MATERIALES

MATERIALES

El hombre a través de los siglos ha aprendido a utilizar y transformar los materiales para obtener materias primas que le sirvan de base en la elaboración de artefactos. El uso de los materiales ha evolucionado bastante en el transcurso de los siglos a medida que el hombre ha aprendido a estudiarlos y a utilizarlos de una mejor manera.

En el estudio de los materiales se han de tener presentes dos conceptos importantes:
1. Materia prima: sustancia de origen natural, que s emplea en la elaboración de productos acabados o semi-acabados, mediante la aplicación de procedimientos industriales.
2. Materiales primaros: Se obtienen de las materias primas procesadas y sirven para producción de productos terminales.

SELECCIÓN DE MATERIALES
A la hora de seleccionar un material para la construcción de cualquier artefacto, se deben de tener en cuenta los siguientes factores:
1. Propiedades físicas (propiedades tecnológicas):
a. Dureza: es la resistencia de un material a dejarse rayar o penetrar por otro material.
b. Rugosidad: es la apariencia que presenta un material ante los sentidos (suave, áspero, liso…).
c. Rigidez: es la capacidad mayor o menor de un material a ser doblado.
d. Ductilidad: propiedad de los materiales para ser transformados en hilos.
e. Maleabilidad: capacidad de algunos materiales para extenderse en láminas delgadas, por ejemplo: oro, plata, cobre…
f. Conductividad térmica y eléctrica: es la mayor o menor facilidad o capacidad que presenta un material para transmitir el calor y la corriente eléctrica. Cuando no son conductores se les llama aislantes.
g. Resistencia a la corrosión: es la capacidad de un material de resistir el ataque del oxido o de agentes externos que sean corrosivos.
h. Resistencia a la tracción: resistencia que opone un cuerpo a cuando tratan de alargarlo.
i. Resistencia a la compresión: capacidad de un cuerpo cuando tratan de encogerlo o de comprimirlo.
j. Resistencia a la flexión: resistencia de un material para ser doblado.
k. Resistencia a la torsión: resistencia que opone un cuerpo a dejarse torcer alrededor de su eje.
l. Resistencia a la cortadura: resistencia de un cuerpo a dejarse cortar o romper.
m. Tenacidad: capacidad de un material para soportar golpes sin llegar a romperse.
n. Elasticidad: propiedad de algunos materiales de recuperar su forma luego de ser sometidos a un esfuerzo.
o. Plasticidad: propiedad de los materiales a deformarse con facilidad.
2. Métodos para su trabajo:
Cuando busquemos inmaterial debemos preguntarnos: ¿Es fácil de cortar, de doblar, de soldar, de moldear, como se unirán las diferentes piezas…? ¿Tengo las herramientas o las maquinas necesarias para poderlos trabajar?
3. Suministro:
¿Es fácil de encontrar en el comercio?, ¿en qué formas se puede encontrar?, (consultar catálogos, almacenes especializados…).
4. Costo del material:
¿Es el material caro o barato?, ¿hay que darle un acabado especial? (pintura, recubrimientos adicionales…).
5. Factor social:
¿Es toxico?, ¿contamina el ambiente?, ¿es biodegradable?


MATERIALES Y DISEÑO

En el diseño interesa producir una parte o todo el conjunto de componentes de una maquina o artefacto, de tal forma que presenten el desempeño adecuado durante su vida útil. Diseñadores e ingenieros deben entonces usar para sus aplicaciones los materiales que brinden las propiedades requeridas, que satisfagan las necesidades y cumplan con su función, aprovechando la compleja relación entre la estructura interna, el procesamiento y las propiedades finales del material seleccionado. Al realizar el cambio de uno de estos factores cualquiera de los otros dos también se altera, por lo que debe determinarse la manera como se relacionan los tres, a fin de obtener un producto eficiente y productivo.
La aplicación de los distintos materiales requiere saber acerca de las propiedades que cada uno de ellos presenta en diferentes situaciones (factores externos como cargas, cambios de ambiente, etc.)
La utilidad de una máquina radica en que los materiales que la constituyen estén en perfecta relación y cumplan con los requerimientos para los que fueron diseñados, así por ejemplo para la construcción de celdas solares en un satélite, el análisis de las propiedades requeridas en una celda fotoeléctrica para obtener electricidad, lo más importante en este caso son las propiedades ópticas (materiales como el silicio) el material ha de interactuar con las radiaciones solares, a fin de cambiar en el átomo la configuración electrónica ( cambio en la estructura) produciendo la corriente eléctrica deseada.

Como todos sabemos la materia se divide en tres estados básicos. Sólido. Líquido y Gaseoso. Bajo estos tres estados el hombre ha podido manipular la materia para construir artefactos. Sin embargo al hablar de artefactos se ha logrado clasificar los elementos sólidos en cuatro grupos importantes:

1. FIBRAS NATURALES (MADERA Y DERIVADOS).
En un principio el hombre utilizaba los materiales de origen natural que él iba encontrando, pero posteriormente aprendió a crear otros artificiales más prácticos y menos costosos; por ejemplo: antes se usaban fibras como Algodón, lana, seda, etc. Pero actualmente se están sustituyendo por fibras sintéticas, como poliéster, el nylon.
• La madera: Es un material natural formada por células largas. Colocadas paralelamente. Se clasifican en:
o Duras: Roble, arce y Fresno…
o Blandas: Pino, Abeto, valso…
La madera es higroscópica, esto es, recoge o pierde humedad de acuerdo con las condiciones de temperatura y humedad del medio, y por lo tanto cambia de dimensiones, se hincha y se contrae. Las propiedades térmicas, mecánicas y de resistencia eléctrica están determinadas por el grado de humedad. La duración de la madera (pudrición) depende del tipo de esta, su color y apariencia cambian según el tipo de madera.
• El papel: Es uno de los materiales más utilizados en nuestra vida, el cual no se encuentra en la naturaleza ya que se fabrica transformando la madera.
• El caucho: Es un material resistente, impermeable y elástico que se fabrica a partir de un jugo extraído del árbol de caucho. También existe el caucho artificial. el cual se fabrica con productos químicos procedentes del petróleo.

2. MATERIALES METÁLICOS.
Son materiales dotados de brillo, en general buenos conductores del calor y la electricidad, son sólidos a temperatura ambiente, a excepción del mercurio que es líquido. En la naturaleza, la mayoría de los metales se encuentran combinados formando las menas, que son agregados minerales, a partir de los cuales se pueden extraer uno o más metales. Los metales son:
• FERROSOS: Los que contienen Hierro, Tenemos en este grupo al acero que es un metal compuesto de hierro y carbono. (El Hierro es un metal que se encuentra en estado natural, en forma de mineral. El Carbono elemento que se encuentra en grandes cantidades.) La combinación de hierro y carbono da origen al acero carbono, donde este puede variar entre 0.05 a 1.5%. Si el porcentaje de Carbono es > a 0.45% se debe utilizar temple. Si es < a 0.45% no requieren temple.
• NO FERROSOS: Sin Hierro, entre estos tenemos: Cobre: Material de color rojo, se encuentra en forma mineral. Puede ser laminado, forjado, Es utilizado en la fabricación de cables eléctricos, tubos para vapor y gas.
Plomo: Muy blando de color gris azulado Usado para la producción de juntas, tubos, revestimientos de conductos eléctricos, recipientes para ácidos y en aleaciones.
Zinc: Es un material blando azulado, brillante al ser fracturado, pero oscurece rápidamente al contacto con el aire. Resiste detergentes y al tiempo. Se altera con amoniaco.
Aluminio: Muy blando y ligero, es resistente a la corrosión, en contacto con el aire.

ALEACIONES. Combinación de metales, Bronce. Cobre y estaño, Latón: Cobre y Zinc.

3. MATERIALES POLÍMEROS.
Estos materiales son producidos por el hombre, por eso también se denominan sintéticos, estos materiales proviene de la fusión de moléculas gigantes llamadas monómeros, por medio de procesos de polimerización.

• POLÍMERO: Compuesto orgánico, natural o sintético, de elevado peso molecular constituido por unidades estructurales repetitivas o lo que es igual cadenas de gran tamaño formadas por la unión covalente de varias unidades monoméricas (macromolécula)
• PLÁSTICO: Aquellos polímeros cuya propiedad fundamental es la plasticidad (termoplásticos). Se deforman plásticamente bajo acción de presión y/o calor

Estos materiales se dividen en tres grupos importantes partiendo de sus propiedades o formas: Termoplásticos, Termoestables, Elastómeros.

Termoplásticos
Son polímeros lineales o ramificados, pero no entrecruzados.
Se hacen fluidos: por calentamiento y/o presión toman una forma determinada que se mantiene una vez enfriado. Este proceso puede repetirse, en principio, indefinidamente. La mayoría se obtienen por adición
Termoplásticos de uso común:
Polietileno (PE)
Polipropileno (PP)
Poliestireno (PS)
Policloruro de vinilo (PVC)

Termoplásticos de ingeniería:
Poliamidas (PA)
Poliésteres
Polióxidos (POM, POE)
Policarbonato (PC)

Termoestables
Estructura entrecruzada y son infusibles e insolubles
Para dar forma se realiza con un intermedio (termoendurecible) y posteriormente se realiza un entrecruzamiento. La mayoría obtenidos por poliadición

Ejemplos:
Resinas epoxi (EP), Poliuretanos (PU), Resinas fenólicas,

Elastómeros
Estructuras poco entrecruzadas, insolubles, infusibles pero hinchan.
Caucho natural
Polibutadieno (PB)
Copolimeros Butadieno (estireno)


4. MATERIALES CERÁMICOS.
La elaboración de artículos de alfarería a sido un arte desde las más remotas civilizaciones las antiguas tribus descubrieron que el barro se transformaba en un sólido duro cuando se colocaba cerca del fuego se han encontrado artículos de barro con una antigüedad cercana a los 10000 años. Los más grandes avances en la fabricación se registran en china año 1400 antes de Cristo las bajillas hechas de porcelana china eran altamente apreciadas en Europa.
Durante la última glaciación los cazadores hacían estatuillas de animales con arcilla la cual es una mezcla de óxidos de aluminio y cilicio con diversas impurezas al calentarse moderadamente pierde el agua de combinación química formando un material poroso y duro. Si se funde sílice y se deja enfriar lentamente el resultado es vidrio. El vidriado, es una producción de una capa vítrea sobre un objeto sólido; se remonta al año 4000 pero los primeros recipientes no aparecieron hasta el 1500, y casi 1500 años después se desarrollo la técnica del soplado del vidrio.

Los ingenieros consideran a los metales como la clase más importantes de los materiales de ingeniería. Sin embargo, es interesante hacer notar que los cerámicos son actualmente más abundantes y más ampliamente usados. Se incluyen en esta categoría los productos de barro (ladrillos, losetas, alfarería y porcelana), vidrio, cemento y el concreto. También se incluyen materiales cerámicos modernos como el carburo de tungsteno y el nitruro cúbico de boro.

Un material cerámico es un compuesto inorgánico que consiste en un metal (o semi - metal) y uno o más de no metales, ejemplos importantes de un material cerámico son las sílice (SiO2) ingrediente principal en la mayoría de productos de vidrio; la Alúmina (Al2O3) que se usa en abrasivos hasta huesos artificiales; KAOLINITA (Al2Si2O5(OH)4) y principal ingrediente en la mayoría de productos de barro. Los elementos constituyentes de estos compuestos son los más abundantes en la corteza terrestre. (Fig. 1)
La importancia comercial y tecnológica de los productos cerámicos se aprecia mejor por la variedad de productos y aplicaciones la lista incluye:
• Productos de barro para la construcción, tales como ladrillos, tubos de barro y losetas.
• Cerámicos refractarios, para aplicaciones a altas temperaturas como paredes de horno, crisoles y moldes.
• Cemento para el concreto, se usa en construcción y en carreteras.
• Productos de losa, incluyendo vajillas cerámicas, de gres de porcelana y artículos para el servicio de mesa, basados en mezclas de arcilla y otros minerales.
• Productos de vidrio, tales como botella, lentes, vidrio para ventana y bombillas.
• Materiales para herramientas de corte, incluyendo carburo de tungsteno, oxido de aluminio y nitruro cúbico de boro.
• Materiales cerámicos magnéticos, por ejemplo en memorias de computadoras.
• Combustibles nucleares basados en el oxido de uranio.
• Productos bioceramicos, tales como dientes artificiales y huesos

6 nuevos materiales artificiales que cambiarán el futuro

La naturaleza es espectacular, pero limitada. Nada tiene más potencial (para bien y para mal) que aplicar el ingenio del hombre a modificar lo que nos rodea y crear algo completamente nuevo. En este caso, materiales con propiedades increíbles. 

A continuación les mostramos 6 de los nuevos materiales más prometedores del futuro:

• Upsalita super-absorbente
• Envoltorio metálico de burbujas
• Seda artificial de araña
• Pegamento molecular
• Aerografeno, el material más ligero del mundo

Puedes ampliar esta información desde este link: 
http://es.gizmodo.com/6-nuevos-materiales-artificiales-que-cambiaran-el-futur-1277638271