Elaboraci

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Materiales industriales
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de
la Producción Ingeniería industrial
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Objetivos de Clase 1

• Resumir breve historia de la ciencia de los
  materiales.
• Identificar los tipos de materiales
• Explicar la diferencia entre Ciencia e ingeniería
  de materiales.

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Historia

• Edad de piedra herramientas de materiales
  naturales.
• Introducción del bronce (5 000 años) gt Aleación
  (más de un metal. Bronce puede ser formado o
  fundido en diferente formas o puede ser
  endurecido mejorando la aleación).
• Edad del Acero (3 000 años). Resistente y
  económico material, y barato, que cambió el
  sistema de vida cotidiana.

Ciencia de Materiales
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Historia

• Edad de materiales avanzados (actual) se han
  introducido los cerámicos, polímeros
  semiconductores, materiales compuestos
• Investigación continua estructuras,
  procesamiento, propiedades y
  rendimiento de los
  materiales.
• Innovación diseño y aplicación inteligente de
  los materiales.

Ciencia de Materiales
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Perspectiva Tecnológica

• Entendimiento estructura-procesamiento-propiedades
  ha conducido a un progreso en los materiales.
• Ejemplo
• Diferencias entre nanoarcillas y arcillas .
• Encontrar soluciones y demandas tecnológicas
  actuales.

Ciencia de Materiales
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Qué es Ciencia de Materiales ?

• Ciencia que se encarga de establecer las
  propiedades físico-químicas de los materiales
  naturales o sintéticos y en base a estos
  conocimientos encontrar métodos de preparación y
  desarrollo tecnológico.
• Áreas de interacción
• preparación y síntesis de los materiales
• caracterización de los materiales,
• establecer relación estructura-propiedades y
  aplicaciones.

Ciencia de Materiales
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Qué es Ciencia de Materiales ?

• Ciencia de materiales ha sido una respuesta a las
  demandas tecnológicas del mercado y desarrollar
  productos.
• En qué se diferencian la Ingeniería de
  materiales y la Ciencia de materiales?

Ciencia de Materiales
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Ciencia e Ingeniería de Materiales
Materiales de Ingeniería Diseño de una estructura
o producto para alcanzar las propiedades deseadas.

• Metales
• Procesamiento
• Estructura
• Propiedades
• Rendimiento

• Plásticos
• Estructura
• Procesamiento
• Propiedades
• Rendimiento

Ciencia de Materiales Investiga la relación
entre la estructura y las propiedades de los
materiales
Ciencia de Materiales
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Origen de las propiedades de los materiales
Estructura

• Como se estudian las estructuras mediante la
  caracterización o identificación de cómo están
  organizados los átomos o moléculas
• Estructura sub-atómica Estructura electrónica de
  los átomos que define la interacción entre ambos
  átomos
• Estructura atómica arreglo de átomos en
  materiales. Mismo átomos pueden tener diferentes
  arreglos
• Estructura microscópica (Microestructura)
  arreglo de pequeños granos de los materiales.
• Estructura macroscópica Granos vistos a simple
  vista

Ciencia de Materiales
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Factor de respuesta Propiedades

• Es la respuesta de un material al interactuar con
  una estimulo externo
• Mecánicas deformación, respuesta a fuerzas,
  esfuerzos, etc.
• Eléctricas respuestas a campos eléctricos,
  conductividad, constante dieléctrica, etc.
• Magnéticos respuestas de un material ante un
  campo magnético
• Térmicos transmisión de calor
  o capacidad
  de calor
• Ópticas absorción, transmisión
  o reflexión de la luz
• Degradación contacto con ambientes (corrosión)
  

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Medios para alcanzar propiedades Procesamiento
Propiedades dependen de la estructura
Ejemplo dureza vs. estructura del acero
(d)
6
00
5
00
(c)


4
00
(b)

Hardness (BHN)
(a)
Porcentaje de carbono 4 del peso
3
00


2
00
100
0.01
0.1
1
10
100
1000
Cooling Rate (C/s)
El procesamiento puede cambiar la estructura
Ejemplo estructura vs. Velocidad de enfriamiento
del acero
Ciencia de Materiales
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Tipos de materiales

• Metales la valencia de electrones es refería por
  los átomos, dichos átomos están unidos por un mar
  de electrones, los electrones pegan los iones
  juntos. Caracteristicas enlaces fuertes, buenos
  conductores, poseen brillos al ser pulidos, etc.

Ciencia de Materiales
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Tipos de materiales

• Polímeros tienen principalmente fuerzas
  covalentes y de Van der Waals entre los átomos,
  que son formados mayormente por C e H. Son
  ligeros y proseen diferentes propiedades
  dependiendo de su estructura molecular. Son
  baratos y tienen buena relación entre sus
  propiedades y el costo

Ciencia de Materiales
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Tipos de materiales

• Cerámicos los átomos se comportamiento como
  iones positivos o negativos y son unidos por
  fuerzas de Coulomb. Usualmente son combinaciones
  de metales o semiconductores con oxigeno,
  nitrógeno o carbono. Características duro ,
  frágil y aislantes. Ejemplo porcelana.

Ciencia de Materiales
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Tipos de Materiales

• Semiconductores los enlaces son covalentes. Sus
  propiedades eléctricas depende de la purezas del
  material tales como Si o Ge. En general poseen
  baja conductividad eléctrica
• Ejemplos microchip , controla la señal eléctrica

Ciencia de Materiales
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Tipo de materiales

• Compuestos los compuestos están formados por dos
  o mas materiales diferentes. Propiedades difieren
  de matriz y relleno. Ej. Hormigón.

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Proceso de Selección de Materiales

• Partir de una propiedad requerida. Prop
  mecánica, eléctrica, óptica, decorativa, etc..
• Con las propiedades identificar el material a
  escoger o alternativas. Material estructura,
  composición, cristalino, etc.
• Con el Material, identificar el procesamiento
  requerido. Procesamiento es cambiar la estructura
  para dar una forma determinada
• Analizar el costo del material y procesamiento
  con las propiedades requeridas

Ciencia de Materiales
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Preguntas de repaso
Cual es la diferencia ciencias de los materiales
y ingeniería de materiales? Identifique los
cuatro tipos básicos de materiales (Ceramicos,
metales, compuesto y polímeros) dentro del aula
Por que a algunos periodos de tiempo tienen
nombre de algunos materiales?