Ciencia de los materiales

Industriales. Nomenclatura. Tipos. Metales. Aleaciones. Metalurgia. Magnesio. Moldeo. Modelos. Polimerización

  • Enviado por: Miguel González
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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Unidad I

Metales y aleaciones.

Hierro y sus aleaciones conceptos básicos fundición gris y blanca aceros de bajo y alto carbón aceros inoxidables aceros para herramientas

Aplicaciones

Código ASTM.otros códigos y nomenclaturas

Metales y aleaciones no ferrosas

Conceptos básicos

Principales aleaciones de Cu, Al, Pb, Ni, Ti, Mg, Be, Cr, Mn, Mo, Sb, Sn, Zn,

Aplicaciones

Nomenclatura del código ASTM

UNIDAD II.

Definición de polímeros

Clasificación de polímeros.

Por su origen natural o artificial

Por su estructura orgánica o inorgánica

Por el tamaño de sus moléculas

Por su estructura fundamental

Por el método de fabricación

Por sus propiedades

Por sus aplicaciones

Consideraciones estructurales

Tipo de monómero

Grado de polimerización

Polímeros lineales

Polímeros ramificados de eslabón cruzado y escalonados

Angulo de enlace y longitud molecular

Configuración espacial

UNIDAD III

Definición y clasificación

Cerámicos no cristalinos

El estado vítreo

Entramado vítreo

Propiedades y aplicaciones

Cerámicos cristalinos

Relaciones estructurales

Imperfecciones en la estructura cerámica

Cristalinas

Refractarios

Diagramas de fase

Procesamiento

Características y aplicaciones

Cementitas

Diagrama de fase

Procesamiento

Características y aplicaciones

Otros semiconductores y aislantes

Superconductores

Ferritas

Electrolitos

UNIDAD IV

Materiales compuestos

Compuestos reforzados con partículas

Compuestos reforzados con fibras

Compuestos laminares

Concreto , asfalto y madera

INTRODUCCIÓN:

Los datos arqueológicos indican que en beneficio de la humanidad se ha dispuesto de “ MATERIALES INGENIERILES “ y se han utilizado desde el periodo neolítico ,que principio hace unos 10000 años A.C , inicialmente ,estos materiales consistieron de:

MADERA

PIEDRA

ARCILLA

METALES METEORICOS

HUESO

Mas tarde en Asia Menor se desarrolla la metalurgia del cobre y se obtuvieron objetos como:

ALFILERES

ALAMBRES

ANZUELOS

AGUJAS

NAVAJAS

El objeto de esta introducción condensada de los aspectos históricos de los materiales de ingeniera ,es el de mostrar que los metales ,los cerámicos y ciertos polímeros naturales no son por ningún motivo descubrimientos recientes ,algunos de estos materiales se han desarrollado y utilizado hace unos miles de años ,tal vez este quede mejor expresado en el pasaje siguiente del primer libro del antiguo testamento ( GENESIS XI ,3 ).

A continuación se vera la nomenclatura de los materiales para ingeniería con sus respectivas propiedades:

NOMENCLATURA DE LOS METALES:

Metales

Polímeros

Compuestos

Cerámicos

Prop. Mecánicas: Resistencia a las fuerzas

Metales:

Prop. Físicas: Conductividad térmica y eléctrica

Prop. Físicas: Resistencia al medio ambiente

Polímeros

Prop. Mecánicas: Resistencia al desgaste

Compuestos: Proporcionan propiedades que un solo material no puede dar.

Prop. Físicas: Alta resistencia a la temperatura y aislante

Cerámicos:

Prop Mecánicas: Resistencia a la compresión

Propiedades Mecánicas: Parte de la física que estudia el comportamiento de los materiales ,bajo la acción de fuerzas.

Propiedades Físicas: Torsión ,compresión ,tensión ,impacto etc.

USOS:

Metales: Fabricación de piezas mecánicas y estructuras

Polímeros: Fabricación de piezas mecánicas y uso domestico

Compuestos: Piezas electrónicas ,capacitores ,resistencias.

Cerámicos: Recubrimientos en hornos y refractarios

TIPOS DE MATERIALES.

Los materiales se clasifican según su uso en 4 grupos que son: Metales ,Cerámicos ,Polímeros y Materiales compuestos.

Metales: los metales y sus aleaciones que incluyen el acero son susceptibles de aceptar los siguientes materiales:

Aluminio

Magnesio

Zinc

METALES QUE INCLUYEN: Hierro Fundido

EL ACERO Titanio

Cobre

Níquel

Estos metales tienen como característica muy en general una adecuada conductividad eléctrica ,como térmica relativamente alta resistencia mecánica ,alta rigidez ,muy buena ductilidad y resistencia al impacto.

Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga ,aunque en ocasionalmente se utilizan en forma pura ,sin embargo se prefiere el uso de combinaciones (aleaciones) para mejorar ciertas propiedades deseadas o permitir una mejor combinación entre ellos.

El hierro y el acero son ampliamente utilizados y baratos parecen poco llamativos con aleaciones del Cobre ya que es muy colorido ,estas aleaciones son ligeras y se utilizan en la aviación y en el área espacial ,sin embargo algunos de los materiales mas avanzados tales como el acero inoxidable que es resistente a la corrosión ,las aleaciones para servicios a altas temperaturas como en el caso de las turbinas de gas o del hierro dúctil para fundiciones están basadas en el metal de Hierro estos metales comprenden de los aceros de alta resistencia los de baja resistencia a los de fundición gris.

CERAMICOS: Los materiales cerámicos como ladrillos ,vidrio ,loza tienen escasa conductividad eléctrica y térmica aunque sus características es tener buena resistencia y una buena dureza ,son materiales muy dúctiles y poca resistencia al impacto por tal motivo son menos usados que los metales en aplicaciones estructurales son excelentes para altas temperaturas son materiales de excelentes condiciones para la corrosión muchos de ellos tienen propiedades ópticas y térmicas algunos de ellos son hermosos ,como la loza fina ,son muy útiles como los imanes cerámicos en la fabricación de televisores ,en las tuberías para alcantarillados y en ladrillos para construcción.

Ladrillo

CERAMICOS DE ESCASA Vidrio

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Loza

POLIMEROS: Los polímeros son moléculas orgánicas gigantes ,son ligeras y resistentes a la corrosión buenos aislantes eléctricos ,pero tienen relativamente baja resistencia a la tensión y son adecuados para uso a alta temperatura.

Los polímeros se emplean en innumerables aplicaciones como son:

JUGUETES

PINTURAS

ADHESIVOS

NEUMATICOS (Ebonita)

EMPAQUES

POLIESTER

Dentro de ellos podemos incluir al plástico caucho ,ahora se utiliza en el poliéster y muchos tipos de adhesivos que se producen creando grandes estructuras moleculares ,a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas o “ POLIMERIZACIÓN “.

Los polímeros se clasifican en:

TERMOESTABLES

TERMOPLÁSTICOS

ELASTOMEROS

TERMOESTABLES: Este tipo de material no puede ser procesado después de que ya ha sido conformado en su totalidad.

TERMOPLÁSTICOS: Se comportan de manera plástica a altas temperaturas pero la naturaleza su enlace lo modifica naturalmente cuando la temperatura se eleva ,este proceso puede ser enfriado ,recalentado o conformado sin afectar el comportamiento del mismo.

ELASTOMERO: Este proceso tiene la capacidad de deformarse elásticamente en alto grado sin cambiar permanentemente su forma.

MATERIALES COMPUESTOS: Los materiales compuestos se producen cuando dos materiales se combinan para dar forma una combinación de propiedades que no pueden ser obtenidas en los materiales originales.

Estos materiales pueden ser seleccionarse para proporcionar combinaciones poco usuales en rigidez ,resistencia ,peso ,rendimiento a alta temperatura ,resistencia a la corrosión ,dureza o conductividad. Los materiales compuestos metal cerámica incluyen herramientas de corte de Carburo de Tungsteno y hasta cementados ;el Titanio es un proceso reforzador de las fibras de carburo ,el Silicio refuerza al acero y al esmaltado.

Los materiales compuestos se clasifican:

FIBRAS: Isotropicas ( vidrio ,vidrio-polímero )

PARTICULAS: Polímero ,ebonita

MATERIALES COMPUESTOS:

LAMINARES: Anisotropico ( Triplay )

COMPUESTO: Grava ,Mezcla ,Cemento

METALES Y ALEACIONES

INTRODUCCIÓN:

Lograr un entendimiento básico de los metales se necesita primero conocer su naturaleza de los diferentes átomos ,como están organizados en su estructura mecánica y los efectos del esfuerzo y la temperatura de esta estructura.

Como resultado de este trabajo podemos observar toda una gama de miles de aleaciones metálicas y así podemos entender rápidamente sus propiedades la razón por la cual podemos hacer esto a pesar de un infinito numero de composiciones posibles es porque las aleaciones tienen solo unas pocas estructuras metálicas y diferentes.

MATERIALES:

METALICOS NO METALICOS ( NO FERROSOS )

Son generalmente sólidos a excepción Estos materiales no tienen brillo del Mercurio ,la Plata ,el Cobre ,y el metálico como son la goma ,la Aluminio madera ,y los plásticos.

De la anterior clasificación nos interesa estudiar los materiales metálicos ya que la mayoría de las piezas que trabajamos caen dentro de esta clasificación.

Ahora bien los materiales los materiales metálicos se subdividen en dos:

FERROSOS NO FERROSOS

Aceros y fundiciones intervienen El cobre y el Zinc y el Aluminio no

en su composición un determinado intervienen en su composición

porcentaje de Carbono. el Hierro.

DEFINICIÓN DE ALEACIÓN:

Son los productos homogéneos con propiedades metálicas obtenidas de la mezcla de varios elementos ,de los cuales ,uno es siempre metal que se encuentra netamente superior frente a los otros.

Este metal el que se toma como base para clasificar las aleaciones de interés industrial ,además de tomar en cuenta el numero de elementos principales ,las aleaciones pueden ser binarias ,ternarias ,ó cuaternarias.

A continuación se muestran el diagrama de la chispa.

ALEACIONES DE HIERRO

El hierro y el acero son tan ampliamente usados y tan baratos que al principio no parecen tan llamativos comparados con las aleaciones de cobre llenas de colorido y las aleaciones livianas con aplicaciones poco comunes en la industria de la aleación y en la industria naval.

Para ilustrar un poco la importancia de las aleaciones de base de Hierro ,estudiemos la conformación de un automóvil como son la carrocería ,las puertas ,su estructura ,su guarda barro ,su contenido de carbono a continuación se muestra dicha conformación:

Obtención de los minerales puros, definición de clasificación de los minerales.

La metalurgia es la ciencia y el arte que se ocupa de la extracción de los metales y de sus características físicas mecánicas, dividida en dos partes:

A) metalurgia no ferrosos: cobre, estaño, níquel, plata, plomo y zinc.

B) metalurgia ferrosa: obtención del hierro y sus principales aleaciones.

Se llama mineral al estado natural en que los metales se encuentran en la corteza terrestre, ya sea el estado de alta pureza(metales nativos) o formando compuestos químicos, los metales nativos y los minerales metálicos(menas) se encuentran mezclados con otros productos de nulo valor (gangas) como la piedra caliza, arena sílice, feldespatos, arcilla, etcétera.

Los minerales e dividendos grupos: minerales oxidado (alumina, cuprita, calamina) y minerales sulfurados (antimonita, galeana ,blenda).

Preparación mecánicas de los materiales

La preparación mecánica de los minerales comprende de cinco pasos:

A) apartado

b) molienda

c) cribado

d) clasificación

e) concentración

Apartado

Consisten estar en la mina separando a manos o con herramienta el mineral de las gangas, también se aprovecha la propiedad magnética para separar minerales magnéticos de los no magnéticos usando electroimanes o grúas

Magnéticas.

Molienda

Consiste en reducir los pequeños tamaños de trozos los gruesos del mineral con el fin de separar las gangas de las menas, la cual se realizan en dos más periodos:

A) en el primer periodos se utilizan rompedoras, quebradoras de quijadas, trituradoras, campanas giratorias de acero-manganeso con vástago fijó o un movimiento excéntrico, machacadoras, estas máquinas reciben el mineral con los grosores de 40 a 50 centímetros y es reducido desde los cinco hasta los dos centímetros de espesor o diámetro, dependiendo el tipo de quebradora.

B) en el segundo periodos utilizan molinos de rodillo, quebradoras de discos verticales u horizontales, en estas máquinas los minerales entre alrededor del los 20 a 25 centímetros de espesor o diámetro, les reducido finalmente hasta 1 cm de diámetro o espesor.

C) en el tercer período se lleva a cabo en molinos de bola, que son tambores cilíndricos horizontales por dos interiormente con placas de acero manganeso, conteniendo espera del mismo material o de hierro colado blanco, para obtener granos muy finos.

cribado

Consiste en clasificar el material molido en diferentes granos de finura, para qué se le pueda suministrar los procesos de lavado y concentración, para esto los escribas o tamices que pueden ser hechos de varillas, láminas

Perforadas o telas de alambre, la cual el mineral fino se cuelan fácilmente entre las mallas de o que el que de en tanto que los granos que quieren gruesos vierten hacia la rodilla de superficie del colector adjunto.

Clasificación

Consisten diferencias de velocidad de caída de los granos del mineral con clasificadores hidráulico o mecánicos dentro de una solución acuosa, esta diferencia de caída que debe al peso específico de los granos seleccionados con el mismo índice de finura.

Concentración

Existen dos métodos de concentración: por gravedad y por flotación.

A) concentración por gravedad: se realiza en minerales oxidados o minerales pesados, se usan sedimentadotes que son Cribas conteniendo el mineral en su fondo, sumergido en la.

B) concentración por flotación: él realiza en minerales sulfurados, se utilizan ciertas sustancias llamadas correctoras (aceites, materiales bituminosos, grasas,) con las que los granos del mineral impregnan, y ya que impregnado se separar una pulpa con copa para el proceso de flotación (se lleva a cabo mezclando el mineral molido entre 80 y 100 mallas con una pequeña cantidad de sustancia colectora ya mencionada.

Hornos

1) hornos de crisol

2) hornos de Cuba o de soplo

3) cubiletes

4) convertidles

5)convertidores tipo pera

6) hornos de hogar abierto

7) hornos eléctricos de arco

En todos los hornos utilizan materiales refractarios, unos materiales refractarios aquel que es capaz de resistir las elevadas temperaturas sin fundirse y además debe de reunir las siguientes características:

A) ser buen aislante térmico y eléctrico

b) soporta los cambios bruscos de temperaturas

c) resistir la erosión causada por el torrente de gases ascendentes, el descenso de las cargas y de la escoria

D) tener alta resistencia a la compresión.

Para saber la calidad de material refractario, este debe ser sometido a varias pruebas físicas que son:

A) determinación de punto de reblandecimiento y de fusión.

B) densidad, porosidad

c) resistencia a la compresión, conductividad térmica y eléctrica

d) propiedades dieléctricas

e) calor específico y coeficiente de expansión térmica

Por su comportamiento químicos los materiales refractarios se clasificar en tres grupos: ácidos, básicos y neutros

Materiales refractarios ácidos

Sílice, dióxido de silicio (arena sílice, rocas cuarzosas, tierra de infusorios), con esto se fabrican ladrillos, cuñas, tabiques, construcción y reparación de pisos, paredes y bóvedas de diversos hornos, también el ganister (mezcla de cuarzo triturado con arcilla refractaria), con este material se forran las tinas y cucharas para recibir y vaciar el acero fundido.

Materiales refractarios básicos

magnesita, carbonato de magnesio, con esto se puede construir de reparar hornos de eléctricos, hornos de hogar abierto, la dolomita (mezcla de carbonato de magnesio y carbonato de calcio), para restaurar crisoles

Y paredes de hornos, la cal dióxido de calcio, material que se utiliza únicamente en forma de morteros para restaurar paredes, pisos o crisoles de hornos eléctricos de arco.

Materiales refractarios neutros

Grafito, con este material se fabrica numerosas aleaciones no ferrosos, hierro colados y algunos aceros crisol. La cromita es una sesquióxido de cromo y de hierro se usan en forma de mortero como separador durante el forrado de pisos, crisoles y paredes de hornos de hogar abierto y eléctricos de arco.

El asbesto es un silicato hidratado de calcio en magnesio; se usan de placas, láminas y hojas, cordones, fibras, etcétera, es un poderoso aislante térmico y eléctrico usado en planchas, hornos eléctricos de inducción, en tuberías como revestimientos calorífugos.

Metalurgia no ferrosos

Aluminio

Este material es la más abundante corteza terrestre, y a pesar de su abundancia no existen en su estado nativo, minerales de obtención:

1) bauxita

2) criolita

Propiedades: el aluminio es un metal blanco plateado y brillante en estado de alta pureza, es bastante dúctil y maleable comparado con su peso es bastante resistente mecánicamente, posee elevada conductividad térmica.

Aplicaciones: en las industrias de fabricación de automóviles o transportes de general, tales como los aviones, ferrocarriles, carrocerías de autobuses, motores eléctricos y de combustión, muebles, baterías de cocina, construcciones de edificios, barras, remates, perfiles, láminas para techar o forrar. En la industria química y alimenticias para equipos que comprenden cambiadores de calor, condensadores, destiladores, evaporadores, válvulas, tanques de almacenamiento, tubos flexibles para pastas, ungüentos, dentífricos, hojas o papeles para envolturas de alimentos o cigarros. En la industria eléctrica para núcleos o rotores de motores, cables y alambres.

Cobre

Propiedades: el cobre es un metal de color rojo, muy maleable dúctil el estado de alta pureza, posee una elevada conductividad térmica y eléctrica, el cobre en condiciones en los atmosféricas normales es bastante resistente a la corrosión, pero cuando la temperatura es húmeda se descubre con una capa verde jade platina o cardenillo que los protege de ulteriores ataques.

Aplicaciones: en la ingeniería e industria para producir alambres, tubos, líneas de teléfonos, telégrafos, evaporadores, radiadores, alambiques, condensadores, láminas para forrar recipientes.

Estaño

Este metal se localiza depósitos sedimentarios por tal motivo es de alta pureza, para su preparación sólo requiere de un simple lavado y ser unificado por refinación confusión o refinación electrólica.

A) refinación por fusión: consisten calentar el metal impuro a 232grados c (punto de fusión) y eliminar las impurezas que tienen mayor que tienen mayor punto de fusión.

B) refinación electrolítica: contesté que agregarle una solución acuosa de ácidofluocilico para eliminar las impurezas a un 99.99%.

Propiedades: el estaño es un metal de color blanco grisáceo parecido al de la plata, es suave, dúctil, y maleable pero muy poco resistente a la atracción, o sea casi carece de tenacidad, el metal al ser doblado produce un crujido a debido a la dislocación de sus cristales.

Magnesio

Este metal no es estado nativo, minerales de obtención:

1) palomitas

2)magnecita

3)carnalita

Propiedades: el magnesio es un metal de color blanco plateado brillante, es láminable entre 350 grados c y 400 grados c, es soluble con los ácidos diluidos exceptuando al ácido fluorhídrico, se alea Con mayoría de los metales exceptuando el hierro y el cromo, los metales con los metales con los que más se une como elemento aleado son el aluminio, cobre, cadmio, zinc y manganeso.

Aplicaciones: en virtud de su extraordinario bajo peso específico y gran poder reductor, sus aleaciones se usan en la fabricación de aviones y equipo de transporte general, equipo textil, de maniobra, moldes livianos para concreto y productos estructurales, como desoxidante desgascificante en el vaciado de otros metales y aleaciones (bronces, metales monel, alpacas.

Níquel

El níquel existe estado nativo, se supone que abundan en el magma terrestre, los minerales extracción del níquel más socorridos son sulfuros (piritas niquelíferas, arseniuros, sulfoarseniuro, sulfoantimoniuros) y silicatos.

Propiedades: en níquel es un metal blanco ligeramente pálido y brillante, es duro y muy tenaz cuando contiene una pequeña cantidad del carbono, se vuelve maleable dejándose laminar, pequeños porcentajes de magnesio, en muy resistente a la corrosión atmosférica, y aliado a hierro le imparte gran resistencia a la oxidación.

Aplicaciones. La gran mayoría de producción de níquel se emplea en la fabricación de las aleaciones ferrosas y no ferrosos (aceros resistentes al calor y ala corrosión, aceros inoxidables, austeniticos y ferriticos, aceros estructurales, latones y bronces al níquel, aleaciones cupro-níquel, metal monel.

Plomo

Este metal se encuentra en casi todo el mundo formando compuestos, pues en estado nativo sólo hay indicios, sus principales minerales de extracción:

1) galeana

2) cerusita

El plomo contenido se conoce como plomo crudo o plomo de obra y contiene impurezas frecuentemente oro y plata, la mayoría de las impurezas causan fragilidad al plomo, por esto hay dos métodos de eliminación que son:

A) suavización: consiste en eliminar impurezas que contiene el plomo por medio de un tratamiento oxidante (métodos de susharris).

B) desplate: consiste en separar los metales preciosos contenidos de plomo argentífero ya suavizado y separar también el bismuto (métodos de pattinson, parkes y betts).

Propiedades: el plomo es un metal de color gris azulado muy brillante, dentro del metales comunes es el más pesado, su elevada plasticidad le permite ser trabajado fácilmente en frió, este metal jamás debe de estar en contacto con las bebidas y alimentos.

Aplicaciones: el plomo se utiliza preferentemente para la fabricación de tuberías, drenajes y accesorios para los mismos, en forma de las láminas y tiras para recubrimientos estables telefónicos, eléctricos, subterráneos o aéreos, en forma de hoja para forrar mesas de trabajo, tanques, etcétera.

Zinc

Este metal nunca se encuentra en estado nativo por causa de su actividad química, sus principales minerales de extracción son:

1)blenda o esfalerita

2)calamina o smitsonita

Propiedades: el sí es un metal de color blanco azulino, funde a 419 grados c y hierve a 907 grados c, el zinc a temperatura ambiente es frágil, que resistente a la corrosión en condiciones normales, pero cuando se une el contacto con el aire húmedo se opaca al formarse una película bicarbonato básicos de zinc.

antimonio

El antimonio es una elemento de transición entre metales que no metales, rara vez parece de estado nativo, los minerales más importantes de extracción son:

1)estibina, estibinita o antimonita

2)valentinita

3)quermecita

Propiedades: el antimonio es un elemento duro y muy frágil pudiéndose granular y pulverizar fácilmente, desde color blanco, placas cristalino.

Aplicaciones: con este elemento se fabrican aleaciones antifricción como endurecedor, metales para impresión, plomo antimoniado rígido para rejillas y placas de baterías ácidas y barras anódicas, en la industria bélica se gusta para endurecer proyectiles expansivos.

Metalurgia de hierro

El hierro es el elemento más económico y el más usado en el ramo de la ingeniería, los principales minerales de obtención son:

1)hematita: sesquióxido se hierro, es el principal y el más abundante, color rojo carne.

2)magnetita: óxido ferroso de color negro, puede llamarse también piedras de imán, es el mineral más rico de hierro.

3)siderita: carbonato de hierro, es el más pobre de contenido de hierro.

4) manganeso: consisten en separar el azufre como el sulfuro de manganeso

5) fósforo: produce fluidez en el hierro prolongado el tiempo de solidificación favoreciendo la descomposición de la cementita.

Moldeo

Es la elaboración de un molde para su vaciado y se lleva acabó a mano o mecánicamente.

En el moldeo consisten tres métodos fundamentales para el vaciado de metales, aleaciones o materiales plástico:

1) por gravedad: se aprovecha la fuerza de atracción terrestre y la velocidad con que se realiza esta operación, depende de la masa del metal fundido, de la capacidad del molde, el grado de fluidez del material derretido para vaciar y del espesor de las piezas que se vacían.

2) por centrifugación: consiste en colocar sobre una tarima giratoria el molde para vaciar, teniendo como fuente de alimentación un canal de colada vertical colocada exactamente en el centro de rotación de la tarima.

3) a presión: se realiza utilizando una presión que siempre es mayor que la atmosférica, existen dos variantes: a baja (proceso intermedio entre el vaciado por gravedad y vaciado a alta presión) y alta presión.

Aleaciones para vaciado a presión

Por lo general las piezas vaciadas a presión, resultan con un acabado casi perfecto, lo cual se deriva de la precisión del acabado de molde.

Los metales que se utilizan para el vaciado a presión son:

A) aleaciones aparte de estaño: tiene gran uso en piezas en contacto con los alimentos y bebidas, pues tiene gran resistencia a la corrosión y no son tóxicas.

B) aleaciones a base de plomo: Su uso actual se encuentra bastante circunscrito (postes y terminales de baterías ácidas, etcétera).

C) aleaciones a base de zinc: estas aleaciones poseen gran fluidez, un relativo bajo punto de fusión que garantiza la larga vida de los moldes.

D) aleaciones a base de aluminio: estas aleaciones han tenido un amplio uso en la industria aeronáutica en muchas piezas vaciadas a presión.

E) aleaciones a base de cobre: son latones para vaciados a presión, caracterizado por tener las mejores propiedades mecánicas que las demás aleaciones.

F) aleaciones a base del magnesio: estas aleaciones se consideran como el más moderno desempeño del renglón de vaciados a presión.

Aleaciones antifricción

A la aleaciones antifricción están constituidas por lo o más metales que no forman soluciones sólidas y por lo tanto, su sexto una está constituidas por un lado de partículas duras y por el otro un lado de partículas o cristales suaves.

El objetivo principal de los cristales duros consiste en soportar la abrasión y las cargas, tanto que los cristales suaves permiten su suavidad a la partículas mudas de que se acomoden a las condiciones superficiales del rodamiento que ser se desliza sobre el metal antifricción.

Alineaciones antifricción a base de estaño: son conocidas como metales babbitt, hechas con estaño, antimonio y cobre, pudiéndoseles añadir ciertas cantidad de plomo para abaratarlas, son aleaciones blancas de bajo punto de fusión, también conocidas como metales blancos antifricción.

Aleaciones antifricción a base de plomo: estas aleaciones son muy usadas para cojinetes de maquinaria de marcha tranquila y cojinetes de ejes de transmisión para trabajo ligero.

Aleaciones antifricción a base de aluminio: estas aleaciones tienen gran resistencia la corrosión, mayor que las de los babbitts y gran retención de dos lubricantes. Los propiedades más desfavorable con la baja resistencia a la fatiga y elevado coeficiente de expansión térmica.

Aleaciones antifricción a base de cadmio: con sus bajo costo reemplazan a los babbitts, estas aleaciones con tiene más del 97% de cadmio, son de alta resistencia y tenacidad, tiene bajas propiedades de fricción, buena estabilidad con los cambios de temperatura y una resistencia superior a los babbitts tiene las aleaciones de plomo, estás se utilizan en cojinetes de automóviles.

Aleaciones antifricción porosas: son bronces porosos que se obtienen mediante la metalurgia de los polvos e impregnados después con hacer es para hacernos autolubricantes.

Aleaciones antifricción a base de plata: son lo máximo de las áreas donde decidido a su excelentes características tanto mecánicas como antifricción, dichas características son: elevada conductividad térmica que le permite despejar el calor originado en un área local del rodamiento, resistencia a la fatiga superior y su permanente dureza a elevadas temperaturas.

Aleaciones a base de plomo

Aleaciones plomo-estaño: estas aleaciones tienen un uso extraordinario debido a la facilidad que tienen para fundirse muy rápidamente (180 y 325 grados c) y poderse aplicar a muchos metales en forma de recubrimientos y soldaduras.

Metal para baterías ácidas: esta planeación contiene entre 5 y 12% de antimonio y se vuelve más fluidas cuando contienen 0.5% de estaño y se utilizan en el vaciado de las rejillas o placas de acumuladores ácidos.

Metales para caracteres de imprenta: son aleaciones de plomo-antimonio-estaño similares en composición a las usadas en los metales antifricción, los metales mas usados en el trabajo de impresión son:

A) metal para monotipo: 31 de las aleaciones que contienen plomo-antimonio-estaño usadas para vaciar los tipos libres o sueltos, para imprimir en máquinas tipográficas.

B) metal para linotipo aleación de plomo-antimonio-estaño usadas para preparar líneas enteras para imprimir en máquinas tipográficas directamente sobre el papel.

C) metal para estereotipo: es la aleación que contiene plomo-antimonio-estaño para imprimir plantas enteras o fracciones, con extraordinaria nitidez.

D) metal para electrotipo: aleación de plomo-antimonio-estaño usadas que en forma que placas que las cuales, se electro deposita una de sus ligeras películas de cobre de la que se realiza el electrotipo.

Aleaciones a base de cobre

A) bronce fosforado: son muy usados en la fabricación de diafragmas y resortes, por tu alta resistencia a la fatiga, desgaste y corrosión.

B) bronce al silicio: es utilizado el partes donde requiere una alta resistividad eléctrica, tal como en de los motores de inducción (jaula de ardilla).

C) bronce al aluminio: por su bajo coeficiente de fricción contra el acero y sus excelentes características se utiliza en cojines para maquinaria pesada en general, automóviles, partes de bombas, grúas y aspas para ventiladores.

D) bronce al manganeso: es un bronce preferentemente utilizado en partes sujetas a elevadas resistencia a la tracción con gran resistencia a la corrosión, muy útil para engranes y partes estructurales.

E) bronce para cañón: es también conocido como bronce admiralty, posee gran tenacidad, gran resistencia de la corrosión de agua de mar y buenas propiedades de vaciado, por tales razones se utilizar ampliamente en la fabricación de engranes, cojines, bujes, émbolos, accesorios para tuberías, tuercas, tornillos y juntas.

latones

Se llaman latones a las aleaciones formadas a base de cobre y zinc.

Los latones se clasifican en dos principales grupos:

A) los que trabajan en frío (latones Alfa): combinan una buena resistencia a la tensión con gran ductivilidad, magnífica resistencia a la corrosión y fácil contabilidad.

B) lo que la baja en caliente (latones Beta): poseen menos conductividad que dos latones Alfa.

Aceros para herramienta

Son aquellos que soportan las principales operaciones mecánicas así como las condiciones físico químicas inherentes a las cuales una herramienta va a estar sujetas.

Las principales tipos de operaciones en los cuales los aceros para la herramientas son usados:

A) corte

B) conformado

C) extrución

D) laminado

E) troquelado

Para los fabricantes de herramientas son de suma importancia estos cuatro pasos:

A) diseñó apropiado de la herramienta

B) precisión al hacer la herramienta

C) selección de acero

1) análisis de acero

2) perfección física del acero

3) características especiales del acero

D) tratamiento térmico adecuado o párrafo

6) escoria: este producto está constituido principalmente por un silicato doble de calcio y aluminio, lo cual consiste en colectarla de ollas puestas sobre unas vagonetas y es transportada a otros lugares para su aprovechamiento (material de relleno de concreto, pavimentación, etcétera).

Fabricación de aceros

Se conocen 6 procesos para purificar el hierro de primera fusión:

A) procesos bessemer ácido

B) procesos bessemer o Thomas básico

C) proceso siemens-Martín o de hogar abierto ácido

D) proceso siemens-Martín o de hogar abierto básico

E) proceso en horno eléctrico de arco ácido

F) proceso de horno eléctrico de arco básico

Cada uno produce aceros distintos de los demás por consiguiente, cada uno requiere un hierro colado exclusivo.

Metales a base de aluminio

Estas aleaciones se dividen en dos grupos:

A) aleaciones para forja: el metal vaciado en forma de lingote se trabaja en procesos mecánicos como la forja, laminado, estirado, extruido, etcétera. Las aleaciones para forja se dividen en dos:

1) aleaciones térmicamente tratables: reconocido total, solubilizado y trabajo del frío, enfriado bruscamente.

2) aleaciones no tratables térmicamente: quedan definidas por la cantidad de trabajo frío que les suministren después del último recocido y si estas propiedades desaparecen por algún calentamiento adicional, ya no se recuperan, en estas aleaciones se logran cinco tipos de dureza: recocido total, medio duro, tres cuartos, totalmente duro y duró es trabajado.

B) aleaciones para vaciado: se utilizan únicamente para obtener una pieza requerida tal como resulta del vaciado de un molde, ya sea por gravedad, presión o centrifugación.

Métodos de fabricación de aleaciones

Existen dos métodos industriales de fabricación de aleaciones:

25

1) unión directa por fusión de sus constituyentes

2) por sinterización o sinterización de los constituyentes de la aleación, en polvo (metalurgia de los polvos).

Modelos

Se llama modeló a la representación fiel de las características internas y externas de un objeto que se desea obtener en una o el un sinnúmero de veces.

Los modelos pueden fabricarse con materiales metálicos (aceros, aluminio, bronce, hierro colado, arcillas, etcétera).

Aleaciones a base del magnesio

El magnesio es un elemento muy abundante en la naturaleza y su principal fuente de obtención se encuentra del agua de mar y por consiguiente puede ser obtenido en cualquier parte del mundo. Este elemento forma aleaciones con la mayoría de los metales, exceptuando al hierro y cromo.

INTRODUCCIÓN

Los polímeros, que abarcan materiales tan diversos como los plásticos, el hule o caucho y los adhesivos, son moléculas orgánicas en gigantes en cadena, con pesos moleculares desde 10,000 hasta más de 1,000,000 g/mol. La polimerización es el proceso mediante el cual moléculas más pequeñas se unen ara crear estas moléculas gigantes. Los polímeros se utilizan en un número sorprendente de aplicaciones, incluyendo juguetes, aparatos domésticos, elementos estructurales y decorativos, recubrimientos, pinturas, adhesivos, llantas de automóvil, espumas y empaques. Los polímeros son a menudo utilizados como fibra y como matriz en compuestos.

CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS

Los polímeros se clasifican de varias formas: primero, según la manera en que las moléculas son sintetizadas; segundo, en función de su estructura molecular y tercero, por su familia química. Sin embargo, el método más usado para describir los polímeros es en función de su comportamiento mecánico y térmico. La siguiente tabla compara las tres clases principales de polímeros.

COMPORTAMIENTO

ESTRUCTURA GENERAL

Termoplástico

Cadenas lineales flexibles

Termoestable

Red rígida tridimensional

Elastómero

Cadenas lineales con enlaces cruzados

Los polímeros termoplásticos se componen de largas cadenas producidas al unir moléculas pequeñas o monómeros y típicamente se comportan de una manera plástica y dúctil. Al ser calentados a temperaturas elevadas, estos polímeros se ablandan y se conforman por flujo viscoso. Los polímeros termoplásticos se pueden reciclar con facilidad.

Los polímeros termoestables estas compuestos por largas cadenas de moléculas con fuertes enlaces cruzados entre las cadenas para formar estructuras de redes tridimensionales. Estos polímeros generalmente son más resistentes, aunque más frágiles, que los termoplásticos. Los termoestables no tienen una temperatura de fusión fija y es difícil reprocesarlos una vez ocurrida la formación de enlaces cruzados.

Los elastómeros, incluyendo el caucho, tienen una estructura inmediata, en la cual se permite que ocurra una ligera formación de enlaces cruzados entre las cadenas. Los elastómeros tienen la capacidad de deformarse elásticamente en grandes cantidades sin cambiar de forma permanente.

FORMACIÓN DE CADENAS POR EL MECANISMO DE ADICIÓN

La formación del polímero más común, el polietileno (PE) a partir de moléculas de etileno, es un ejemplo de polimerización por adición (o crecimiento de cadenas). El etileno es un gas, de fórmula C2H4. Los átomos de carbono están unidos por un enlace covalente doble. Cada uno de estos átomos comparte dos de sus enlaces con el otro, y dos átomos de hidrógeno están enlazados a cada uno de los átomos de carbono. La molécula de etileno es un monómero.

ENLACES NO SATURADOS

La polimerización por adición ocurre porque el monómero original tiene un enlace covalente doble entre átomos de carbono. El enlace doble es un enlace no saturado. Después de cambiar a un enlace simple, los átomos de carbono siguen unidos, pero convierten en activos, se pueden agregar otras unidades de repetición para producir las cadena polimérica.

FUNCIONALIDAD

La funcionalidad es el número de sitios en los cuales pueden unirse dos moléculas a la unidad de repetición del polímero. En el etileno hay dos sitios en cada átomo de carbono en los cuales las moléculas pueden fijarse, por lo que el etileno es bifuncional y solamente se formarán cadenas. S ay tres o más sitios donde las moléculas pueden fijarse, se forma una red tridimensional.

INICIACÓN DE LA POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN

Para empezar la adición, es decir el proceso de polimerización por crecimiento de cadenas, se añade un iniciador al monómero. El iniciador forma radicales libres con un sitio reactivo, que atrae a uno de los átomos de carbono de un monómero de etileno. Cuando ocurre esta reacción, el sitio reactivo se transfiere al otro átomo de carbono del monómero y se empieza a formar una cadena. Una segunda unidad de repetición de etileno se puede fijar en este nuevo sitio, alargándose la cadena. Este proceso continuará hasta que quede formada una larga cadena de polietileno, es decir un polímero por adición.

CRECIMIENTO DE LA CADENA POR ADICIÓN

Una vez iniciada la cadena se unen a gran velocidad unidades de repetición a cada cadena, quizás a varios miles de adiciones por segundo. Cuando la polimerización está casi terminada, los pocos monómeros restantes deben recorrer grandes distancias antes de alcanzar un sitio activo en el extremo de alguna cadena y, en consecuencia, la velocidad de crecimiento disminuye.

TERMINACIÓN DE LA POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN

Las cadenas pueden terminarse mediante dos mecanismos. Primero, los extremos de las dos cadenas en crecimiento pueden unirse. Este proceso, conocido como combinación genera una sola cadena larga a partir de dos más cortas. Segundo, el extremo activo de una cadena puede quitar un átomo de hidrógeno de otra mediante un proceso conocido como desproporcionación; esta reacción formará dos cadenas, en vez de combinarlas en una más larga.

FORMA DE CADENA

Las cadenas de polímeros pueden torcerse y girar debido a la naturaleza tetraédica del enlace covalente. La siguiente figura ilustra dos geometrías posibles mediante cualquier posición dentro del círculo manteniendo aún la direccionalidad del enlace covalente. Se puede producir una cadena recta, auque lo más probable es que quede muy retorcida.

Las cadenas se tuercen y giran en respuesta a factores externos como la temperatura o la ubicación de la siguiente unidad de repetición al agregarse a la cadena. Finalmente, las cadenas quedan entrelazadas unas con otras creciendo todas simultáneamente. La apariencia de las cadenas de polímeros es semejante a la de una cubeta llena de lombrices o al de un plato de espagueti. El entrelazado de las cadenas de polímeros es un mecanismo importante que le de resistencia al material. Los mismo que pasa al tomar un puñado de lombrices de una cubeta; toda la masa tiende a conservarse junta debido a este entrelazamiento, aun cuando se esté en contacto con sólo unas cuantas lombrices. El entrelazamiento de largas cadenas, junto con loas enlaces Van der Waals entre cadenas, también proporcionan resistencia al polímero lineal.

TERMOFLUENCIA

En los polímeros amorfos, la energía de activación y la viscosidad son bajas, y el polímero se deforma con esfuerzos reducidos. Cuando al polímero se le aplica un esfuerzo constante sufre con rapidez una deformación, conforme los segmentos de cadena se deforman. A diferencia de los metales o de los cerámicos, la deformación no llega a un valor constante. En vez de ello, debido a la baja viscosidad la deformación sigue incrementándose con el tiempo, conforme las cadenas se deslizan lentamente una al lado de otra. Esta condición describe la termofluencia del polímero y ocurre en algunos polímeros, incluso a temperatura ambiente. La velocidad de termofluencia se incrementa ante esfuerzos y temperaturas superiores (reduciendo la viscosidad).

Se pueden utilizar varias técnicas para diseñar un componente a partir de los datos de termofluencia. En los polímeros se pueden observar curvas de esfuerzo-ruptura. Para un esfuerzo aplicado y una temperatura de operación conocidos, podrá determinarse el tiempo de servicio antes de que falle el componente.

Efecto de la temperatura sobre el comportamiento esfuerzo-ruptura, de un polietileno de alta densidad

Otro método para representar datos de la termofluencia consiste en medir la deformación en función del tiempo y del esfuerzo aplicado.

MEZCLAS Y ALEACIONES

Es posible mejorar las propiedades mecánicas de muchos termoplásticos mediante mezclas y aleaciones. Al mezclar un elastómero no miscible con el termoplástico, se produce un polímero de dos fases, como el ABS. El elastómero no se introduce en la estructura como un copolímero, pero en cambio contribuye a adsorber energía y a mejorar a la tenacidad. Los policarbonatos utilizados para producir cabinas transparentes de aeronaves son endurecidos de esta manera mediante elastómeros.

FORMACIÓN DE CADENAS POR EL MECANISMO DE CONDENSACIÓN

Los polímeros lineales también se forman mediante reacciones de condensación o polimerización de crecimiento por pasos, produciendo estructuras y propiedades similares a las de los polímeros lineales por adición. Sin embargo, el mecanismo de la polimerización por pasos requiere que por lo menos dos monómeros distintos participen en la reacción. La polimerización del dimetiltereftalato y del etilenglicol para la producción del poliéster es un ejemplo importante.

GRADO DE POLIMERIZACIÓN

La longitud promedio de un polímero lineal se representa por su grado de polimerización, el cual es el numero de unidades de repetición dentro de la cadena. El grado de polimerización también se puede definir como

Ciencia de los materiales

Si el polímero contiene un solo tipo de monómero, el peso molecular de la unidad de repetición es el mismo del monómero. Si el polímero contiene mas de un tipo de monómeros, el peso molecular de la unidad de repetición será la suma de los pesos moleculares de los monómeros, menos el peso molecular de subproducto.

La longitud de la cadena en un polímero lineal varia considerablemente. Algunas pueden ser bastante cortas, debido a una terminación temprana; otras pueden resultar excepcionalmente largas. Existen dos formas para definir un peso molecular promedio.

El peso molecular promedio por peso de cadenas se obtiene dividiendo las cadenas en rangos de tamaño y determinando que fracción de las cadenas tienen pesos moleculares dentro de dichos rangos. El peso molecular promedio por peso es

Ciencia de los materiales

donde es el peso molecular medio de cada rango y Ciencia de los materiales
es la fracción del peso del polímero que tiene cadenas dentro de ese rango.

El peso molecular promedio por números en cadenas se basa en la fracción numérica, en vez de la fracción de peso, de las cadenas dentro de cada rango de tamaño. Este numero siempre resulta más pequeño que el peso molecular promedio por peso

donde de nuevo, es el peso molecular medio de cada rango de tamaño, pero Ciencia de los materiales
es la fracción del numero total de cadenas dentro de cada rango. Se pueden utilizar indistintamente o Ciencia de los materiales
para calcular el grado de polimerización.

ARREGLO DE LAS CADENAS POLIMERICAS EN LOS TERMOPLÁSTICOS

En los polímeros termoplásticos típicos, los enlaces en las cadenas son covalentes, pero las largas cadenas retorcidas están sujetas entre sí por enlaces secundarios débiles además de estar entrelazadas. Cuando se aplica un esfuerzo al termoplástico, los enlaces débiles entre cadenas pueden superarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas. La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de estructura del polímero. Se pueden observar varias temperaturas criticas.

Polímeros líquidos A la temperatura de fusión Ciencia de los materiales
, o por encima de ella, los enlaces entre las cadenas retorcidas y entrelazadas son débiles. Si se aplica una fuerza, las cadenas se deslizan una contra otra y el polímero fluye casi sin deformación elástica. La resistencia y el módulo de elasticidad son prácticamente cero y el polímero esta listo para vaciarse y para muchos procesos de conformado. Los puntos de fusión de polímeros típicos aparecen en tablas.

Polímeros cauchoticos o correosos Por debajo de la temperatura de fusión, las cadenas de polímeros siguen retorcidas y entrelazadas. Estos polímeros tienen una estructura amorfa. Justo por debajo de la temperatura de fusión, el polímero se comporta de manera cauchotica; cuando se le aplica un esfuerzo ocurre tanto una deformación elástica como plástica. Al eliminar el esfuerzo, se recupera rápidamente la deformación elástica, pero el polímero ha quedado deformado permanentemente por el movimiento de las cadenas. Se pueden obtener grandes elongaciones permanentes, permitiendo la conformación del polímero en formas útiles por moldeado o extrusión.

Polímeros vítreos Por debajo de la temperatura de transición vítrea Ciencia de los materiales
el polímero lineal se hace duro y frágil como el vidrio. El arreglo de las cadenas de polímeros sigue siendo amorfo. Cuando el polímero se enfría por debajo de la temperatura de transición vítrea, ciertas propiedades, como la densidad o el modulo de elasticidad cambian a una velocidad diferente.

Polímeros cristalinos Muchos termoplásticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados por debajo de la temperatura de fusión y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lo largo de distancias apreciables. La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenas retorcidas y entrelazadas, se reorganizan en estructuras más ordenadas y compactas.

DEFORMACIÓN Y FALLA DE LOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS

Cuando aun polímero termoplástico se le aplica una fuerza externa, ocurren a la vez deformaciones elásticas y plásticas. El comportamiento mecánico esta íntimamente ligado a la manera en que las cadenas del polímero se mueven entre sí bajo carga. La deformación es mas complicada en los polímeros termoplásticos que en la mayoría de los metales y de los materiales cerámicos, ya que el proceso de deformación depende del tiempo y de la rapidez de aplicación de la carga.

Comportamiento elástico En estos polímeros la deformación elástica es resultado de dos mecanismos. Un esfuerzo aplicado hace que se estiren y distorsionen los enlaces covalentes de las cadenas, permitiendo que estas se

Viscoelasticidad La capacidad de un esfuerzo para provocar el deslizamiento de cadenas y la deformación plástica esta relacionada con el tiempo y la rapidez de deformación. Si el esfuerzo se aplica lentamente (una rapidez de deformación lenta), las cadenas se deslizan fácilmente una al lado de otra; si se aplica con rapidez, no ocurre deslizamiento y el polímero se comporta de manera frágil.

CONTROL DE LA ESTRUCTURA Y DE LAS PROPIEDADES DE LOS TERMOPLÁSTICOS

Grado de polimerización Cadenas mas largas, esto es, un mayor grado de polimerización, incrementan la resistencia del polímero hasta cierto punto. Conforme se incrementa la longitud de las cadenas, se enmarañan mas y el polímero tiene una temperatura de fusión mas elevada, una mejor resistencia y una mayor resistencia a la termofluencia. El monómero de etileno ilustra lo anterior. Típicamente el polietileno comercial tienen un bajo grado de polimerización de menos de 7000 (es decir un peso molecular menor a 200,000 g/mol). El polietileno de alto rendimiento y alta densidad tiene un grado de polimerización de hasta 18,000. un polietileno de ultra-alto peso molecular puede tener un grado de polimerización de 150,000, lo que proporciona propiedades de impacto que exceden a las de todos los demás polímeros, además de una buena resistencia y ductilidad.

Efecto de los monómeros en el enlace entre cadenas En esta sección, solamente se consideran los homopolímeros. Estos polímeros contienen unidades de repetición idénticas. En los homopolímeros, el tipo de monómero influye en la unión entre cadenas y en la capacidad de las mismas para girar o deslizarse entre ellas al aplicarles un esfuerzo.

Polímeros cristalinos líquidos Algunas de las cadenas termoplásticas complejas se hacen tan rígidas que funcionan como varillas, incluso cuando se calientan por encima del punto de fusión. Estos materiales son polímeros cristalinos líquidos (LCP). Algunos poliésteres aromáticos y poliamidas aromáticas o aramidas son ejemplos de polímeros cristalinos líquidos, y se utilizan como fibras de alta resistencia. El kevlar, una poliamida aromática, es el mas conocido de los LCP y se utiliza como fibra de repuesto para aplicaciones aerospaciales y para chalecos a prueba de balas.

Ramificación La ramificación ocurre cuando un átomo unido a la cadena lineal principal es eliminado y reemplazado por otra cadena lineal. Esto puede ocurrir varias veces cada 100 átomos de carbono en la cadena principal del polímero. La ramificación redúcela tendencia a la cristalización y a la compactación de las cadenas, reduciendo, por lo tanto, su densidad, su rigidez y la resistencia del polímero. El polietileno de baja densidad (LD), que tiene muchas ramificaciones, es más débil que el polietileno de alta densidad (HD), que prácticamente no tiene ramificaciones.

Copolímeros Los copolímeros son cadenas de adición lineal compuestas de dos o más tipos de moléculas. El ABS, compuesto de acrilonitrilo butadieno (un elastómero sintético) y de estireno es uno de los materiales poliméricos más comunes. El estireno y el acrilonitrilo forman un copolímero lineal (SAN) que sirve de matriz. El estireno y el butadieno también forman un polímero lineal, el caucho BS que actúa como material de relleno. La combinación de ambos copolímeros le da al ABS una excelente combinación de resistencia, rigidez y tenacidad.

ELASTÓMEROS (HULES)

Un cierto numero de polímeros lineales naturales y sintéticos conocidos como elastómeros presentan gran cantidad de deformación elástica al aplicarles una fuerza. Bandas elásticas, llantas de automóviles, empaques en forma de anillos en O, mangueras y aislamiento para conductores eléctricos son usos comunes de estos materiales.

Elastómeros termoplásticos Los elastómeros termoplásticos (TPE) son un grupo especial de polímeros, que no se basan en los enlaces cruzados para producir gran cantidad de deformación elástica. El Estireno-butadieno es un copolímero de bloque, diseñado de tal forma que las unidades de repetición del estireno están localizadas solo en los extremos de las cadenas.

POLÍMEROS TERMOSTABLES

Los termoestables son cadenas de polímeros con enlaces altamente cruzados, que forman una estructura de red tridimensional. Ya que las cadenas no pueden girar ni deslizarse, estos polímeros poseen buena resistencia, rigidez y dureza. Sin embargo, también tienen bajas ductilidad y propiedades al impacto y una alta temperatura de transición vítrea. En un ensayo a la tensión los polímeros termoestables presentan el mismo comportamiento de los metales o los cerámicos frágiles.

Los polímeros termoestables a menudo se inician como cadenas lineales. Dependiendo del tipo de unidades de repetición y del grado de polimerización, el polímero inicial puede ser un sólido o una resina liquida; en algunos casos, esta se utiliza en dos o tres paredes (como en el caso de los dos recipientes de cemento epóxico de uso común). El calor, la presión, la mezcla de las varias resinas u otros métodos, inician la formación de enlaces cruzados. Este proceso no es reversible: una vez formado, no es posible reutilizar o reciclar de manera conveniente el termoestables.

FENÓLICOS : Los fenólicos, que son los termoestables de uso más común, se utilizan frecuentemente como adhesivos, recubrimientos, laminados y componentes moldeados para aplicaciones eléctricas o de motores. La baquelita es uno de los termoestables fenólicos más usual.

Una reacción de condensación que une las moléculas de fenol y de formaldehído produce la resina inicial fenólica lineal. El átomo de oxígeno en la molécula de formaldehído reacciona con un átomo de hidrógeno en cada una de dos moléculas de fenol, liberándose agua como subproducto. Acto seguido, las dos moléculas de fenol se unen mediante el átomo de carbono restante en el formaldehído.

Este proceso continúa, hasta que se forma una cadena lineal de fenol formaldehído. Sin embarga, el fenol es trifuncional; Una vez formada la cadena, en cada anillo de fenol existe un tercer sitio para el enlace cruzado con cadenas adyacentes.

AMINAS : Las aminorresinas, producidas por combinación de urea o monómeros de melamina con formaldehído son similares a las fenólicas. Los monómeros se unen mediante un enlace de formaldehído para producir cadenas lineales. El formaldehído excedente proporciona los enlaces cruzados necesarios para generar polímeros fuertes y rígidos, adecuados para usos como adhesivos, interruptores, contactos o placas de pared.

URETANOS : Dependiendo del grado de enlaces cruzados, los uretanos se comportan como polímeros termoestables, como polímeros termoplásticos o como elastómeros. Estos polímeros encuentran aplicaciones como fibras, recubrimientos y espumas para muebles, colchones y aislamientos.

POLIÉSTERES : Los poliésteres forman cadenas de moléculas de ácido y alcohol mediante una reacción de condensación, dando como subproducto agua. Cuando estas cadenas contienen enlaces no saturados, una molécula de estireno puede proporcionar el enlace cruzado. Los poliésteres se utilizan como material para moldes o para vaciado en una diversidad de aplicaciones eléctricas, laminados decorativos lanchas y equipo marino, y como matriz de materiales compuestos como la fibra de vidrio.

EPÓXICOS: Los epóxico son polímeros termoestables, formados por moléculas que contienen un anillo cerrado C-O-C. Durante la polimerización, los anillos C-O-C se abren y los enlaces son reacomodan para unir las moléculas. Él más común de los epóxico comerciales se basa en el bisfenol A, al cual se le han agregado do unidades epóxico. Estas moléculas se polimerizan para producir cadenas y a continuación se les hace reaccionar con agentes que aceleran el curado que proporcionan los enlaces cruzados.

Los epóxicos se utilizan como adhesivos; partes moldeadas rígidas para aplicaciones eléctricas; Componentes automotores; tableros de circuito; artículos deportivos y como matriz para materiales compuestos para alto rendimiento, reforzados con fibra para uso aerospacial.

POLIMIDAS : Las poliamidas presentan una estructura en anillo que contiene un átomo de nitrógeno. Un grupo especial, las bismaleimidas (BMI) son importantes en las industrias de aeronaves y aerospacial. Pueden operar de manera continua a temperatura de 175 °C y no se descomponen hasta llegar a los 460°C.

ADHESIVOS

Los adhesivos son polímeros que se utilizan para unir otros polímeros, metales, materiales cerámicos, compuestos o combinaciones de todos los anteriores. Los adhesivos se utilizan para una diversidad de aplicaciones. Entre ellos; los mas críticos son los adhesivos estructurales utilizados en la industria automotriz,

ADITIVOS DE LOS POLIMEROS

La mayor parte de los polímeros contienen aditivos, que les proporcionan características especiales.

RELLENOS : Los rellenos se agregan para varios fines. Uno de los ejemplos mas conocidos es la adición de negro de humo al caucho, para conseguir la resistencia y la resistencia al desgaste de las llantas. Algunos rellenos, como las fibras cortas o escamas de materiales inorgánicos mejoran las propiedades mecánicas del polímero. Otros que se llaman extensores permiten que se produzcan varios volúmenes de material polimérico con muy poca resina, reduciendo así el costo. El carbonato de calcio, el sílice, el talco y la arcilla son extensores de uso corriente.

PIGMENTOS : Utilizados para producir colores en polímeros y pinturas, los pigmentos son partículas finalmente molidas como el TiO2, que quedan uniformemente dispersas en el polímero.

ESTABILIZADORES : Los estabilizadores impiden el deterioro del polímero debido a efectos del entorno. Los estabilizadores térmicos se requieren para el proceso del cloruro del polivinilo; de lo contrario pudieran eliminarse átomos de hidrogeno y cloro en forma de ácido hidroclorídrico, haciendo frágil al polímero. Los estabilizadores también impiden el deterioro de polímeros debido a la radiación ultra violeta.

AGENTES ANTIESTÁTICOS: La mayoría de los polímeros, puesto que son malos conductores, acumulan carga por electricidad estática. Los agentes antiestáticos atraen la humedad del aire hacia la superficie del polímero, mejorando la conductividad superficial del mismo y reduciendo la probabilidad de chispas o descargas.

RETARDANTES DE LLAMA: Dado que se trata de materiales orgánicos, la mayoría de los polímeros son inflamables. Aditivos conteniendo cloro, bromo, fósforo o sales metálicas reducen la probabilidad de que ocurra o se extienda la combustión.

PLASTIFICANTES: Moléculas o cadenas de bajo peso molecular, conocidas como plastificantes, reducen la temperatura de transición vítrea,

REFORSANTES : La resistencia y la rigidez de los polímeros se mejoran al introducir filamentos de vidrio, polímeros o grafito como reforzantes. Por ejemplo, la fibra de vidrio esta echa de filamento de vidrio, cortos en una matriz de polímero.

CONFORMADO DE POLIMEROS

Hay varios métodos para producir formas con polímeros, incluyendo el modelo, la extrucción y la fabricación de películas y fibras. Las técnicas que se utilizan para conformar polímeros dependen en gran medida de la naturaleza del mismo, en particular si es termoplástico o termoestables. Los procesos típicos se muestran en la figura.

La mayoría de las técnicas son utilizadas para conformar los polímeros termoplásticos. El polímero es calentado a una temperatura cercana a superior a la temperatura de fusión, de tal manera que se haga plástico, o liquido. Entonces, es vaciado o inyectado en un molde para producir la forma deseada. Los elastómeros termoplásticos se pueden conformar de la misma manera. En estos procesos, el material de desecho puede reciclarse fácilmente minimizando así el desperdicio.

Para los polímeros termoestables se utilizan pocas técnicas de conformado, ya que una vez ocurrida la conformación de enlaces cruzados, ya no se pueden conformar mas después de la vulcanización, los elastómeros tampoco pueden ser conformado adicionalmente. En estos casos, el material de desecho no puede ser reciclado.

ESTRUCCION: Un mecanismo de tornillo empuja al termoplástico caliente a través de un dado abierto, que produce formas sólidas, películas, tubos e incluso bolsas de plásticos. En la figura aparece un proceso especial de extrusión para la producción de películas. La extrusión puede utilizarse para recubrir conductores y cables, ya sea con termoplásticos o con elastómeros.

MOLDEO POR SOPLADO: Una forma hueca de termoplástico, conocida como preforma, es introducida en un molde y mediante la presión de un gas que se expande hacia las paredes del molde. Este proceso es utilizado para producir botellas de plásticos, recipientes, tanques para combustible automotriz y otras formas huecas.

Aquí va lo del catarraro que eslaprimera parte deceramicos ,luego procigue esto de abajo que es de ortegaque es la segunda parte de cerámicos y por ultimo lodeconsta que ya esta integrado aquí mismo

Esta es la partedeortega que es la segunda parte de ceramicos

OTROS MATERIALES CERÁMICOS Y SUS APLICACIONES

Además de su uso en la producción de materiales para la construcción, en aparatos domésticos, en materiales estructurales y refractarios, los materiales cerámicos encuentran toda una infinidad de aplicaciones, como son:

FIBRAS.- A partir de materiales cerámicos se producen fibras para diversos usos como refuerzo 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.

Un tipo de material fibroso es la loseta de sílice utilizada en el sistema de protección térmica del trasbordador espacial. Las fibras de sílice están unidas por polvos de sílice para producir una loseta excepcionalmente ligera, con densidades tan bajas como 0.144g/cm3; esta loseta esta cubierta con vidriados especiales de alta emisividad para conseguir protección hasta los 1300 0C.

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. Una composición común es el CaO , Al2O3 , 2SiO2.

Mediante la adición de otros minerales se pueden producir en los vidriados y esmaltados colores especiales. El silicato de zirconio da un vidriado blanco, el oxido de cobalto un vidriado azul, el oxido de cromo produce verde, el óxido de plomo da un color amarillo y se puede producir un vidriado rojo agregando una mezcla de sulfuros de selenio y cadmio.

PRODUCTOS CERÁMICOS RICOS EN ALÚMINA.

Estos son materiales mecánicamente resistentes, densos, a diferencia de los refractarios, que usualmente son porosos. La mayor parte de los productos cerámicos ricos en alúmina se usan para aprovechar su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su estabilidad dimensional, más que por su capacidad para resistir altas temperaturas.

La riqueza en alúmina denota 85% o más, en peso, de Al2O3. Entre sus usos están los recubrimientos de conductos y toboganes de minas, aisladores para precipitadores electroestáticos, válvulas de respiradores y componentes de maquinas de presión.

PRODUCTOS CERÁMICOS FERROELÉCTRICOS Y FERROMAGNÉTICOS

El tipo más común de productos cerámicos dentro de esta clase es el de titanato de bario(BaTiO3). La titania y sus compuestos muestran propiedades poco usuales de utilidad en aplicaciones eléctricas, entre las cuales la más importante se relaciona con la alta capacidad a varias frecuencias. El racionamiento de mica durante la Segunda Guerra Mundial dio ímpetu al desarrollo de los condensadores sintéticos. Los procedimientos usados en la fabricación de la titania y de los cuerpos de titanato son de carácter cerámico.

TIPOS DE HORNOS PARA CERÁMICOS

La vitrificación de los productos cerámicos y su deshidratación previa por conversiones químicas, su oxidación y calcinación, se llevan a cabo en hornos que pueden ser operados en forma periódica o continua. Todas las instalaciones mas nuevas tienen hornos continuos de túnel, que presentan muchas ventajas sobre los hornos intermitentes, como menores costos laborales, mayor eficiencia de combustible, ciclo de tiempo de procesamiento más cortos y mejor control de operación. Los combustibles más económicos son el gas, el carbón y el petróleo, por lo que son los mas usados para la cocción; en algunos casos se usa la electricidad.

HORNOS CONTINUOS.- Los hornos más importantes son los hornos de túnel de carro continuo, usados para la cocción de ladrillos, tejas, porcelana, vajillas de mesa y artículos refractarios. Existen dos tipos generales de hornos: los de fuego directo, en los que los gases de combustión pasan directamente entre los artículos, y los de tipo indirecto (mufla), en los que no se permite que los productos de combustión entren en contacto con los artículos. Estos se cargan directamente sobre unos carros abiertos o se encierran en gacetas para mantenerlos limpios. Los carros pasan a través del túnel a contracorriente con los gases de combustión provenientes de la zona de fuego alto. Los artículos pueden cargarse sobre los rodillos en un horno de hogar con rodillos, en vez de ponerlos en carros que se desplazan a través del horno. El sistema transportador consiste en una banda continua de rodillos de carburo de silicio. Este tipo de horno es particularmente adecuado para la producción de partes electrónicas que deben cumplir con especificaciones exactas. Los hornos continuos de cámara consisten en una serie de cámaras conectadas. El calor de una cámara pasa a la otra, a contracorriente de los artículos. Debido a que las cámaras son encendidas en sucesión, la operación es continua. Siempre hay una cámara enfriándose, otra cociendo y otra calentándose por el calor de desecho de las otras dos cámaras. Este tipo de horno se usa para cocer ladrillos y tejas.

HORNOS PERIÓDICOS.- Estos son tan eficientes, en cuanto a combustibles, como los hornos continuos, pero son más flexibles. Los hornos de tiro descendente, que son de forma redonda o de forma rectangular, se usan para cocer ladrillos de fachada, tubos de albañal, loza de gres, tejas y ladrillos comunes. En éstos, el calor se eleva desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de acabado para cada operación de cocción. El horno es “preparado” (llenada con los artículos que se van a cocer), se comienza el calentamiento y la temperatura se eleva a una velocidad definida hasta alcanzar la temperatura de cocción. El horno de tipo descendente se llama así porque los productos de combustión van bajando al pasar sobre los artículos colocados en el horno. El horno de tiro ascendente se ha usado más para cocer productos de alfarería, pero esta siendo reemplazado rápidamente por los hornos de túnel. Los ladrillos comunes se cuecen en hornos de retención de calor por enlucido de barro, que en realidad son variaciones del horno de tiro ascendente. El horno mismo se construye con ladrillos sin secar, y las paredes exteriores son embadurnadas o “embarradas”, con arcilla.

  • DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA DE BATERIAS EN ESTADO SÓLIDO.

Síntesis de nuevas fases y optimización de métodos de síntesis y tratamientos de óxidos electroactivos (para electrodos, V2O5, MnO2, LiMn2O4) y conductores iónicos (electrolitos sólidos como Li0.3La0.57TiO3). Aplicación de métodos electroquímicos para la obtención de multicapas electrodo / electrolito sólido. Obtención de depósitos múltiples por electroforesis.

Cerámicos para instalaciones destinadas a procesos electrolíticos

En la actualidad se emplea el grafito como ánodo en las pilas de cloro, bromato y clorato, y para la obtención del sodio, litio y magnesio metálicos. El grafito no es si no muy ligeramente atacado por el cloro

SUPERCONDUCTORES

La resistividad eléctrica de un metal normal como puede ser de cobre decrece uniformemente mientras disminuye la temperatura y alcanza un valor mínimo de 0°K por otro lado la resistividad eléctrica del mercurio puro, cuando en su programa de enfriamiento alcanza los2.4 °K desciende bruscamente hasta un valor muy pequeño, casi inapreciable.

Este fenómeno se le conoce con el nombre de superconductividad, Unos 26 materiales son superconductores, así como cientos de aleaciones y otros compuestos.

La temperatura por debajo de la cual la resistividad eléctrica de un material se aproxima a la del cero absoluto ese llama temperatura critica (Tc), Por encima de esta temperatura, al material se le conoce como normal, y por debajo de la temperatura critica se dice que es un superconductor. Además de la temperatura el estado de superconductividad también dependen de muchas otras variables, de las cuales las más importantes son el campo magnético (B) y la densidad de corriente (J), De este modo, para que un material sea superconductor, la temperatura crítica del material, su campo magnético y su densidad de corriente del material no deben ser superadas, y en cada material superconductor existe una superficie de T, B y J.

PROPEIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS SUPERCONDUCTORES.

Si un campo magnético suficientemente fuerte se aplica a un superconductor a cualquier temperatura que este por debajo de la temperatura critica el superconductor retornará a su estado normal.

El campo magnético aplicado al necesario para reestablecer la conductividad eléctrica normal en el superconductor se llama campo crítico.

Según su comportamiento frente al campo magnético aplicado, los superconductores metálicos e intermetálicos se clasifican en superconductores de tipo 1 y de tipo 2. si un cilindro largo de un superconductor de tipo 1 como el pb ó Sn y se coloca un campo magnético (Hc) a temperatura ambiente, el campo magnético penetrará normalmente a través del metal, sin embargo la temperatura la temperatura del superconductor del tipo 1 se reduce por debajo del campo magnético

Los superconductores de tipo 2 se comportan de forma diferente de un campo magnético a temperaturas por debajo de la temperatura crítica ellos son muy diamagnéticos, como los superconductores de tipo 1, por encima de un campo magnético aplicado llamado campo crítico inferior (Hc1), de ese modo el flujo magnético es rechazado del material. Por encima del campo crítico inferior el campo empieza a penetrar en el superconductor tipo 2 y continúa así hasta que alcanza el campo crítico superior (Hc2).

El intervalo entre (Hc1) y (Hc2) el superconductor está en estado mixto y por encima de (Hc2).

En la región (Hc1) y (Hc2) el superconductor puede conducir corriente eléctrica por dentro del grueso del material y de esta forma esta región del campo magnético puede ser usada para

FLUJO DE CORRIENTE Y DE CAMPOS MAGNÉTICOS EN SUPERCONDUCTORES

Los superconductores de tipo1 son poco transportadores de corriente eléctrica ya que la corriente sólo puede fluir por la capa superficial externa de una muestra conductora. La razón por la que sucede así es que el campo magnético sólo puede penetrar a la capa superficial y la corriente puede fluir sólo en esta capa.

En los superconductores de tipo 2, por debajo del campo crítico inferior los campos magnéticos se comportan de igual manera,

Sin embargo, si el campo se encuentra entre (Hc1) y (Hc2) (estado mixto), la corriente puede ser transportada dentro de conductor por filamentos.

En superconductores de tipo 2, cuando se aplica un campo magnético entre (Hc1) y (Hc2) el campo atraviesa el volumen del superconductor en forma de haces de flujos cuantizados individuales llamados fluxoides

Una superficie cilíndrica en un torbellino rodea cada fluxoide. Con el aumento de la fuerza del campo magnético, más y más fluxoides entran en un superconductor y constituyen una formación periódica. Para (Hc2), la estructura a base de vórtices de supercorriente colapsa y el material vuelve a su estado de conducción normal.

SUPRCONDUCTORES DE ALTO CAMPO Y CORRIENTE ALTA.

Los superconductores ideales del tipo 2 pueden ser traspasados por un campo magnético aplicado en el rango de (Hc1) y (Hc2), tienen una pequeña capacidad de transporte de corriente por debajo de la temperatura crítica puesto que los fluxoides se encuentran débilmente unidos en la red cristalina y son relativamente móviles.

La movilidad de los fluxoides puede ser en gran parte impedida por dislocaciones, límites de grano y precipitados finos, siendo preciso que Jc se alcance por trabajo en frío y tratamientos térmicos.

La aleación de Nb-45 por 100 en pese de Ti y el compuesto de Nb3Sn han llegado a ser los materiales básicos en la moderna tecnología se superconductores de alto campo y de corriente alta. En la tecnología de los superconductores actuales, éstos son usados a temperaturas de helio líquido. Los cables comerciales están hechos de varios filamentos de NbTi y entra las aplicaciones de los superconductores de NbTi y Nb3 se incluyen sistemas de imágenes magnético nucleares para el diagnostico medico y la levitación magnética de vehículos como trenes de alta velocidad. Los imanes superconductores de campo alto se usan en acelerados de partículas en los campos de física de altas energías.

Desde el punto de vista ingenieril los superconductores de alta temperatura crítica se muestran muy prometedores en la consecución de avances técnicos. Con una temperatura de 90° K. El nitrógeno líquido puede ser usado como refrigerante para remplazar el helio líquido, que es más costoso.

FERRITAS.

Este es un hierro comercialmente puro, y en la practica constituye una solución sólida muy débil de carbono aproximadamente 0.006% a temperatura ambiente en hierro alfa. El hierro alfa es un alotropo del hierro que es cuando tiene un sistema reticular cúbico centrado en un cuerpo.

La ferrita alfa : Esta fase es una solución sólida de carbono en la red cristalina de hierro, el carbono es muy poco soluble en la ferrita alfa, alcanzando la máxima solubilidad sólida, de un 0.02% a 273ºC. La solubilidad del carbono en la ferrita disminuye a un 0.005% a 0ºC.

La ferrita delta: Es la solución sólida intersticial de carbono tiene una estructura cristalina como la de la ferrita alfa pero con una constante de red mayor. La máxima solubilidad del carbono en ferrita delta es de 0.09% a 1465 ºC.

LAS FERRITAS EN MATERIALES CERAMICOS.

Las ferritas son materiales cerámicos magnéticos que se preparan mezclando óxidos de hierro con otros óxidos y carbonatos en forma de polvo. Los polvos son posteriormente pr4ensados juntos y sinterizados a elevadas temperaturas.

Las magnetizaciones producidas en las ferritas son bastante grandes para tener un valor comercia, pero sus saturaciones magnéticas no son tan elevadas como las producidas por materiales ferromagnéticos.

Ferritas blandas, como materiales presentan un comportamiento ferromagnético. En ellas hay un momento total debido a dos conjuntos de electrones desapareados en la capa interna con momentos espín en direcciones opuestas los cuales no se anulan uno a otro. La mayoría de las ferritas blandas tiene una composición MO-Fe2+ donde

PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LAS FERRITAS BLANDAS.

Las ferritas blandas son importantes materiales magnéticos por que sumado a sus útiles propiedades magnéticas, son aislantes y tienen grandes resistividades eléctricas. Es importante una gran resistividad eléctrica en aplicaciones magnéticas que requieren altas frecuencias, ya que si el material magnético fuera conductor, las perdidas de energía por corrientes parásitas pueden ser grandes trabajando a latas frecuencias Las corrientes parásitas son producidas por el gradiente de voltaje inducido, y así, cuanto más alta es la frecuencia, es mayor el incremento de las corrientes parásitas gracias a que son aislantes.

Las ferritas magnéticas pueden ser usadas en aplicaciones magnéticas como núcleos de transformadores operando a altas frecuencias, aplicaciones de baja señal, núcleos de memoria, aparatos audiovisuales, cabezas de grabación.

El uso frecuente de las ferritas blandas es como núcleo de unión de desvío, transformadores de líneas ó bobinas de convergencia para receptores de televisión.

FERRITAS MAGNÉTICAMENTE DURAS.

Un grupo de ferritas duras son usadas como imanes permanentes, tienen la formula general MO-6Fe2o3, y tienen estructura cristalina hexagonal.

Las ferritas más importante de este grupo es la ferrita de bario que fue introducida en holanda por la compañía philips en 1952, bajo el nombre comercial de Ferroxdure.

En años recientes las ferritas de bario han sido remplazadas en su mayoría por las ferritas de estroncio, que tiene la formula general (Sr-6 Fe2O3 ) y que tienen propiedades magnéticas superiores a las de bario. Estas ferritas son producidas por el mismo método usado en las ferritas blandas, siendo prensada en húmedo en un campo magnético para alinear los ejes fácilmente magnetizables de las partículas con el campo aplicado.

Estos imanes permanentes de cerámicas de ferritas dura tienen un uso difundido en generadores, servomotores y motores. Las aplicaciones electrónicas incluyen imanes para auriculares, timbres de teléfonos y receptores. Son también usados para dispositivos de

Esto es la parte de consta

COMPUESTOS LAMINARES.

Los compuestos laminares incluyen recubrimientos muy delgados, superficies protectoras más gruesas, revestimientos metálicos, bimetálicos , laminados y todo un conjunto de aplicaciones.

Muchos compuestos laminares están diseñados para mejorar la resistencia a la corrosión conservando al mismo tiempo un bajo costo, alta resistencia o bajo peso. Otras características de importancia incluyen una resistencia superior al desgaste o ala abrasión, una mejor apariencia, así como características de expansión térmica poco usuales.

REGLA DE LAS MEZCLAS.

Con la regla de las mezclas se pueden estimar algunas de las propiedades, paralelas a las laminillas de los materiales compuestos laminares.

También se pueden calcular con poco margen de error, la densidad, conductividad térmica y eléctrica y el modulo de elasticidad.

Denasidad=Pc="FiPi

Conductividad eléctrica=="Fii

Conductividad Térmica=Kc="FiKi

Modulo de elasticiad=Ec="FiEi

EJEMPLOS Y APLICACIONES DE COMPUESTOS LAMINARES.

El número de compuestos laminares es tan variado y tan numerosas sus aplicaciones e intenciones que no es posible efectuar generalizaciones en relación con su comportamiento. En lugar de eso examinaremos los de mas uso común

LAMINADOS: son capas de materiales unidos por un adhesivo orgánico. En el vidrio de seguridad , un adhesivo plástico, como el polivinil butiral une dos piezas de vidrio; el adhesivo impedirá que al romperse la pieza vuelen los fragmentos de vidrio.

Los laminados se utilizan como aislamiento en motores, para tarjetas, para tableros de circuitos impresos y para elementos decorativos como muebles y cubiertas de formica.

Metales revestidos: son compuestos metal-metal.

Los materiales revestidos dan buena resistencia a la corrosión y tienen alta resistencia.

El alclad es un compuesto revestido en el cualse une el aluminio comercial puro con aleaciones de aluminio de resistencias más elevadas.

El aluminio puro protege la aleación de alta resistencia contra la corrosión. El espesor de la capa de aluminio puro es de 1 al 15% del espesor total.

El alclad se utiliza en la construcción de aeronaves, de intercambiadores de calor, de edificios y de depositos de almacenamiento.

ESTRUCTURAS TIPO EMPAREDADO.

Los materiales en emparedado tienen capas delgadas de material de recubrimiento unidas a algún material ligero de relleno, como una espuma de polímero

Ni el relleno ni el material de recubrimiento unidas a algún material de recubrimiento son resistentes o rígidos, pero el compuesto tiene ambas propiedades. Un ejemplo familiar es el cartón corrugado. Un núcleo corrugado de papel se une por ambos lados a papel plano y grueso. Ni el núcleo corrugado ni el papel de recubrimiento es rígido, pero su combinación lo es.

MADERA.

La madera es uno de los materiales que resulta más familiar. Aunque no se trata de un material de alta tecnología, la mayoría de los hogares tiene múltiples objetos de madera, material que es altamente valuado por su belleza. Además de eso, es tan resistente y ligera, que todavía en muchos países predomina su uso en la industria de la construcción.

La madera se puede considerar como un complejo material compuesto reforzado con fibras, formado de largas celdas poliméricas tubulares, alineadas unidireccionalmente en una matriz polimérica. Además los tubos poliméricos están compuestos de haces de fibras de celulosa parcialmente cristalinas, alineadas en diversos ángulos respecto a los ejes de los tubos.

Esta configuración proporciona excelentes propiedades a tensión en dirección longitudinal.

La madera esta formada por cuatro constituyentes principales. Las fibras de celulosa representan aproximadamente del 40 al 50 % de la madera. La celulosa es un polímero termoplástico natural con un grado de polimerización de aproximadamente 10,000.

Finalmente los extractivos son impurezas orgánicas como aceites, que proporcionan color a la madera o que actúan como preservativos contra el entorno y los insectos, y minerales inorgánicos, como el sílice, los cuales provocan el deterioro de las hojas de sierras o hachas al aserrar la madera.

ESTRUCTURA FIBROSA: el componente básicos de la madera es la celulosa (C;H;O) configurada en cadenas poliméricas que forman fibras largas.

Gran parte de cada fibra está en estado cristalino, las regiones cristalinas están separadas por pequeños tramos de celulosa amorfa.

iamente.

ESTRUCTURA DE LA CELDA: el árbol esta compuesto de celdas alargadas, que a menudo tienen una relación de forma de 100 o más, y que constituye aproximadamente el 95 % del material sólido en la madera.

Las celdas huecas están formadas por varias capas construidas a partir de micro fibrillas. La primera pared de la celda contiene micro fibrillas orientadas aleatoriamente.

Conforme se engrosa la pared de la celda, se forman otras tres capas distintas. Las dos paredes externas e internas contienen micro fibrillas orientadas en dos direcciones que no son paralelas a la celda.

MACROESTRUCTURA: un árbol está formado por varias capas. La capa externa es decir, la corteza, protege al árbol. El cámbiun, justo por debajo de la corteza, contiene celdas para el nuevo crecimiento.

La albura contiene unas cuantas celdas vivas huecas, que almacenan nutrientes y sirven como conducto para el agua.

Y finalmente, el duramen, que solo contiene celdas muertas, aporta la mayor parte del soporte mecánico del árbol.

MADERAS DURAS VS MADERAS BLANDAS.

Las maderas duras son árboles de hoja caduca como el roble, el olmo, la haya, el abedul, el nogal y el maple. En estos árboles , las celdas alargadas son relativamente cortas, con un diámetro de menos de 0.1mm y una longitud de menos de 1mm.

Las maderas blandas y las perennes como el pino , el abeto, la picea y el cedro tienen estructuras similares. En las maderas blandas, las celdas tienden a ser algo más largas que en las maderas duras. El centro hueco de las celdas es responsable de transportar el agua.

CONCRETO

El concreto es un compuesto particulado en el cual sus partículas son materiales cerámicos. Una de cementación entre el agua y los minerales del cemento generan una matriz resistente proporcionando al concreto una buena resistencia a la compresión.

CEMENTOS

El cemento es un aglutinante que está formado por diferentes porciones de minerales como el 3CaO, Al2O3, 2CaO, SiO2, 3CaO, SiO2 entre otros. Al agregar agua al cemento ocurre una reacción de hidratación produciendo un gél sólido que une a las partículas de agregados. El cemento abarca entre un 15% del volumen del concreto.

En la composición del cemento influye un proceso de curado, donde normalmente se espera que el concreto se cure casi totalmente en 28 días aunque algo de curado puede seguir ocurriendo durante años.

Actualmente se utilizan varios tipos de cementos, en estructuras grandes como cortinas de presas donde aquí el curado debe ser lento a fin de evitar un excesivo calentamiento causado por la hidratación.

La composición del cemento también afecta la resistencia de concreto al medio ambiente.

ARENA

Son minerales finos, típicamente del orden de 0.001 cm de diámetro, generalmente contienen algo de agua absorbida. La arena ayuda a llenar los huecos entre los agregados que son más gruesos consiguiendo un alto grado de compactación reduciendo la porosidad del concreto y así se reducen los problemas relacionados con la desintegración del concreto causada por la repetida congelación y descongelación durante el tiempo.

AGREGADOS

Están compuestos de grava o roca los que deben ser resistentes y durables y tienen una forma angular dando resistencia debido al entrelazamiento mecánico entre ellas, sin embargo en la superficie se forma huecos o grietas. Normalmente es preferible un agregado de tamaño grande minimizando el área superficial en la cual se puedan formar grietas o huecos.

El tamaño del agregado debe corresponder al tamaño de la estructura que se piensa producir y las partículas de agregados no pueden ser mayores al 20% del espesor de la estructura..

Se pueden preparar concretos ligeros que son mejores aislantes térmicos utilizando escorias minerales o también producir concretos pesados utilizando minerales densos o incluso granalla de metal, donde estos compuestos pesados se pueden utilizar para construcción de reactores nucleares a fin de que absorban mejor la radiación.

PROPIEDADES DEL CONCRETO

Muchos factores tienen influencia sobre las propiedades del concreto, algunos de los de mayor importancia son la proporción de agua a cemento, la cantidad de aire que contenga y el tipo de agregado.

a) Proporción agua-cemento: afecta varias formas:

1.- Se debe agregar al cemento un mínimo de agua para asegurarse de que sufra completamente la reacción de hidratación.

2.- Una mayor proporción de agua-cemento mejora la trabajabilidad del concreto llenando los espacios dentro de una forma. Las bolsas de aire o la porosidad interconectada causadas por una trabajabilidad pobre reduce la resistencia y la durabilidad de la estructura de concreto. La trabajabilidad se puede medir con la prueba de asentamiento en la cual se mide la deformación de una pieza de concreto bajo su propio peso.

3.- Si se incrementa la proporción de agua más allá del mínimo requerido para la trabajabilidad, se reduce la resistencia ala compresión del concreto. Esta resistencia por lo general se mide determinando el esfuerzo requerido para romper un cilindro de concreto se 6 pulgadas de diámetro y 12 de altura.

4.- Altas proporciones de agua a cemento incrementan la contracción del concreto durante su curado, creando riesgo de agrietamiento.

b) Concreto con aire arrastrado. Casi siempre en el concreto se arrastra una pequeña cantidad de aire durante el vaciado. En el caso de agregados gruesos el 1% del volumen del concreto puede ser aire, con agregados más finos como grava de 0.5 pulgadas puede quedar en la estructura un 2.5% de aire.

El aire arrastrado mejora la trabajabilidad y ayuda a minimizar los problemas de contracción y agrietamiento en situaciones de congelación y descongelación, sin embargo el concreto con aire atrapado tiene menor resistencia.

c) Tipo y cantidad de agregados. El tamaño del agregado afecta la mezcla de concreto. La figura 17-10 muestra la cantidad de agua por yarda cúbica de concreto requerida para producir el asentamiento deseado o trabajabilidad, para agregados más pequeños se requiere más agua. La figura 17-11 muestra la cantidad de agregados que deben estar presentes en la mezcla de concreto. La relación volumétrica del agregado en el concreto se basa en la densidad volumétrica del agregado que es aproximadamente del 60% de la densidad real.

CONCRETO REFORZADO.

Generalmente se introducen varillas de acero, alambres o mallas para mejorar la resistencia alas fuerzas de tensión y de flexión. Los esfuerzos de tensión son transferidos por el concreto al acero, el cual tiene buenas propiedades para estas condiciones. Las fibras polimétricas, con menos probabilidades de corroerse, en comparación con el acero también puede ser utilizadas como refuerzo.

CONCRETO PREESFORZADO

Aquí en vez de colocar el acero en forma de varillas, este metal puede ser inicialmente estirado, quedando a tensión durante el vaciado y el curado, una vez curado el concreto, se libera la tensión en el acero. La estructura metálica trata de relajarse de su condición de estirado, pero la restricción causada por el concreto que lo rodea provoca esfuerzos de compresión en todo el concreto.

Ahora se pueden aplicar esfuerzos de tensión y de flexión superiores debido a que los esfuerzos residuales de compresión introducidos en el acero preesforzado aumentan la resistencia mecánica del material.

ASFALTO

El asfalto es un compuesto de agregados y de bitumen, un polímero termoplástico que en su mayor parte es obtenido a partir del petróleo. El asfalto es un material importante para la pavimentación de calles. Las propiedades del asfalto se determinan por las características del agregado y el aglutinante, por sus cantidades relativas y por sus aditivos.

El agregado debe tener una diversidad de tamaños de grano para un gran factor de empaquetamiento y buen entrelazamiento mecánico entre los granos, el aglutinante por cadenas termoplásticas une a las partículas de agregado. Se pueden utilizar aditivos como gasolina o queroseno para modificar el aglutinante, lo que permite licuarse con mayor facilidad durante el mezclado y haciendo que el asfalto se cure con mayor rapidez una vez aplicado.

La proporción de aglutinante a agregado es importante. Deberá añadirse justo el suficiente aglutinante para que las partículas de agregado se toquen y logrando que se minimicen los huecos pero un exceso de aglutinante originará la deformación viscosa del asfalto bajo carga.

Cuando el asfalto es comprimido el aglutinante puede pasar a los huecos, en vez de fluir hacia la superficie del asfalto y perderse, sin embargo demasiados huecos permitirán que entre el agua en la estructura, esto incrementará la velocidad de deterioro del asfalto y también puede fragilizar el aglutinante.

El agregado para el asfalto es típicamente arena y grava fina, si embargo existe en interés de utilizar coma agregado productos reciclados de vidrio.

MATERIALES COMPUESTOS

INTRODUCCIÓN:

Los materiales compuestos se obtienen al unir dos materiales para conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia peso rendimiento a altas temperaturas, resistencia a la corrosión dureza o conductividad.

Los compuestos se pueden clasificar en tres categorías con partículas, con fibras y laminares dependiendo de la forma de los materiales. El concreto que es una mezcla de cemento y grava, es un compuesto articulado; la fibra de vidrio que contiene fibras de vidrio incrustadas en un polímero es un compuesto reforzado con fibras; y la madera contrachapada o triplay que tiene capas alternas de chapa de madera es un compuesto laminar están distribuidas uniformemente los compuestos particulados tendrán propiedades isotropicas; los compuestos de fibra pueden ser isotópicos o anisotropicos: los laminares siempre tienen un comportamiento anisotropico.

COMPUESTOS REFORZADOS POR DISPERSIÓN.

Con partículas es posible considerar como compuestos particulados un grupo especial de materiales endurecidos por dispersión que contienen partículas de 10 a 250 nm de diámetro. Estos dispersoides por lo general óxidos metálicos se introducen en la matriz por métodos distintos a las transformaciones de fases. Aun cuando las pequeñas partículas no sean coherentes con la matriz bloquean el movimiento de las dislocaciones y producen un pronunciado efecto de endurecimiento.

A temperatura ambiente los compuestos endurecidos por dispersión pueden ser menos resistentes que las aleaciones tradicionales endurecidas por envejecimiento, que tiene un precipitado coherente sin embargo la resistencia de estos materiales compuestos disminuyen gradualmente al incrementarse la temperatura dado que no disminuye las propiedades en forma catastrófica por sobreenvejecimiento, sobrerrevenido, crecimiento de grano o crecimiento de la fase dispersa además, su resistencia a la termo fluencia es superior a la de metales y aleaciones

COMPUESTOS PARTICULADOS VERDADEROS.

CARBUROS CEMENTADOS:

Los carburos cementados o cermets contienen partículas cerámicas duras dispersas en una matriz metálica los insertos de carburos de tungsteno que se utilizan de herramienta de corte de operaciones de maquinado son ejemplos típicos de este grupo. El carburo de tungsteno (WC) es un cerámico duro rígido y de alta temperatura de fusión. Desafortunadamente las herramientas fabricadas de carburo de tungsteno son extremadamente rígidas.

POLIMEROS:

Muchos polímeros para ingenieria, que contienen rellenos y extensores son compuestos particulados un ejemplo clásico es el negro de humo, el caucho vulcanizado. El negro de humo esta formado por esferas diminutas de carburo de 5 a 500 mm de diámetro el negro de humo mejora la resistencia rigidez, resistencia al desgaste y resistencia al calor del caucho

COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS

La mayoría de los compuestos reforzados con fibras consiguen una mejor resistencia a la fatiga mejor rigidez y una mejor relación resistencia peso al incorporar fibras resistentes y rígidas aunque frágiles en una matriz más blanda y dúctil. La resistencia del compuesto puede resultar alta a temperatura ambiente y a temperaturas elevadas.

Por siglos se ha utilizado la paja para reforzar los ladrillos de barro o adobes. En las estructuras de concreto se introducen varillas de acero de refuerzo. Las fibras de vidrio en una matriz polimérica producen un material para aplicaciones en la transportación y la industria aerospacial las fibras de boro, carbono polímeros y materiales cerámicos aportan un refuerzo excepcional en compuestos avanzados basados en matriz polimérica metálica cerámica e incluso en compuestos ínter metálicos

CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS

Al diseñar un compuesto reforzado con fibrinas se deben tomar en consideración muchos factores como la longitud, el diámetro, la orientación, la cantidad y propiedades de las fibras; las propiedades de la matriz; y la unión entre fibras y matriz.

Longitud y diámetro de las fibras: las fibras pueden ser cortas, largas o incluso continuas a menudo se caracterizan sus dimensiones mediante la relación forma l/d. Donde l es la longitud de las fibras y d es su diámetro. Las fibras típicas tienen diámetros que varían desde 10 micones (10x10 -4 cm) hasta 150 micrones ( 150x10-4cm).

Propiedades de las fibras: En la mayoría de los compuestos reforzados con fibras, estas son resistentes, rígidas y de poco peso. Si el compuesto debe ser utilizado a temperaturas elevadas también la fibra deberá tener una temperatura de fusión alta. Por lo que la resistencia específica y él modulo especifico de la fibra son características importantes:

Resistencia específica = ----

Modulo específico = ----

Donde es el esfuerzo de cedencia, por la densidad y E es él modulo de elasticidad. Generalmente él modulo especifico mas alto se encuentra en materiales con números atómicos bajo enlaces covalentes, como el carbón y el boro. Estos dos elementos también tienen alta resistencia y altas temperaturas de fusión.

Las fibras de aramidas mas conocidas es el kevlar, son poliamidas aromáticas endurecidas con una estructura que contiene anillos de benceno y son ejemplos de polímeros liquido- cristalino en los cuales las cadenas poliméricas tienen forma de varilla muy rígida. También existen fibras de polietileno preparadas especialmente para refuerzo.

Tanto las fibras de aramidas como de polietileno tienen resistencias y rigidez excelente, pero su uso esta limitado a bajas temperaturas. Debido a su menor densidad, la resistencia y él modulo especifico de las fibras de polietileno son más elevados.

PROPIEDADES DE LAS MATRICES

La matriz de un material compuesto soporta las fibras manteniéndolas en su posición correcta; transfiere la carga a la fibras fuertes, las protege de sufrir daños durante su manufactura y su uso y evitan la prolongación de grietas en las fibras a todo lo largo del compuesto. La matriz por lo general, es responsable del control principal de las propiedades eléctricas, el comportamiento químico y el uso a temperaturas elevadas del compuesto.

Los compuestos de matriz metálica incluyen, aluminio, magnesio, cobre, níquel y aleaciones de compuestos ínter metálicos, reforzados, con fibras cerámicas y metálicas mediante los compuestos con matriz metálica se cubren una diversidad de aplicaciones aerospaciales y automotrices. La matriz metálica permite que el compuesto funcione a temperaturas altas, pero a menudo la producción de un compuesto resulta más difícil y costosa que la producción de un compuesto resulta más difícil y costosa que la producción de materiales con matriz polimérica.

MANUFACTURA DE FIBRAS Y COMPUESTO

FABRICACIÓN DE LAS FIBRAS

Las fibras metálicas, las fibras de vidrio y muchas fibras poliméricas (incluyendo el naylon, la aramida y el poliacrilonitrilo) se pueden formar trefilado, (estirado de alambre de metal) (utilizando la hiladora para fibras poliméricas.

El boro, el carbono y los productos cerámicos son demasiados frágiles y reactivos para poder ser trabajados mediante los procesos de trefilado convencionales. La fibra de boro se produce mediante deposito químico en fase de vapor. Como sustrato se utiliza un filamento de tungsteno caliente muy delgado que pasa a través de un sello o un cámara caliente. Los compuestos de boro vaporizados, como el BCL se introduce en la cámara se descompone, permitiendo que el boro se precipite sobre el alambre de tungsteno.

Las fibras de Sic de elabora de forma similar utilizando de carbono como sustrato para él deposito de vapores de carburo de silicio.

Las fibras de carbono se fabrican mediante la carbonización o pirolizacio, de un filamento orgánico el cual es más fácil de estirar o hilar en tramos largos y continuos.

PRODUCCIÓN DEL COMPUESTO

Se utilizan diversos métodos para la producción de piezas de compuestos, dependiendo de la aplicación y de los materiales. Los compuestos reforzados con fibras cortas normalmente se forman mezclando las fibras con una matriz liquida plástica. También se pueden producir compuestos de matriz polimérica utilizando un procedimiento de rociado, en cual fibras cortas mezcladas con una resina se rocían contra un molde y luego se curan.

Se han diseñado técnicas especiales para producir compuestos utilizando fibras continuas, ya sea con orientación unidireccional, de estera o de tela. En técnicas de aplicación manual, las cintas, esteras o telas se colocan contra un molde, se saturan con una resina polimérica, y se presionan con rodillos para asegurar un buen contacto eliminar la porosidad, y finalmente se curan. Carrocerías de fibra de vidrio para automóviles y camiones se pueden fabricar con este método, que generalmente es lento y requiere de mucha mano de obra.

SISTEMAS REFORZADOS CON FIBRAS Y SUS APLICAIONES

COMPUESTOS AVANZADOS

A menudo se utiliza cuando se pretende que el compuesto de servicio en aplicaciones muy criticas, como en la industria aerospacial. Los compuestos avanzados, por lo general son compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras poliméricas, metálicas o cerámicas de alta resistencia. Donde se requiere una rigidez particularmente buena, se utiliza mucho las fibras de carbono; las fibras de aramidas, y todavía mas las de polietileno,

son las mas adecuadas para la aplicación de alta resistencia donde la tenacidad y la resistencia a daños sean de máxima importancia.

Los compuestos avanzados también se utilizan con frecuencia para artículos deportivos. La raqueta de tenis, los palos de golf, los esquís, los bastones para esquís y las cañas de pescar a menudo contienen fibras de carbono o de aramida ya que su alta rigidez proporciona un mejor rendimiento. En el caso de los palos de golf, las fibras de carbono permiten que exista un peso menor en el vástago y, por lo tanto, mas peso en la cabeza. Para las velas ultraligeras de los yates de carrera se utilizan telas reforzadas con fibras de polietileno.

Una aplicación única de los compuestos de fibras de aramidas es el blindaje los compuestos de kevlar de alta tenacidad proporciona una protección balística superior a la de otros materiales, lo que los hace mas adecuados para ropa ligera y flexibles a pruebas de bala.

Los compuestos híbridos están formados por 2 mas tipos de fibras. Por ejemplo las fibras de kevlar pueden mezclarse con fibras de carbono, para mejorar la tenacidad de un compuesto rígido o se puede mezclar kevlar con fibra de vidrio para mejorar la rigidez.

COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA

Estos materiales, reforzados con fibras metálicas o cerámicas, proporcionan resistencia a altas temperaturas. El aluminio reforzados con fibras de borsic asido ampliamente utilizado en aplicaciones aerospacial, incluyendo puntuales para el trasbordador espacial. Se han reforzado aleaciones basadas en cobre con fibras de SiC produciendo hélices de alta resistencia en barcos.

Los compuestos de matriz metálica pueden encontrar aplicaciones de importancia en componentes para turborreactores y cohetes. Las superaleaciones reforzadas con fibras metálicas como el tungsteno o con fibras cerámicas como él Si C conservando su resistencia a altas temperaturas, permitiendo que los turbo reactores operen con mayor eficiencia.

COMPUESTOS DE MATRIZ CERÁMICA

Los compuestos de matriz cerámica - fibra cerámica se han obtenido una mejor resistencia y tenacidad a la fractura en comportamiento con productos cerámicos convencionales.

Los refuerzos de fibra de fibra mejoran de varias maneras la tenacidad de la matriz cerámica. Primero una grieta que se mueve a través de la matriz encuentra una fibra; si la unión entre la grieta y la matriz y la fibra no es buena, la grieta se ve obligada a propagarse alrededor de la fibra a fin de continuar el proceso de fractura. Además una mala unión permite que la fibra empiece a separarse de la matriz. Ambos procesos consumen energía, incrementado por lo tanto la tenacidad a la fractura. Finalmente al iniciarse la grieta en la matriz fibra aun no rotas pueden formar un puente sobre la grieta, proporcionando un esfuerzo compresivo, evita que la grieta se abra..

900C

650C

230 C

0.1

10

1.0.

100

1000

10,000

Tiempo de ruptura (h)

200

400

600

1000

2000

4000

Esfuerzo Aplicado

(psi)