Clasificacion de Los Materiales No Metalicos (Autoguardado)

 

Clasificación de los materiales no metálicos

 

Exámen diagnóstico •

1¿Qué propiedades tiene un material polímero?

2.¿como es el arreglo atómico de un material polímero? 3.¿que es la temperatura de transición vítrea? • 4. ¿Qué propiedades tiene un material cerámico? • • •

5.menciona 3 ejemplo de materiales termoplásticos

 

UNIDAD 1 •   1 Clasificación Clasificación de los materiales no metálicos •  1.1. Cerámicos •  1.2. Polímeros •   1.3.Compositos •   (composites)

 

Matriz de evaluación

EVIDENCIA DE APRENDIZAJE Investigación de aplicaciones de materiales metálicos no ferrosos, cuestionario y cuadro

PORCENTAJE DE CALIFICACIÓN 40% (separan con portada materiales metálicos no ferrrosos) PDF1

comparativo* *Cuadro comparativo de ejemplos, propiedades y usos de un material de cada clasificación (polímeros, cerámicos, compuestos, metálicos no ferrosos)

10% portada clasificación de materiales no metálicos PDF 2

Investigación las 20% propiedades deen unparejas materialsobre polímero avanzado, incluyendo sus características, su estructura y su uso. Examen Po Port rtafo afoli lioo ddee evi eviden denci cias as (15 de sep septi tiem embr bre) e)

F30%

 

METALES NO FERROSOS •

Los metales no ferrosos incluyen elementos y aleaciones metálicas que no se en basan en el de hierro. metales importantes de la ingeniería el grupo los noLos ferrosos sonmás el aluminio, el cobre, el magnesio, el níquel, el titanio y el zinc, así como sus aleaciones. Aunque los metales no ferrosos como grupo no igualan la resistencia de los aceros, ciertas aleaciones no ferrosas tienen resistencia a la corrosión relaciones que con las hacen competitivas ante o los aceros resistencia/peso para aplicaciones esfuerzos moderados a altos.

 

Propiedades del aluminio El aluminio tiene una baja densidad en comparación con el acero, (2.7 g/cm3) es decir, un tercio del peso específico del acero. Es por ello qué usar este material para los vehículos, reduce el peso pes o muerto y el consumo de energía. • Naturalmente, el aluminio genera una capa protectora de óxido, y es altamente resistente a la corrosión. De ahí su utilización en la industria alimenticia para conservación y protección. •

Conductividad eléctrica y térmica • Gracias a su peso, el aluminio es un excelente conductor de calor y electricidad, aún mejor que el cobre. Por eso se utiliza en las principales líneas de transmisión de energía. •

 

ALUMINIO

 

Cobre •

el cobre sólido puro, tiene una densidad de 8.96 g/cm3 a 20ºC, mientras que el del tipo comercial varía con el método manufactura, oscilando entre 8.90 8.94. de El punto dedefusión del cobre es de 1083.0. Su ypunto ebullición normal es de 2595ºC (4703ºF). El cobre no es magnético; o más exactamente, es un poco paramagnético. Su conductividad térmica y eléctrica son muy altas. Es uno de los metales que puede tenerse en estado más puro, es moderadamente duro, es tenaz en extremo y resistente al desgaste. La fuerza del cobre está acompañada de una alta ductibilidad.

•

Sulfato de cobre básico

 

Níquel •

Es un material dúctil y maleable por lo que se puede laminar, pulir

ycalor forjar fácilmente. níquel presenta unaºC, aceptable fundiendo a la El temperatura de 1455 y posee resistencia propiedadesal magnéticas a temperatura ambiental, aunque menores a las del hierro. Su peso especifico es de 8,9 gr/cm3. • Alotropico fcc y HC • Aleaciones especiales de Co

 

Níquel

 

Titanio •

El titanio (Ti) tiene una densidad de 4.5 Kg/cm3, y funde a

1668ºC. Es resistente a la corrosión, posee buenas mecánicas a altas temperaturas, altayresistencia a lapropiedades tracción, dúctil, mecanizable y forjable. Se oxida rápidamente, formando una fina película que protege la pieza. • Alotropico hc y bcc

 

titanio

 

CLASIFICACIÓN DE MATERIALES

 

Niveles de organización de la materia y niveles de observación

 

Cerámicos

 

CERÁMICOS •

SON AQUELLOS PRODUCTOS (PIEZAS, COMPONENTES,, ETC.) CONSTITUIDOS POR COMPUESTOS INORGÁNICOS, POLICRISTALINOS, NO METÁLICOS, CUYA CARACTERISTICA FUNDAMENTAL ES QUE SON CONSOLIDADOS EN ESTADO SÓLIDO MEDIANTE TRATAMIENTOS TÉRMICOS A ALTAS TEMPERATURAS.

 

•

COMPUESTOS INORGÁNICOS FORMADOS

POR

ELEMENTOS METÁLICOS Y NO METÁLICOS UNIDOS POR ENLACES IÓNICOS O COVALENTES

 

•

LOS CERÁMICOS SON CONSOLIDADOS EN ESTADO SÓLIDO A ALTAS TEMPERATURAS DE SINTERIZACIÓN, LO QUE DA LUGAR A CUERPOS CASI TOTALMENTE DENSIFICADOS (AUSENCIA DE POROS, GRIETAS Y DEFECTOS INTERNOS), LO QUE LE CONFIERE ALTAS PRESTACIONES TÉCNICAS (ALTAS RESISTENCIAS MECÁNICAS, TÉRMICAS, A LA ABRASIÓN Y AL ATAQUE QUÍMICO) Q UÍMICO)

 

PROPIEDADES DE LOS CERÁMICOS •

ALTA DUREZA Y FRAGILES, NO TIENEN DUCTILIDAD

•

ALTA RESISTENCIA A LA TEMPERATURA, ALTAS TEMPERATURA DE FUSIÓN. ALTA RESISTENCIA ELECTRICA ALGUNOS CERÁMICOS SON TRANSLUCIDOS NO SE CORROEN ALTA RESISTENCIA A REACTIVOS QUÍMICOS

• • • •

 

Constitución de los materiales cerámicos •

Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, pelicula, fibra, etc.

•

Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominándose monofásicos

•

Los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan policristalinos

•

Los monocristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única fase

 

¿Qué elementos o combinación de elementos forman los materiales cerámicos ?

•

En general los componente componentess de los materiales cerámicos, fase(s) cristalina(s) y/o vítrea(s), están formados por elementos metálicos y no metálicos.

•

 Los enlaces en las diferentes fases pueden tener desde naturaleza iónica a covalente

 

Clasificación de los cerámicos

 

POR SU CAMPO DE APLICACIÓN •

- VIDRIOS.

- ARCILLA COCIDA. - ABRASIVOS. • - REFRACTARIOS. • •

• •

- CEMENTOS. - CERÁMICAS AVANZADAS.

 

•

  Vidrio, se utiliza en botellas, anteojos, lentes, cubiertas para ventanas y focos. Fibras de vidrio, para lana aislante térmica, plásticos reforzados (fibra de vidrio) y líneas de comunicación de fibras ópticas.

Abrasivos, tales como óxido de aluminio y carburo de silicio. Herramientas para cortar materiales, que incluyen carburo de tungsteno, óxido de aluminio y nitruro de boro cúbico. • Aislantes cerámicos, que se emplean en aplicaciones tales como componentes de transmisión eléctrica, encendedores y sustratos de chips para la microelectrónica. • Cerámicos magnéticos, por ejemplo, en memorias de computadora. • Biocerámicas, incluyen materiales que se usan para hacer dientes y huesos artificiales. • •

 

estructura •

ESTRUCTURA ATÓMICA:

•

- CRISTALINA.

•

- AMORFA O VÍTREA.

•

- LOS POROS COMO PARTE DE LA ESTRUCTURA.

 

•

estructura cristalina está compuesta por capas de átomos de carbono dispuestos hexagonalmen hexagonalmente te

el vidrio se asemeja a un líquido subenfriado. Una de sus características es que tiene una estructura no cristalina o amorfa, en la que los átomos que los constituyen no están colocados en un orden repetitivo de largo alcance como existe en un sólido cristalino. En un vidrio, las estructuras de corto alcance cambian su orientación de una manera aleatoria en todo el sólido

 

tipos Cerámicas tradicionales o convencionales • arcilla* (porcelana, ladrillos, baldosas, vidrios y cerámicas refractarios).

Cerámicas avanzadas o de ingeniería Propiedades especiales frente a metales y aleaciones metálicas convencionales. Se utilizan en aplicaciones como: • motores de combustión (resisten altas T, elevada resistencia al desgaste y corrosión, •

menores inconveniente fragilidaddensidades. es mejoradoElpor la adición dede la segundas fases (material compuesto) que inhibe la propagación de grietas o facilita la redistribución de tensiones); blindajes cerámicos (placas cerámicas combinadas con placas dúctiles), protesis, etc… arcillas: aluminosilicatos formados por alúmina (Al2O3) y sílice (SiO2) que contienen agua enlazada químicamente. Amplia gama

de composiciones químicas, propiedades físicas y estructurales (laminares). Impurezas comunes: óxidos de bario, calcio, sodio, potasio y hierro,

 

ejemplos

 

Ceramicas avanzadas Cerámicas refractarias (SiC, Al2O3, ZrO2, BeO, MgO). Piezoeléctricos y ferroeléctricos: BaTiO3, SrTiO3  Electro-ópticos: LiNbO3  Cerámicas abrasivas: nitruros y carburos Si3N4 , SiC Cerámicas superconductoras (YBa2Cu3O7) Cerámicas biocompatibles : Hidroxiapatita

Ceramicas tradicionales Cerámica porosa (ladrillos, alfarería, loza) • Cerámica compacta (porcelana, gres) Cerámica refractaria (porcelana para aislantes té • Arcilla: Al2O3· SiO2·H2O • Sílice: SiO2 • Feldespatos: K2O· Al2O3 6SiO2rmicos) •

 

polímeros

 

•

Hay polímeros naturales y polímeros sintéticos

• Polímero • Deriva de griego: • POLI que significa “muchos” • y de MEROS que significa “partes”

 

Polímeros Moléculas grandes que están constituidas de unidades químicas que se repiten ( meros)

Meros • 5 o mas átomos •

Polímeros: • Material constituido por más de 500 “meros” unidos entre sí •

 

polímeros •

Son grandes moléculas o macromoléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas: sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante del proceso de la polimerización

 

PLÁSTICO

• Deriva de griego: • plastikos" que significa moldeable • Es el término popular para una gran

variedad de polímeros sintéticos hechos por el hombre

 

Polímeros orgánicos naturales Provienen directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas , caucho natural, ácidos nucleicos

Polisacáridos:  (celulosa, almidón) • Proteínas : (cabello, piel, tejido) • Polinucleótidos : • (ADN, ARN) •

Hemoglobina

 

adn

 

Polímeros orgánicos sintéticos • Son

los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular.

• Plásticos:

polietileno

• elastómeros: caucho • Termorrígidos: baquelita • Fibras: poliéster • Acrílicos (vidrio orgánico) • Polivinílicos (hojas plásticas y materiales para plomería) • Poliestirenos (materiales aislantes) • Nylons (poliamidas)

 

Polimerización •

 Es una reacción química por la cual los reactivos, monómeros (compuestos (compuesto s de peso molecular), químicos entre sí, para darbajo lugar a una moléculaforman de granenlaces peso molecular (macromolécula)

Polímeros y estructura

 

Polímero

Abreviatura

Estructura

Polietileno

PE

CH2

CH2

Polipropileno

PP

CH2

CH

 

CH3  

Poliestireno

CH2   CH

PS

  Poli(cloruro de vinilo)

PVC

Poliacrilonitrilo

PAN

CH2

CH Cl

CH

 

CH

2

C N 

Poli(metacrilato de Poli(metacrilato metilo)

CH3

PMMA CH2

CH COOCH3

 

CH

Polibutadieno (1,4-

2

CH CH

CH

2

 

cis)

 

Estructura de la cadena LINEAL

• TIPOS

(según su estructura )

ENTRECRUZADO

RAMIFICADO

 

Según sus propiedades físicas Según la respuesta de los polímeros ante un aumento de temperatura estos pueden clasificarse en tres • grandes grupos: TERMOPLÁSTICOS (lineal), DUROPLÁSTICOS (termoestables o termofijos-ramificada •

yestrecho) entrecruzada holgada) Y ELASTÓMEROS(entrecruzado

 

Termoplásticos: •

Los polímeros termoplasticos están constituidos por largas cadenas poliméricas (macromoléculas) sin ramificaciones o con ramificaciones más o menosindividuales, largas.

•

Las macromoléculas individuales se hallan unidas entre sí por enlaces secundarios (fuerzas de Van del Waals o puentes de

•

hidrógeno). Son plásticos moldeables por calentamiento y reciclables Cuando se les aplica calor, las macromoléculas adquieren suficiente energía para que unas cadenas puedan desplazarse respecto a las

otras,alteraciones pudiendo ser calentadoseny sus conformados varias veces sin sufrir significativas propiedades.

 

Duroplásticos, Termoestables o Temoendurecibles

•

 Las cadenas poliméricas se hallan unidas entre sí por enlaces primarios, dando lugar a polímeros de

estructuraa reticulada. Al aplicar calor se acelera el proceso de polimerizació estructur polimerización: n: se aceleran las reacciones químicas que crean enlaces covalentes uniendo las cadenas o monómeros, dando lugar a estructuras en armazón, unidas por enlaces primarios de tipo covalente. Estas reacciones de polimerización aceleradas por la aplicación de calor, originarán el endurecimiento del plástico, por ello a este tipo de polímeros se les denomina termoendurecibles termoendurecibles o termoestables. Si una vez que ha finalizado el proceso de polimerización continuamos continuamos aumentando aumentando la temperatura llegará el momento en que se destruyan los enlaces primarios, tanto dentro de la cadena como entre cadenas, y se destruirá el material; por tanto, una vez finalizado el proceso de polimerización estos polímeros no se pueden volver a moldear, no son reciclables.

 

Elastómero(Gomas o Cauchos): •

Constituidos

por

cadenas

poliméricas largas, unidas en algunos puntos mediante enlaces primarios covalentes. Este tipo de estructura permite que el material pueda presentar una gran deformación elástica a temperatura ambiente.

 

compuestos

 

compuestos

 

• Los materiales compuestos son combinaciones macroscópicas

de dos o más materiales diferentes que poseen una interfase discreta y reconocible que los separa. Debido a ello, son heterogéneos (sus propiedades no son las mismas en todo su volumen).

 

•

Los materiales de esta familia surgen de la necesidad de obtener materiales con una combinación de propiedades que difícilmente se encuentren en los cerámicos, los plásticos o los metales. Por ejemplo, en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas; por lo que se

“diseña” un material según la aplicación para la cual se necesitan.

 

Un poco de historia •

Materiales compuestos de origen natural

•

Los ingenieros pueden diseñar los materiales compuestos de acuerdo a cuáles sean las condiciones en las que deben trabajar las piezas o estructuras que necesitan fabricar.

Sin origen embargo, los primeros materiales compuestos utilizados por el hombre son de natural: • LAS MADERAS. Aunque hay maderas muy diferentes y con propiedades mecánicas y de conducción de fluidos muy variadas tienen en común una matriz celulósica reforzada con fibras de lignina (y otros compuestos orgánicos) que le dan las buenas propiedades de elasticidad y deformación sin ruptura. •

 

Cementos y hormigones •

Hay varios tipos de materiales compuestos para la construcción y, desde el tiempo de los egipcios, se utilizaba el adobe (que consiste en una mezcla de fibra de paja en una matriz de arcilla con agua) para dar una pasta moldeable de la que se hacían ladrillos con la forma deseada, y se ha utilizado como cemento en construcciones.

 

COMPUESTOS METALCERÁMICOS

METALES

CERÁMICOS

COMPUESTOS METAL POLIMEROS

POLÍMEROS

COMPUESTOS POLÍMEROS

CERÁMICOS

 

Vidrio antibalas

 

¿Cuáles son los componentes de los materiales compuestos? •

Para comprender qué son los materiales compuestos y por qué los necesitamos, debemos debemos estudiar qué características poseen y cómo se relacionan la matriz y el refuerzo.

 

La matriz • La matriz es la fase continua en la que el refuerzo queda

“embebido”. Tanto materiales metálicos, cerámicos o resinas orgánicas pueden cumplir con este papel. A excepción de los cerámicos, el material que se elige como matriz no es, en general, tan rígido ni tan resistente como el material de refuerzo.

 

Las funciones principales de la la matriz matriz son:

•

Definir las propiedades físicas y químicas;

•

Transmitir las cargas al refuerzo,

•

Protegerlo y brindarle cohesión.

•

Así como también permitirá determinar algunas características del material compuesto como la conformabilidad y el acabado superficial, es decir, de las propiedades de la matriz dependerá la capacidad que posea el material compuesto para ser conformado con geometrías complejas en procesos que, generalmente, no involucrarán posteriores etapas de acabado.

 

El material de refuerzo • Es la fase discontinua (o dispersa) que se agrega a la matriz

 para conferir al compuesto alguna propiedad que la matriz no  posee. En general, el refuerzo se utiliza para incremen incrementar tar la resistencia y rigidez mecánicas pero, también, se emplean refuerzos

para

mejorar

el

comportamiento

temperaturas temperatur as o la resistencia a la abrasión.

a

altas

 

•

El refuerzo puede ser en forma de partículas o de fibras. Como regla general, es más efectivo cuanto menor tamaño tienen las partículas y más homogéneamente distribuidas están en la matriz o cuando se incrementa la relación longitud/diámetro de la fibra.

 

Fibra de vidrio Son las fibras más comúnmente utilizadas, en principio porque su costo es menor a las de carbono o aramídicas. Las matrices más comunes son las resinas de poliéster. Tienen una densidad y propiedades a la tracción comparable a las fibras de carbono y aramida pero menor resistencia y módulo de tensión, aunque pueden sufrir mayor elongación sin romperse. • Las aplicaciones más comunes son: • carrocerías de automóviles y barcos, • recipientes de almacenaje, •

• principalmente la industria del transporte en general.

 

Fibra de carbono •

Las fibras de carbono fueron utilizadas por primera vez por Edison en el siglo XIX como filamentos para bombillas. Él las obtuvo por calentamiento en condiciones especiales de fibras vegetales. v egetales.

•

La fibra de carbono que utilizamos en la actualidad como refuerzo de materiales compuestos se fabrica a partir de un polímero llamado poliacrilonitrilo (PAN), a través de un complicado proceso de calentamiento calentamiento..

 

•

Los filamentos de fibra de carbono tienen un diámetro que oscila entre 5 y 8 mm y están combinados en mechas que contienen contienen entre 5000 y 12000 filamentos. Estas mechas pueden retorcerse en hilos y formar tejidos.

• Es muy utilizada en la industria aeronáutica para disminuir el

 peso de los aviones. aviones. Su elevado elevado precio precio limita las aplicaciones aplicaciones en la industria del automóvil.

 

• Algunas cerámicas son tan resistentes que un cable de 1 pulgada (2.54 cm) de Curiosidades diámetro puede levantar 50 automóviles. • • • • • • •

• Se ha instalado suficiente cable de fibra óptica como para ir y volver a la luna 160 veces. • Se producen más de 3 millones de bujías diarias. • Los sistemas de control cerámicos de emisiones en los automóviles han eliminado 1.500 millones de toneladas de contaminación desde 1975-2000 • Cada año se fragua en la Tierra 1 Tn de cemento/persona. • Algunas cerámicas conducen la electricidad mejor que los metales. • El diamante, el rubí y la circona son cerámicos. • Microesferas de vidrio más pequeñas que un pelo proporcionan un prometedor tratamiento del cáncer de hígado.

•

• Los aislantes de fibra de vidrio cerámica han conseguido ahorra 25.000.000.000.000. 25.000.00 0.000.000.000 000 KJ en calefacción.

 

CUESTIONARIO PDF 1 1¿Qué materiales metálicos no ferrosos son mas ligeros que el acero? 2¿Cómo se da la conducción eléctrica? 3¿Qué materiales cerámicos son mejores conductores de electricidad que algunos metales? 4Varias aleaciones para fundición tienen muy altos contenidos de plomo; sin embargo, el contenido de este metal en las aleaciones forjadas es comparativamente bajo. ¿Por qué no se agrega más plomo a las aleaciones forjadas? ¿Qué precauciones prec deb tomarse cuando una aleación forjada con cuando con plomo se trabaja enauciones caliente deben o seentrata térmicamente? 5¿Qué aplicaciones se dan a metales puros como el cobre y el aluminio y porque? 6Enlista de acuerdo a la resistencia a la tensión y densidad el cobre, aluminio, titanio, níquel, acero, fibra de carbono, polipropileno, polipropileno, gráfito.

7Menciona cuales son los arreglos geométricos de los átomos que puede tener la SiO2 y sus diferencias en propiedades.

 

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4 MARIANA

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5 IAN