATERIALES
Clasificación de los materiales
Cerámicos
Polímeros
Semiconductores
Materiales compuestos
Metales
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Estructuras internas de los materiales
Nivel atómico
Nivel cristalográfico
Nivel microestructural
Las propiedades de los materiales dependen
de La estructura en escala atómica De su
microestructura (escala intermedia)
Aluminio (estructura cúbica)
Magnesio (estructura hexagonal)
Fibras de vidrio embebidas en polímero
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Propiedades del comportamiento y manufactura de
materiales
Propiedades Físicas y Químicas
Estructura de Materiales
Propiedades Mecánicas
Modificación de propiedades
Enlaces atómicos Cristalinidad Cadenas
Moleculares Arreglos atómicos Cristalografía
Esfuerzo Deformación Ductilidad
Elasticidad Dureza Fatiga Fractura Tenacidad
Densidad Punto de fusión Transición vítrea Calor
especifico Conductividad térmica y
eléctrica Magnetismo Corrosión
Tratamiento por calor Tratamiento
superficial Refuerzos Laminaciones
Cargas Aleaciones
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Seleccion de Materiales
Cilindro de almacenamiento de gases Requerimiento
Resistir altas presiones (14 MPa)
Cabina de presión de una aeronave Requerimiento
resistir altas presiones Costo
Funcionalidad
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La Importancia de los Materiales en Sociedades
Tecnológicamente Avanzadas
Estructura
Propiedades
Procesamiento
Hierro blando
Moldeo a Temperaturas altas
Acero (Fe-C)
Espada japonesa

• Miniaturización
• Intercambio de información

Señales eléctricas
Ópticas
Microcircuito electrónico