Propiedades de Los Materiales

PROBLEMAS EN LA SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISEÑO 1. Considere el componente habitual de una bombilla: a) Identifique varios componentes críticos de este elemento. * Dos contactos metálicos * Dos cables rígidos * Fino filamento de metal * Una montura de vidrio * Capsula de cristal * Gas inerte b) Determine el material seleccionado para componente crítico. * Dos contactos metálicos * Dos cables rígidos * Fino filamento de metal, el material utilizado normalmente en todas las bombillas de incandescencia es el Tungsteno, Tungsteno porque tiene un increíble aguante a estas temperaturas, el filamento es de unos 2 metros de largo, pero una centésima parte de pulgada de espesor. * Una montura de vidrio * Capsula de cristal * Gas inerte, Tungsteno o Argón, ya no reaccionan, por lo que no hay peligro de que combinados entren en combustión. c) Diseñe un procedimiento para montar la bombilla. * Depositar los gases inertes en la capsula de cristal. * Posicionar los cables rígido y dar forma al solenoide del filamento metálico * Ensamblar lo ya hecho a los dos contactos metálico. * Colocar esta estructura dentro la montura de vidrio. * Finalmente cerrar al vacio, para evitar interrupciones por macropartículas. 2. La artroplastia total de cadera (THA) es el procedimiento de sustitución total de una cadera dañada por una prótesis artificial. a) Identifique los componentes reemplazados en la THA. El componente femoral: es un vástago que se introduce en el interior del canal medular previamente labrado; para ello será necesario extirpar la cabeza del fémur. Cabeza o componente cefálico: Esto es una esfera que se acopla al vástago. En ciertas prótesis el vástago y la cabeza son una misma pieza.

Componente acetabular: Este es el que sustituye la parte de la articulación de la cadera unida a la pelvis. Es una esfera hueca que se adapta perfectamente a la cabeza o componente cefálico. b) Identifique el material o materiales empleados en la fabricación de cada componente y las razones por las cuales se emplean. El componente femoral o vástago generalmente será de un material metálico como el acero o el titanio, debe ser un material especialmente resistente ya que es el encargado de transmitir todo el peso del cuerpo al fémur. La cabeza o componente cefálico debe ser de un material que permita crear una superficie muy lisa y resistente al desgaste. Cuanto más lisa sea a superficie de la cabeza, menor será la fricción que ofrece al movimiento por lo tanto menor será el desgaste a lo largo del tiempo. Los materiales que se suelen utilizar son la cerámica, el acero y el polietileno de alta densidad (que es una especie de plástico muy duro). El componente acetabular: Este suele tener dos vertientes, la parte que se une al hueso que generalmente es metálica para ofrecer una buena resistencia a la transmisión de las cargas: acero, titanio, tantalio, etc. La parte que está en contacto con la cabeza que deberá ser lisa y ofrecer una mínima fricción y resistencia al desgaste: que podrá ser de cerámica o de polietileno. No existen diferencias importantes en cuanto al resultado clínico de los diferentes materiales usados en las prótesis, la elección de estos deberá realizarla siempre el cirujano basándose en las características particulares de cada paciente así como en su experiencia personal y preferencias. c) Mencione cuales son algunos de los factores que el ingeniero de materiales debe tomar en cuenta en la selección de material. * Biocompatibilidad. * Resistencia a la corrosión en el medio biológico. * Propiedades mecánicas y físicas compatibles con su función específica en el cuerpo humano. * Resistentes a la fatiga para las aplicaciones de cargas cíclicas. * Óseo integración. 3. Se considera que los transistores han causado una revolución en la electrónica y, en consecuencia, en muchas otras industrias. a) Identifique los componentes críticos de un transistor de unión

* Dispositivo * Emisor b) Identifique el material empleado en la fabricación de cada componente. * Dispositivo de estado sólido consistente en una pequeña pieza de material semiconductor, generalmente germanio o silicio, * Emisor, que corresponde al cátodo caliente de un tríodo como fuente de electrones. 4. a) Menciones los factores más importantes que deben tenerse en cuenta en la selección de material para el cuadro de una bicicleta de montaña. * Resistencia y comportamiento a fatiga * Extrusionabilidad * Soldabilidad * Resistencia a los factores atmosféricos * Amortiguación de vibraciones * Resistencia al impacto y a la abrasión * Coste del material * Peso * Coste De Fabricación b) Tome en cuenta que el acero, el aluminio y el titanio se han empleado como los metales principales en la estructura de una bicicleta y determine las principales ventajas y desventajas de cada uno de ellos. * Aluminio ALUMINIO | VENTAJAS | DESVENTAJAS | Mejor relación peso- precio | Muy ligero | Calidad | Elevada conductividad | Precio | Muy maleable | * Acero ACERO | VENTAJAS | DESVENTAJAS | punto de fusión alto | Se dilata fácilmente | tenaz | De fácil corrosión | fácil de soldar | Alta conductividad | * Titanio TITANIO |

VENTAJAS | DESVENTAJAS | Menor precio | ligero | Reciclable | metal de transición | Abundante | reactivo | c) Las bicicletas más modernas se fabrican con materiales compuestos avanzados. Explique por qué y mencione los materiales compuestos específicos empleados en la estructura de una bicicleta. Actualmente se utilizan materiales compuestos avanzados, ya que estos son más livianos, reduciendo en un 50% el peso de la bicicleta en su totalidad, además son más resistentes a cualquier agente dañino que los materiales comunes lo que los hace más duraderos, también tenemos que a pesar de ser elaborados son más baratos que los elementos comunes lo que hace de ellos la elección más rentable y productiva, además se debe notar que el proceso de fabricación ahora es menos elaborado y más fácil de realizar. Algunos de los materiales compuestos utilizados son los siguientes: * ALUMINIO SCANDIUM ALEACIÓN MODERNA, 7075-T6 + Sc CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS SUPERIORES (NO NORMALIZADA) * ALUMINIO 6061- ESTADOS UNIDOS MEJOR EXTRUSIONABILIDAD TRATAMIENTO TÉRMICO MADURACIÓN NATURAL * ALUMINIO 7005-T6 - EUROPA MAYOR RESISTENCIA MADURACIÓN NATURAL 5. a) Mencione los criterios más importantes para seleccionar materiales que habrán de emplearse en un casco protector de uso deportivo. * Livianos * Resistentes * Ergo dinámicos * Un grado considerable de flexibilidad b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. * Kevlar * Fibra de vidrio

c) ¿Por qué un casco de metal solido no sería una buena elección? No sería una buena elección, ya que si el casco fuera de metal solido el golpe en caso que se diera, se intensificaría haciendo que el daño ocasionado sea mucho mayor en comparación con el daño ocasionado por los cascos comúnmente llamados de plástico debido a que es resistente a grandes impactos, es también un tanto flexible para amortiguar y absorber el golpe. 6. a) Determine las propiedades que debe tener un material o los materiales empleados como protección térmica en la estructura de un transbordador espacial. * Debe soportar temperaturas que oscilan entre los –128 °C a 93 °C durante las órbitas de 90 minutos alrededor de la Tierra. * Deben ser capaces de absorber la temperatura externa. * Cierto nivel de elasticidad. * Elevada resistencia a la compresión * tenacidad de fractura * Punto de fusión alto. b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. * Cerámicos * Carbono reforzado c) ¿Por qué las aleaciones de titanio no serian una buena elección para esta aplicación? No sería una buena decisión debido a que las aleaciones del titanio en su mayoría son resistentes a la corrosión, algunas de ellas son resistentes al calor; pero no lo suficiente como para ser los idóneos. 7. a) ¿Qué tipo de material es el cobre de alta conductividad exento de oxigeno (OFHC)? Libre de cobre sin oxígeno (OFC) o libre de oxígeno de alta conductividad térmica ( OFHC ) de cobre generalmente se refieren a un grupo de forjado de alta conductividad del cobre; es una aleación que se ha refinado electrolíticamente para reducir el nivel de oxígeno de 0,001% o menos . b) ¿Cuáles son las propiedades deseables en el cobre de alta conductividad exento de oxigeno? * Resistencia mecánica a temperaturas relativamente elevadas * Resistencia a la corrosión

* Soldabilidad * Resistencia al reblandecimiento * Maquinabilidad c) ¿Cuáles son las aplicaciones en la industria eléctrica? Para aplicaciones industriales, el cobre libre de oxígeno se valora más por su pureza química de su conductividad eléctrica. * Se utiliza en la los procesos de deposición de plasma ( sputtering ), incluyendo la fabricación de semiconductores y superconductores componentes, así como en dispositivos de alto vacío, como los aceleradores de partículas. * Para uniones vidrio-metal. * Delgas de colectores. 8. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el poli tetrafluoretileno? El Teflón (PTFE) es un polímero halogenado, perteneciente a los haloalcanos, también conocidos como halogenuros de alquilo, halogenoalcanos o haluros de alquilo, son compuestos químicos derivados de un alcano por sustitución de uno o más átomos de hidrógeno por átomos de halógeno. b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? * Prácticamente inerte, no reacciona con otras sustancias químicas excepto en situaciones muy especiales. * Toxicidad prácticamente nula. * Coeficiente de rozamiento bajo. * Impermeabilidad * Gran aislante eléctrico * Flexible * Anti adherencia c) ¿Cuáles son las aplicaciones en la industria de la fabricación de utensilios de cocina? En utensilios de cocina, se usa para la fabricación de como sartenes y ollas por su capacidad de rozamiento baja, así son fáciles de limpiar y mantiene un grado menor de toxicidad. 9. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el nitruro de boro cubico (cBN)? El nitruro de boro es un compuesto binario del boro, que consiste en proporciones iguales

de boro y nitrógeno. El compuesto es isoelectrónico al carbono, (el boro aporta 3 electrones de valencia y el nitrógeno 5) por lo que el nitruro de boro tiene formas polimórficas, homólogas a los alotropos del carbono. b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? * Material artificial extremadamente duro, aunque de una dureza menor a la del diamante. * Aislante eléctrico * Excelente conductor del calor. * Tiene dureza inferior que el diamante pero más estabilidad química y térmica, c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria metalmecánica? * Producción de una gama de plaquitas de corte Wipe. * Insertos con puntas de diamante (PKD) o’ puntas de borazon (CBN) * End-mills con puntas de CBN (nitruro de boro cúbico) para fresado en duro hasta 63 R.C. * Cortadores verticales punta plana y punta esférica en Carburo de Tungsteno, también con punta de PKD para acabos en materiales no ferrosos y punta de CBN para fresado en operaciones de acabado en duro hasta 63 R.C. 10. a) ¿Que son las aramidas? La fibra aramida se define como una fibra en la que la sustancia que la forma es una cadena sintética poliamida en la que al menos el 85% de los grupos amidas están directamente relacionados con 2 grupos aromáticos. El nombre es un acrónimo de " aromáticas poliamida b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? * Sensible al ultravioleta. * Buena resistencia a choques, a los disolventes orgánicos y al calor. * Sensible a la humedad. * buena resistencia a la abrasión * buena resistencia a disolventes orgánicos * no conductor * ningún punto de fusión , comienza la degradación a partir de 500 ° C * baja inflamabilidad * buena integridad de la tela a elevadas temperaturas c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en las industrias de equipo deportivo? Se utiliza como revestimiento interior de unas llantas de la bicicleta para evitar pinchazos, y debido a su excelente resistencia al calor, se utiliza para el fuego mechas poi. En tenis de mesa, capas de Kevlar se añaden a las hojas de encargo lonas o paletas, a fin de aumentar y reducir el peso de rebote, también de este material se fabrican las velas de

windsurf. Se utiliza para la ropa de la motocicleta de seguridad, especialmente en las áreas con relleno, como los hombros y los codos. En kyudo o tiro con arco japonés, puede ser utilizado como una alternativa a los más caros de cáñamo para cuerdas de arco. Es uno de los principales materiales utilizados para las líneas de suspensión de parapente. También se utiliza en los cordones de la botines F50 Adidas fútbol Prime. Escuchar Leer fonéticamente Diccionario - Ver diccionario detallado 11. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el arseniuro de galio (GaAs)? Pertenece a los materiales semiconductores del grupo de elementos AIII-BV de la tabla periódica. La anchura de la banda prohibida es mayor que en el silicio o el germanio. b) ¿Cuáles son propiedades deseables? * Los dispositivos fabricados con GaAs pueden trabajar a temperaturas de hasta 450ºC. * Propiedades semiconductoras en tecnología. * Amplificar las señales electrónicas sin perder mucha energía. * No sufren demasiados daños trasmitiendo señales analógicas. * Poco sensibles a las radiaciones cósmicas. c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria electrónica? Se usa para fabricar dispositivos como circuitos integrados a frecuencias de microondas, diodos de emisión infrarroja, diodos láser y células fotovoltaicas. Se usa en semiconductores 12. Las superaleaciones con base en níquel se emplean en las estructuras de los motores de turbinas de los aviones. ¿Cuáles son las propiedades principales de este metal que lo hacen deseable para esta aplicación? El níquel es un metal duro, maleable y dúctil, que puede presentar un intenso brillo. Tiene propiedades magnéticas por debajo de 345 ºC. El níquel metálico no es muy activo químicamente. Es soluble en ácido nítrico diluido, y se convierte en pasivo (no reactivo) en ácido nítrico concentrado. No reacciona con los álcalis. Tiene un punto de fusión de 1.455 °C, y un punto de ebullición de 2.730 °C, su densidad es de 8,9 g/cm3 y su masa atómica 58,69 uma. 13. Identifique varios equipos deportivos que podrían beneficiarse con los materiales

inteligentes con la tecnología de los MEM. Menciones las razones concretas de la idoneidad de la aplicación. * Acelerómetros en los automóviles modernos para un gran número de finalidades, entre ellas el despliegue de colchón de aire (airbag) en las colisiones. * Acelerómetros en dispositivos de electrónica de consumo, tales como controladores de juegos (nintendo wii), reproductores multimedia personales y teléfonos móviles (Apple iphone) y una serie de cámaras digitales (varios modelos canon digital ixus). También se usa en ordenadores para estacionar el cabezal del disco duro cuando es detectada una caída libre, para evitar daños y pérdida de datos. * Cerámica piezoeléctrica esta desarrolla una tensión eléctrica cuando está estresado y puede ser utilizado en sistemas activos de amortiguación para los esquiadores y los jugadores de tenis, con el objetivo de reducir al mínimo las lesiones y mejorar el rendimiento. * En ciclismo, golf y tenis, donde los materiales y el cambio de diseño de raquetas ha aumentado la velocidad y el poder de sirve, pero la insatisfacción causada público mediante la reducción de la longitud de rallys en los torneos jugados sobre superficies rápidas, como la hierba en Wimbledon. * Se utilizan para hacer ropa deportiva, tales como trajes de neopreno, y con otras fibras para hacer ropa cómoda con un ajuste perfecto. * Relojes que contabilizan la altura y presión, en caso de alpinistas. * Dispositivos piezoeléctricos para detectar las vibraciones y oposición y cancelación a cabo. Esto es posible porque los materiales piezoeléctricos actúan como sensores y actuadores. 14. ¿Qué son los nanotubos? Mencione algunos ejemplos de su aplicación a materiales. Se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono. Aplicaciones: * Electroquímicas: Una importante aplicación de los nanotubos, dada su gran superficie y su baja resistividad, es la electroquímica, como el desarrollo de supercondensadores, dispositivos para el almacenamiento de hidrógeno y fabricación de celdas solares. * Electrónica: De entre las múltiples aplicaciones de los nanotubos de carbono, quizá las

más interesantes se encuentren en el dominio de la electrónica, ya que éstos pueden desempeñar el mismo papel que el silicio en los dispositivos electrónicos pero a escala molecular, donde los semiconductores dejan de funcionar. Además, debido a que los avances en la industria electrónica se basan en la miniaturización de los dispositivos, que conlleva un aumento en el rendimiento de la velocidad de proceso y la densidad de los circuitos, será necesario utilizar nanotubos de carbono en su fabricación. Los nanotubos de carbono pueden ser utilizados para fabricar múltiples dispositivos entre los que destacan los transistores y las memorias informáticas. Al agregar pequeñas cantidades de nanotubos a polímeros, cambian sus propiedades eléctricas y esto da lugar a las primeras aplicaciones industriales: * Automóviles: Mangueras antiestáticas de combustible * Automóviles: Partes plásticas conductoras para pintado spray electrostático * Aeroespacial: Partes de aviones * Packaging: Antiestático para electrónicos * Tintas conductoras * Materiales extremadamente negros: La sustancia más oscura conocida, hasta la fecha, se ha creado a partir de nanotubos de carbono. * Deportes: Debido a la alta resistencia mecánica de los nanotubos, se están empezando a utilizar para hacer más fuertes las raquetas de tenis, manillares de bicicletas, palos de golf, y flechas de última generación.

* Como adsorbentes: Los nanotubos de carbono poseen una elevada área superficial, su estructura porosa y en capas es ideal para almacenar diversos elementos y sustancias químicas. BIBLIOGRAFIA * http://www.cirugiaarticular.com/protesis/cadera/ * http://en.wikipedia.org/wiki/Aramid * http://en.wikipedia.org/wiki/Twaron * http://en.wikipedia.org/wiki/Kevlar * http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo * http://es.wikipedia.org/wiki/Haloalcano * http://boj.pntic.mec.es/jpac0012/quimipatatas/niquiz.htm * http://electronica.webcindario.com/glosario/asga.htm * http://es.wikipedia.org/wiki/Politetrafluoroetileno * http://es.wikipedia.org/wiki/Nitruro_de_boro * http://www.slideshare.net/agumontagna/nitruro-boro * http://es.wikipedia.org/wiki/Arseniuro_de_galio * http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/Otros/Nanotecnologia/Conceptos%20basicosMicroelectronica.ht m

* http://en.wikipedia.org/wiki/Superalloy * http://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen-free_copper * http://www.monografias.com/trabajos-pdf/diseno-bicicleta-montana/diseno-bicicletamontana.pdf * http://es.wikipedia.org/wiki/Cer%C3%A1mica_t%C3%A9cnica * http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_protecci%C3%B3n_t%C3%A9rmica_del_transbor dador_espacial * http://www.monografias.com/trabajos33/implantes-ortopedicos/implantesortopedicos.shtml * www.electronica-basica.com/partes-de-una-bombilla.html * http://es.wikipedia.org/wiki/Reemplazo_total_de_cadera * http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor * http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar * http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_microelectromec%C3%A1nicos * http://www.neoteo.com/mems-las-nanomaquinas-que-cambiaran-al-mundo * http://www.iom3.org/news/intelligent-clothing-smart-materials * http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel/designerproducts/smartmateria lsrev1.shtml