C. Materiales ME520

Ciencia de los Materiales

Claudio Andrs Apaz CallejasUniversidad Catolica del Norte

Facultad de Metalurga y Minas Ingeniera Ejecucin Metalurgica2013

CIENCIA DE LOS MATERIALESCodigo : ME520Caracter : ObligatorioCreditos : 11Prerequisito : Termodinmica Metalrgica ME402Conducente : Procesos de Fabricacin ME620Horas de catedra : 56 hrs.

OBJETIVOS GENERALESGENERALESAl trmino del curso el alumno estar capacitado para describir y explicar laestructura, comportamiento y transformaciones que experimentan losdiversos materiales aplicados en el rea de la ingeniera.

Codigo : ME520Caracter : ObligatorioCreditos : 11Prerequisito : Termodinmica Metalrgica ME402Conducente : Procesos de Fabricacin ME620Horas de catedra : 56 hrs.

OBJETIVOS GENERALESGENERALESAl trmino del curso el alumno estar capacitado para describir y explicar laestructura, comportamiento y transformaciones que experimentan losdiversos materiales aplicados en el rea de la ingeniera.

OBJETIVOS ESPECIFICOS1. El alumno debe aprender acerca de la estructura cristalina y de las

propiedades mecnicas de los materiales.2. Aplicar los conceptos de difusin y solidificacin.3. Valorar las caractersticas y usos de las aleaciones ferrosas y no ferrosas ms

usadas en metalurgia.4. Interpretar el resultado del uso de los tratamientos trmicos.5. Analizar distintos tipos de fallas en los materiales

UNIDADES: CIENCIA DE LOS MATERIALESUNIDAD I: ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SLIDOSOBJETIVOS: Reconocer y representar los sistemas cristalinos, especificar planos y

direcciones cristalogrficas, reconocer las imperfecciones cristalinas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS1. El alumno debe aprender acerca de la estructura cristalina y de las

propiedades mecnicas de los materiales.2. Aplicar los conceptos de difusin y solidificacin.3. Valorar las caractersticas y usos de las aleaciones ferrosas y no ferrosas ms

usadas en metalurgia.4. Interpretar el resultado del uso de los tratamientos trmicos.5. Analizar distintos tipos de fallas en los materiales

UNIDADES: CIENCIA DE LOS MATERIALESUNIDAD I: ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SLIDOSOBJETIVOS: Reconocer y representar los sistemas cristalinos, especificar planos y

direcciones cristalogrficas, reconocer las imperfecciones cristalinas.

CONTENIDOS:1. Introduccin. Importancia de los materiales.2. Estructura cristalina.3. Direcciones y planos cristalogrficos.4. Materiales cristalinos y no cristalinos.5. Imperfecciones cristalinas.6. Ensayos no destructivos.UNIDAD II: DIFUSION

OBJETIVOS: Entender el mecanismo de la difusin como responsable de la transferencia demasa y su importancia en el tratamiento de materiales.

CONTENIDOS:1. Mecanismos de Difusin2. Descripcin de la difusin en estado estacionario y en estado no estacionario.3. Factores de la difusin.

CONTENIDOS:1. Introduccin. Importancia de los materiales.2. Estructura cristalina.3. Direcciones y planos cristalogrficos.4. Materiales cristalinos y no cristalinos.5. Imperfecciones cristalinas.6. Ensayos no destructivos.UNIDAD II: DIFUSION

OBJETIVOS: Entender el mecanismo de la difusin como responsable de la transferencia demasa y su importancia en el tratamiento de materiales.

CONTENIDOS:1. Mecanismos de Difusin2. Descripcin de la difusin en estado estacionario y en estado no estacionario.3. Factores de la difusin.

UNIDAD III: SOLIDIFICACION DE LOS METALESOBJETIVOS:

Al trmino de la unidad, los alumnos debern tener los conocimientos que lespermitan describir un proceso de solidificacin, identificar las diferentesetapas del proceso y las distintas formas de solidificacin. Adems debern sercapaces de reconocer los diferentes tipos de defectos que se producendurante la solidificacin.CONTENIDOS:

1. La fase lquida.2. Nucleacin.3. Solidificacin de metales puros.4. Solidificacin de Aleaciones.5. Metales Colados.6. Defectos de solidificacin: Porosidad, Contracciones, Rechupes, Grietas,Segregacin.

UNIDAD III: SOLIDIFICACION DE LOS METALESOBJETIVOS:

Al trmino de la unidad, los alumnos debern tener los conocimientos que lespermitan describir un proceso de solidificacin, identificar las diferentesetapas del proceso y las distintas formas de solidificacin. Adems debern sercapaces de reconocer los diferentes tipos de defectos que se producendurante la solidificacin.CONTENIDOS:

1. La fase lquida.2. Nucleacin.3. Solidificacin de metales puros.4. Solidificacin de Aleaciones.5. Metales Colados.6. Defectos de solidificacin: Porosidad, Contracciones, Rechupes, Grietas,Segregacin.

UNIDAD IV: PROPIEDADES ELECTRICAS, TRMICAS y MECNICAS DE LOSMATERIALES

OBJETIVOS: Aprender acerca de las propiedades elctricas, trmicas y mecnicas de varios materiales

usados en ingeniera y de los ensayos destructivos ms utilizados para medirlas.CONTENIDOS:

1. Concepto de Esfuerzo y deformacin.2. Resistencia a la Traccin.3. Ductilidad.4. Resiliencia.5. Tenacidad.6. Dureza.7. Propiedades elctricas y trmicas.

UNIDAD V : ALEACIONES

UNIDAD IV: PROPIEDADES ELECTRICAS, TRMICAS y MECNICAS DE LOSMATERIALES

OBJETIVOS: Aprender acerca de las propiedades elctricas, trmicas y mecnicas de varios materiales

usados en ingeniera y de los ensayos destructivos ms utilizados para medirlas.CONTENIDOS:

1. Concepto de Esfuerzo y deformacin.2. Resistencia a la Traccin.3. Ductilidad.4. Resiliencia.5. Tenacidad.6. Dureza.7. Propiedades elctricas y trmicas.

UNIDAD V : ALEACIONES

OBJETIVOS Conocer las principales caractersticas y usos de las aleaciones ms usadas en laindustria metalrgica. Estudiar el diagrama fierro carbono.

CONTENIDOS:1. Aleaciones no Ferrosas.2. Aleaciones Ferrosas.3. Diagrama de Fases Fe-C.UNIDAD VI: TRATAMIENTOS TRMICOS

OBJETIVOS Conocer los principales tratamientos trmicos que pueden ser realizados a unaaleacin, de manera de modificar sus propiedades mecnicas.

CONTENIDOS:1. Recocido.2. Normalizado.3. Temple.4. Revenido.5. Endurecimiento por precipitacin.

OBJETIVOS Conocer las principales caractersticas y usos de las aleaciones ms usadas en laindustria metalrgica. Estudiar el diagrama fierro carbono.

CONTENIDOS:1. Aleaciones no Ferrosas.2. Aleaciones Ferrosas.3. Diagrama de Fases Fe-C.UNIDAD VI: TRATAMIENTOS TRMICOS

OBJETIVOS Conocer los principales tratamientos trmicos que pueden ser realizados a unaaleacin, de manera de modificar sus propiedades mecnicas.

CONTENIDOS:1. Recocido.2. Normalizado.3. Temple.4. Revenido.5. Endurecimiento por precipitacin.

UNIDAD VII:MODOS DE FALLAOBJETIVOS

Estudiar las principales causas de falla de los materiales durante su uso u operacin,para as tomar las medidas preventivas apropiadas contra futuros accidentes.CONTENIDOS:

1. Fractura2. Fatiga3. Creep4. Desgaste5. Corrosin.

EVALUACION 75 % Ctedra:

3 Pruebas, 25% ponderacin cada evaluacin. 25% Laboratorios y Trabajos de Investigacin.

UNIDAD VII:MODOS DE FALLAOBJETIVOS

Estudiar las principales causas de falla de los materiales durante su uso u operacin,para as tomar las medidas preventivas apropiadas contra futuros accidentes.CONTENIDOS:

1. Fractura2. Fatiga3. Creep4. Desgaste5. Corrosin.

EVALUACION 75 % Ctedra:

3 Pruebas, 25% ponderacin cada evaluacin. 25% Laboratorios y Trabajos de Investigacin.

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

A veces es til subdividir la disciplina de Ciencia e Ingenieria de losmateriales en Ciencias de los materiales e Ingeniera de los materialesy subdisciplinas. Estrictamente hablando, la ciencia de materiales implicainvestigar las relaciones que existen entre las estructuras y propiedades delos materiales. En contraste, la ingeniera de materiales es, sobre la base de estascorrelaciones estructura-propiedad, el diseo o ingeniera de la estructurade un material para producir un conjunto predeterminado depropiedades. Desde una perspectiva funcional, el papel de un cientfico de materiales esdesarrollar o sintetizar nuevos materiales, mientras que un ingeniero demateriales es llamado para crear nuevos productos o sistemas utilizandolos materiales existentes, y / o el desarrollo de tcnicas para elprocesamiento de materiales. La mayora de los graduados de losprogramas de materiales son entrenados para ser los dos; cientficos demateriales e ingenieros de materiales.

A veces es til subdividir la disciplina de Ciencia e Ingenieria de losmateriales en Ciencias de los materiales e Ingeniera de los materialesy subdisciplinas. Estrictamente hablando, la ciencia de materiales implicainvestigar las relaciones que existen entre las estructuras y propiedades delos materiales. En contraste, la ingeniera de materiales es, sobre la base de estascorrelaciones estructura-propiedad, el diseo o ingeniera de la estructurade un material para producir un conjunto predeterminado depropiedades. Desde una perspectiva funcional, el papel de un cientfico de materiales esdesarrollar o sintetizar nuevos materiales, mientras que un ingeniero demateriales es llamado para crear nuevos productos o sistemas utilizandolos materiales existentes, y / o el desarrollo de tcnicas para elprocesamiento de materiales. La mayora de los graduados de losprogramas de materiales son entrenados para ser los dos; cientficos demateriales e ingenieros de materiales.

INTRODUCCIONEl hombre primitivo slo tuvo acceso a unnmero muy limitado de materiales, queencontr en la naturaleza; piedras, madera,arcilla, cuero, y poco ms. Con el transcurso deltiempo, el hombre descubri tcnicas paraproducir materiales con propiedadessuperiores a las de los naturales; entre estosnuevos materiales se encontraba la cermica yalgunos metales. Adems, se descubri que laspropiedades de un material se podanmodificar por tratamiento trmico o poradicin de otras substancias. En este aspecto, lautilizacin de los materiales era totalmente unproceso de seleccin; esto es, de un conjuntolimitado de materiales se deca cual era, envirtud de sus caractersticas, el ms idneopara una aplicacin particular. Hacerelativamente poco tiempo que los cientficosllegaron a comprender la relacin entre loselementos estructurales de los materiales y suspropiedades.

El hombre primitivo slo tuvo acceso a unnmero muy limitado de materiales, queencontr en la naturaleza; piedras, madera,arcilla, cuero, y poco ms. Con el transcurso deltiempo, el hombre descubri tcnicas paraproducir materiales con propiedadessuperiores a las de los naturales; entre estosnuevos materiales se encontraba la cermica yalgunos metales. Adems, se descubri que laspropiedades de un material se podanmodificar por tratamiento trmico o poradicin de otras substancias. En este aspecto, lautilizacin de los materiales era totalmente unproceso de seleccin; esto es, de un conjuntolimitado de materiales se deca cual era, envirtud de sus caractersticas, el ms idneopara una aplicacin particular. Hacerelativamente poco tiempo que los cientficosllegaron a comprender la relacin entre loselementos estructurales de los materiales y suspropiedades.

MATERIALES

Este conocimiento adquirido durante aproximadamente los ltimos 100 aos, losha facultados a fabricar, a un gran grado, las caractersticas de los materiales. Deeste modo, miles de materiales distintos se han desarrollado con caractersticasespecializadas que cumplen con las necesidades de nuestra compleja y modernasociedad; estos incluyen metales, plsticos, vidrio y fibras.

El desarrollo de muchas tecnologas que hacen nuestra existencia tan confortableha estado ntimamente asociados con la accesibilidad de adecuados materiales.Un avance en la comprensin de un tipo de material es a menudo el precursor a laprogresin escalonada de una tecnologa.Por ejemplo, los automviles no habra sido posible sin la disponibilidad de acerobarato o un sustituto comparable. En nuestra poca contempornea, sofisticadosdispositivos electrnicos utilizan componentes que se hacen de los llamadosmateriales semiconductores.

Este conocimiento adquirido durante aproximadamente los ltimos 100 aos, losha facultados a fabricar, a un gran grado, las caractersticas de los materiales. Deeste modo, miles de materiales distintos se han desarrollado con caractersticasespecializadas que cumplen con las necesidades de nuestra compleja y modernasociedad; estos incluyen metales, plsticos, vidrio y fibras.

El desarrollo de muchas tecnologas que hacen nuestra existencia tan confortableha estado ntimamente asociados con la accesibilidad de adecuados materiales.Un avance en la comprensin de un tipo de material es a menudo el precursor a laprogresin escalonada de una tecnologa.Por ejemplo, los automviles no habra sido posible sin la disponibilidad de acerobarato o un sustituto comparable. En nuestra poca contempornea, sofisticadosdispositivos electrnicos utilizan componentes que se hacen de los llamadosmateriales semiconductores.

Por qu estudiamos los materiales?

Muchos cientficos o ingenieros aplicados, ya sea mecnico, qumico, civil, oelctrico, se vern expuesto en cualquier momento a un problema de diseo queinvolucran materiales. Los ejemplos pueden incluir un engranaje de transmisin, lasuperestructura de un edificio, un componente de la refinera de petrleo, o un

chip de circuito integrado.Por supuesto, los cientficos de materiales e ingenieros son especialistas que

estn totalmente involucrados en la investigacin y el diseo de los materiales.

MATERIALESMuchas veces, un problema de materiales es el de seleccionar el materialadecuado de entre los miles que estn disponibles. La decisin final se basanormalmente en varios criterios.En primer lugar, las condiciones en servicio debe caracterizarse, para estos dictarlas propiedades requeridas del material. Solo en raras ocasiones es un materialque posee la mxima o la combinacin ideal de propiedades. De esta forma,puede ser necesario cambiar una caracterstica por otra. El ejemplo clsico implicaresistencia y ductilidad; normalmente, un material que tiene una alta resistenciatendr slo una ductilidad limitada. En tales casos un compromiso razonable entredos o ms propiedades puede ser necesario.Una segunda consideracin en la seleccin es cualquier deterioro de laspropiedades de los materiales que pueden ocurrir durante la operacin deservicio. Por ejemplo, reducciones significativas en la resistencia mecnica puederesultar de la exposicin a temperaturas elevadas o corrosivos ambientes.

Muchas veces, un problema de materiales es el de seleccionar el materialadecuado de entre los miles que estn disponibles. La decisin final se basanormalmente en varios criterios.En primer lugar, las condiciones en servicio debe caracterizarse, para estos dictarlas propiedades requeridas del material. Solo en raras ocasiones es un materialque posee la mxima o la combinacin ideal de propiedades. De esta forma,puede ser necesario cambiar una caracterstica por otra. El ejemplo clsico implicaresistencia y ductilidad; normalmente, un material que tiene una alta resistenciatendr slo una ductilidad limitada. En tales casos un compromiso razonable entredos o ms propiedades puede ser necesario.Una segunda consideracin en la seleccin es cualquier deterioro de laspropiedades de los materiales que pueden ocurrir durante la operacin deservicio. Por ejemplo, reducciones significativas en la resistencia mecnica puederesultar de la exposicin a temperaturas elevadas o corrosivos ambientes.

MATERIALES

Por ltimo, probablemente, el factor predominante es el de la economa: Culser el costo del producto terminado? Un material puede ser encontrado quetiene el conjunto ideal de propiedades, pero es prohibitivamente caro.Aqu de nuevo, algn compromiso es inevitable. El costo de una pieza terminadatambin incluye cualquier gasto incurrido durante la fabricacin para producir laforma deseada.Cuanto ms familiar que un ingeniero o cientfico es con las diversas caractersticasy relaciones estructura-propiedad, as como las tcnicas de procesamiento demateriales, el. Ms competente y seguro que l o ella estar en la toma dedecisiones juiciosas materiales a base de estos criterios

Por ltimo, probablemente, el factor predominante es el de la economa: Culser el costo del producto terminado? Un material puede ser encontrado quetiene el conjunto ideal de propiedades, pero es prohibitivamente caro.Aqu de nuevo, algn compromiso es inevitable. El costo de una pieza terminadatambin incluye cualquier gasto incurrido durante la fabricacin para producir laforma deseada.Cuanto ms familiar que un ingeniero o cientfico es con las diversas caractersticasy relaciones estructura-propiedad, as como las tcnicas de procesamiento demateriales, el. Ms competente y seguro que l o ella estar en la toma dedecisiones juiciosas materiales a base de estos criterios

INTRODUCCION

MATERIALESLa estructura es en este momento un trmino nebuloso que merece algunaexplicacin. En resumen, la estructura de un material por lo general se refiere alarreglo de sus componentes internos.Estructura subatmica consiste en electrones dentro de los tomos individuales ylas interacciones con sus ncleos. A nivel atmico, la estructura comprende laorganizacin de los tomos o molculas de uno con relacin a otro.El siguiente dominio estructural ms grande, que contiene grandes grupos detomos que estn normalmente aglomeradas juntas, se denomina microscpica, loque significa que el que est sujeto a la observacin directa utilizando algn tipode microscopio. Por ltimo, los elementos estructurales que pueden ser vistos asimple vista se denominan macroscpico como se obseva en la siguiente figura.

La estructura es en este momento un trmino nebuloso que merece algunaexplicacin. En resumen, la estructura de un material por lo general se refiere alarreglo de sus componentes internos.Estructura subatmica consiste en electrones dentro de los tomos individuales ylas interacciones con sus ncleos. A nivel atmico, la estructura comprende laorganizacin de los tomos o molculas de uno con relacin a otro.El siguiente dominio estructural ms grande, que contiene grandes grupos detomos que estn normalmente aglomeradas juntas, se denomina microscpica, loque significa que el que est sujeto a la observacin directa utilizando algn tipode microscopio. Por ltimo, los elementos estructurales que pueden ser vistos asimple vista se denominan macroscpico como se obseva en la siguiente figura.

TABLA PERIODICA

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALES

Los materiales slidos han sido convenientemente agrupados en tres categoras bsicas:metales, cermicas y polmeros. Este sistema se basa principalmente en la composicinqumica y la estructura atmica, y la mayora de los materiales caen en una agrupacindistinta u otro.Adems, estn los compuestos, que son combinaciones de ingeniera de dos o msmateriales diferentes. Una breve explicacin de estas clasificaciones de materiales ycaractersticas representativas se ofrece a continuacin. Otra categora son los Materialesavanzados que se usan en aplicaciones de alta tecnologa, tales como semiconductores,biomateriales, materiales inteligentes y materiales de nanoingeniera.

Los materiales slidos han sido convenientemente agrupados en tres categoras bsicas:metales, cermicas y polmeros. Este sistema se basa principalmente en la composicinqumica y la estructura atmica, y la mayora de los materiales caen en una agrupacindistinta u otro.Adems, estn los compuestos, que son combinaciones de ingeniera de dos o msmateriales diferentes. Una breve explicacin de estas clasificaciones de materiales ycaractersticas representativas se ofrece a continuacin. Otra categora son los Materialesavanzados que se usan en aplicaciones de alta tecnologa, tales como semiconductores,biomateriales, materiales inteligentes y materiales de nanoingeniera.


METALESMateriales de este grupo se compone de uno o ms elementos metlicos (porejemplo, hierro, aluminio, cobre, titanio, oro y nquel), y los elementos a menudotambin no metlicos (por ejemplo, carbono, nitrgeno, y oxgeno) en cantidadesrelativamente pequeas.Los tomos de los metales y sus aleaciones estn dispuestos de una manera muyordenada, y en comparacin con las cermicas y polmeros, son relativamentedensos. respecto a las caractersticas mecnicas, estos materiales sonrelativamente rgidas y duros, sin embargo, son dctiles (es decir, capaz dedeformarse grandes cantidades, sin fracturarse), y son resistentes a la fractura, querepresenta su amplio uso en aplicaciones estructurales. Los materiales metlicostienen un gran nmero de electrones no localizados, es decir, estos electrones noestn unidos a tomos de particulares. Muchas propiedades de los metales sondirectamente atribuibles a estos electrones. Por ejemplo, los metales sonextremadamente buenos conductores de la electricidad y el calor, y no sontransparentes a la luz visible; una superficie de metal pulido tiene un aspectobrillante. Adems, algunos de los metales (es decir, Fe, Co, y Ni) tienen deseablespropiedades magnticas.

METALESMateriales de este grupo se compone de uno o ms elementos metlicos (porejemplo, hierro, aluminio, cobre, titanio, oro y nquel), y los elementos a menudotambin no metlicos (por ejemplo, carbono, nitrgeno, y oxgeno) en cantidadesrelativamente pequeas.Los tomos de los metales y sus aleaciones estn dispuestos de una manera muyordenada, y en comparacin con las cermicas y polmeros, son relativamentedensos. respecto a las caractersticas mecnicas, estos materiales sonrelativamente rgidas y duros, sin embargo, son dctiles (es decir, capaz dedeformarse grandes cantidades, sin fracturarse), y son resistentes a la fractura, querepresenta su amplio uso en aplicaciones estructurales. Los materiales metlicostienen un gran nmero de electrones no localizados, es decir, estos electrones noestn unidos a tomos de particulares. Muchas propiedades de los metales sondirectamente atribuibles a estos electrones. Por ejemplo, los metales sonextremadamente buenos conductores de la electricidad y el calor, y no sontransparentes a la luz visible; una superficie de metal pulido tiene un aspectobrillante. Adems, algunos de los metales (es decir, Fe, Co, y Ni) tienen deseablespropiedades magnticas.


CermicosLas cermicas son elementos compuestos entre metlicos y no metlicos, que sonms frecuentemente xidos, nitruros y carburos. Por ejemplo, los materialescermicos comunes incluyen xido de aluminio (almina, Al2O3), dixido de silicio(o de slice, SiO), carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4), y, adems, lo quealgunos denominan como la cermica tradicional -las compuestas de minerales dearcilla (es decir, porcelana), as como cemento y vidrio. Con respecto alcomportamiento mecnico, los materiales cermicos son relativamente rgido yfuerte-rigides y resistencia son comparables a los de los metales. Adems, suelenser muy duros. Histricamente, la cermica han mostrado una fragilidad extrema(falta de ductilidad) y son altamente susceptibles a la fractura.Sin embargo, nuevas cermicas estn siendo diseados para tener una resistenciamejorada a la fractura; estos materiales se utilizan para utensilios de cocina,cubiertos, e incluso piezas de un motor de automovil.Adems, los materiales cermicos son tpicamente aislante para la conduccin decalor y electricidad (es decir, tienen bajas conductividades elctricas), y son msresistentes a altas temperaturas y ambientes severos que los metales y polmeros.

CermicosLas cermicas son elementos compuestos entre metlicos y no metlicos, que sonms frecuentemente xidos, nitruros y carburos. Por ejemplo, los materialescermicos comunes incluyen xido de aluminio (almina, Al2O3), dixido de silicio(o de slice, SiO), carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4), y, adems, lo quealgunos denominan como la cermica tradicional -las compuestas de minerales dearcilla (es decir, porcelana), as como cemento y vidrio. Con respecto alcomportamiento mecnico, los materiales cermicos son relativamente rgido yfuerte-rigides y resistencia son comparables a los de los metales. Adems, suelenser muy duros. Histricamente, la cermica han mostrado una fragilidad extrema(falta de ductilidad) y son altamente susceptibles a la fractura.Sin embargo, nuevas cermicas estn siendo diseados para tener una resistenciamejorada a la fractura; estos materiales se utilizan para utensilios de cocina,cubiertos, e incluso piezas de un motor de automovil.Adems, los materiales cermicos son tpicamente aislante para la conduccin decalor y electricidad (es decir, tienen bajas conductividades elctricas), y son msresistentes a altas temperaturas y ambientes severos que los metales y polmeros.

UNIDAD I : ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SLIDOS

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESPolmerosPolmeros incluyen el plstico y materiales conocidos de caucho. Muchos de ellos soncompuestos orgnicos que estn qumicamente basados en carbono, hidrgeno y otroselementos no metlicos (es decir, O, N, y Si). Adems, tienen estructuras molecularesmuy grandes, a menudo en la naturaleza eslabones de una cadena, que a menudo tienenuna columna vertebral de tomos de carbono. Algunos de los polmeros comunes yfamiliares son el polietileno (PE), nylon, poli (cloruro de vinilo) (PVC), policarbonato (PC),poliestireno (PS), y caucho de silicona. Estos materiales tienen tpicamente densidadesbajas, mientras que sus caractersticas mecnicas son generalmente diferente de losmateriales metlicos y cermicos-no son tan rgidas ni tan fuerte como estos otros tiposde materiales .Sin embargo, sobre la base de su baja densidad, muchas veces sus rigideces y resisteciasobre una base por masa son comparable a los metales y cermicas. Adems, muchos delos polmeros son extremadamente dctil y flexible (es decir, de plstico), lo que significaque se forman fcilmente en formas complejas. En general, son relativamentequmicamente inerte y no reactivo en una gran nmero de entornos.Un inconveniente importante de los polmeros es su tendencia para ablandar y/o sedescomponen a temperaturas moderadas, que, en algunos casos, lmita su uso. Adems,tienen bajas conductividades elctricas y son no magntico.

PolmerosPolmeros incluyen el plstico y materiales conocidos de caucho. Muchos de ellos soncompuestos orgnicos que estn qumicamente basados en carbono, hidrgeno y otroselementos no metlicos (es decir, O, N, y Si). Adems, tienen estructuras molecularesmuy grandes, a menudo en la naturaleza eslabones de una cadena, que a menudo tienenuna columna vertebral de tomos de carbono. Algunos de los polmeros comunes yfamiliares son el polietileno (PE), nylon, poli (cloruro de vinilo) (PVC), policarbonato (PC),poliestireno (PS), y caucho de silicona. Estos materiales tienen tpicamente densidadesbajas, mientras que sus caractersticas mecnicas son generalmente diferente de losmateriales metlicos y cermicos-no son tan rgidas ni tan fuerte como estos otros tiposde materiales .Sin embargo, sobre la base de su baja densidad, muchas veces sus rigideces y resisteciasobre una base por masa son comparable a los metales y cermicas. Adems, muchos delos polmeros son extremadamente dctil y flexible (es decir, de plstico), lo que significaque se forman fcilmente en formas complejas. En general, son relativamentequmicamente inerte y no reactivo en una gran nmero de entornos.Un inconveniente importante de los polmeros es su tendencia para ablandar y/o sedescomponen a temperaturas moderadas, que, en algunos casos, lmita su uso. Adems,tienen bajas conductividades elctricas y son no magntico.

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESCompositesUn compuesto se compone de dos (o ms) materiales individuales, que provienende las categoras previamente discutidos metales, cermicas y polmeros. Elobjetivo de diseo de un compuesto es para lograr una combinacin de propiedadesque no se muestran por cualquier material nico, y tambin para incorporar lasmejores caractersticas de cada uno de los materiales componentes. Un grannmero de tipos de compuestos estn representados por diferentes combinacionesde metales, cermicas y polmeros. Adems, algunos materiales de origen naturalson materiales compuestos, por ejemplo, madera y hueso. Sin embargo, la mayorade los que consideramos en nuestros debates son sintticos (o hecho por el hombre)compuestos.Uno de los compuestos ms comunes y familiar es de fibra de vidrio, en el que lasfibras de vidrio pequeas estn incrustadas dentro de un material polimrico(normalmente una resina epoxi o de polister).Las fibras de vidrio son relativamente fuertes y rgidos (pero tambin frgil),mientras que el polmero es ms flexible. As, la fibra de vidrio es relativamentergida, fuerte y flexible. Adems, tiene una baja densidad. Otro materialtecnolgicamente importante es la fibra de carbono reforzada con polmero (CFRP)de carbono compuesto de fibras que se insertan dentro de un polmero.

CompositesUn compuesto se compone de dos (o ms) materiales individuales, que provienende las categoras previamente discutidos metales, cermicas y polmeros. Elobjetivo de diseo de un compuesto es para lograr una combinacin de propiedadesque no se muestran por cualquier material nico, y tambin para incorporar lasmejores caractersticas de cada uno de los materiales componentes. Un grannmero de tipos de compuestos estn representados por diferentes combinacionesde metales, cermicas y polmeros. Adems, algunos materiales de origen naturalson materiales compuestos, por ejemplo, madera y hueso. Sin embargo, la mayorade los que consideramos en nuestros debates son sintticos (o hecho por el hombre)compuestos.Uno de los compuestos ms comunes y familiar es de fibra de vidrio, en el que lasfibras de vidrio pequeas estn incrustadas dentro de un material polimrico(normalmente una resina epoxi o de polister).Las fibras de vidrio son relativamente fuertes y rgidos (pero tambin frgil),mientras que el polmero es ms flexible. As, la fibra de vidrio es relativamentergida, fuerte y flexible. Adems, tiene una baja densidad. Otro materialtecnolgicamente importante es la fibra de carbono reforzada con polmero (CFRP)de carbono compuesto de fibras que se insertan dentro de un polmero.

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESEstos materiales son ms rgidas y ms fuerte que el vidrio materiales reforzados confibras, pero ms cara. Composites del tipo CFRP se utilizan en algunas aplicacionesaeronuticas y aeroespaciales, as como en equipos de alta tecnologa deportiva (porejemplo, bicicletas, palos de golf, raquetas de tenis, y los esqus / tablas desnowboard) y recientemente en los parachoques de automviles. El nuevo Boeing787 fuselaje est hecho principalmente de materiales compuestos del tipo CFRP .MATERIALES AVANZADOSLos materiales que se utilizan en alta tecnologa (o de alta tecnologa) aplicaciones aveces se denominan materiales avanzados. Por la alta tecnologa nos referimos a undispositivo o producto que funciona o funciona con relativamente compleja yprincipios sofisticados, e incluye equipos electrnicos (cmaras de video,reproductores de CD / DVD, etc), los ordenadores, los sistemas de fibra ptica, navesespaciales, aviones y cohetes militares . Estos materiales avanzados son tpicamentemateriales tradicionales cuyas propiedades se han mejorado, y tambin de nuevodesarrollo, materiales de alto rendimiento. Adems, pueden ser de todos los tipos demateriales (por ejemplo, metales, cermicas, polmeros), y suelen ser caros.

Estos materiales son ms rgidas y ms fuerte que el vidrio materiales reforzados confibras, pero ms cara. Composites del tipo CFRP se utilizan en algunas aplicacionesaeronuticas y aeroespaciales, as como en equipos de alta tecnologa deportiva (porejemplo, bicicletas, palos de golf, raquetas de tenis, y los esqus / tablas desnowboard) y recientemente en los parachoques de automviles. El nuevo Boeing787 fuselaje est hecho principalmente de materiales compuestos del tipo CFRP .MATERIALES AVANZADOSLos materiales que se utilizan en alta tecnologa (o de alta tecnologa) aplicaciones aveces se denominan materiales avanzados. Por la alta tecnologa nos referimos a undispositivo o producto que funciona o funciona con relativamente compleja yprincipios sofisticados, e incluye equipos electrnicos (cmaras de video,reproductores de CD / DVD, etc), los ordenadores, los sistemas de fibra ptica, navesespaciales, aviones y cohetes militares . Estos materiales avanzados son tpicamentemateriales tradicionales cuyas propiedades se han mejorado, y tambin de nuevodesarrollo, materiales de alto rendimiento. Adems, pueden ser de todos los tipos demateriales (por ejemplo, metales, cermicas, polmeros), y suelen ser caros.

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESLos materiales avanzados incluyen semiconductores, biomateriales, y lo quepodemos denominar "Materiales del futuro" (es decir, materiales inteligentes ymateriales de nanoingeniera), que se discuten a continuacin. Las propiedades yaplicaciones de algunos de estos materiales-por ejemplo avanzado, los materialesque se utilizan para los lseres, circuitos integrados, almacenamiento de informacinmagntica, pantallas de cristal lquido (LCD) y fibra ptica.SemiconductoresLos semiconductores tienen propiedades elctricas que son intermedios entre losconductores elctricos (es decir, metales y aleaciones metlicas) y aislantes (es decir,cermicas y polmeros). Adems, las caractersticas elctricas de estos materiales sonextremadamente sensibles a la presencia de concentraciones diminutas de tomosde impurezas, para que las concentraciones pueden ser controlados a travs deregiones espaciales muy pequeas. Semiconductores han hecho posible eladvenimiento de los circuitos integrados, que ha revolucionado totalmente laindustria de la electrnica y la informtica (por no hablar de nuestra vida) en lasltimas tres dcadas.

Los materiales avanzados incluyen semiconductores, biomateriales, y lo quepodemos denominar "Materiales del futuro" (es decir, materiales inteligentes ymateriales de nanoingeniera), que se discuten a continuacin. Las propiedades yaplicaciones de algunos de estos materiales-por ejemplo avanzado, los materialesque se utilizan para los lseres, circuitos integrados, almacenamiento de informacinmagntica, pantallas de cristal lquido (LCD) y fibra ptica.SemiconductoresLos semiconductores tienen propiedades elctricas que son intermedios entre losconductores elctricos (es decir, metales y aleaciones metlicas) y aislantes (es decir,cermicas y polmeros). Adems, las caractersticas elctricas de estos materiales sonextremadamente sensibles a la presencia de concentraciones diminutas de tomosde impurezas, para que las concentraciones pueden ser controlados a travs deregiones espaciales muy pequeas. Semiconductores han hecho posible eladvenimiento de los circuitos integrados, que ha revolucionado totalmente laindustria de la electrnica y la informtica (por no hablar de nuestra vida) en lasltimas tres dcadas.

EVOLUCION DE LA COMPUTADORA

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESBiomaterialesBiomateriales se emplean en componentes implantados en el cuerpo humano parareemplazar partes del cuerpo enfermas o daadas. Estos materiales no debenproducir sustancias txicas y deben ser compatibles con los tejidos corporales (esdecir, no debe causar reacciones biolgicas adversas). Todo el. Anterior a materialesmetlicos, cermicas, polmeros, compuestos, y semiconductores-pueden serutilizados como biomateriales Por ejemplo, algunos de los biomateriales que seutilizan en las prtesis de cadera.Materiales InteligentesLos materiales Inteligentes son un grupo de nuevos materiales y el estado de latcnica que se estn desarrollando, que tendr una gran influencia en muchas denuestras tecnologas.El adjetivo inteligente implica que estos materiales son capaces de detectar cambiosen su entorno y responder a estos cambios en las maneras predeterminadas, losrasgos que tambin se encuentran en los organismos vivos. Adems, este conceptode "inteligente" se extiende a sistemas ms sofisticados que se componen tanto delos materiales inteligentes y tradicionales.

BiomaterialesBiomateriales se emplean en componentes implantados en el cuerpo humano parareemplazar partes del cuerpo enfermas o daadas. Estos materiales no debenproducir sustancias txicas y deben ser compatibles con los tejidos corporales (esdecir, no debe causar reacciones biolgicas adversas). Todo el. Anterior a materialesmetlicos, cermicas, polmeros, compuestos, y semiconductores-pueden serutilizados como biomateriales Por ejemplo, algunos de los biomateriales que seutilizan en las prtesis de cadera.Materiales InteligentesLos materiales Inteligentes son un grupo de nuevos materiales y el estado de latcnica que se estn desarrollando, que tendr una gran influencia en muchas denuestras tecnologas.El adjetivo inteligente implica que estos materiales son capaces de detectar cambiosen su entorno y responder a estos cambios en las maneras predeterminadas, losrasgos que tambin se encuentran en los organismos vivos. Adems, este conceptode "inteligente" se extiende a sistemas ms sofisticados que se componen tanto delos materiales inteligentes y tradicionales.

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESComponentes de un material inteligente (o sistema) incluyen algn tipo de sensor (quedetecta una seal de entrada), y un actuador (que realiza una sensible y adaptablefuncin). Los actuadores pueden ser llamados a cambiar de forma, posicin, lafrecuencia natural, o las caractersticas mecnicas en respuesta a cambios en latemperatura, campos elctricos, y / o campos magnticos.Cuatro tipos de materiales se usan comnmente para actuadores: aleaciones conmemoria de forma, materiales cermicos piezoelctricos, materiales magnetostrictivos,y fluidos electrorreolgicos/magnetoreolgico.Aleaciones de memoria de forma son metales que, despus de haber sido deformado,vuelva a su forma original cuando la temperatura se cambia. Cermicas piezoelctricasse expanden y contraen en respuesta a un campo elctrico aplicado (o tensin), a lainversa, tambin generan un campo elctrico cuando sus dimensiones son alterados .El comportamiento de los materiales magnetoestrictivos es anloga a la de lospiezoelctricos, excepto que son sensibles a los campos magnticos. Adems, losfluidos electrorreolgicos y magnetoreolgico son lquidos que experimentan cambiosdramticos en la viscosidad en la aplicacin de campos elctricos y magnticos,respectivamente.

Componentes de un material inteligente (o sistema) incluyen algn tipo de sensor (quedetecta una seal de entrada), y un actuador (que realiza una sensible y adaptablefuncin). Los actuadores pueden ser llamados a cambiar de forma, posicin, lafrecuencia natural, o las caractersticas mecnicas en respuesta a cambios en latemperatura, campos elctricos, y / o campos magnticos.Cuatro tipos de materiales se usan comnmente para actuadores: aleaciones conmemoria de forma, materiales cermicos piezoelctricos, materiales magnetostrictivos,y fluidos electrorreolgicos/magnetoreolgico.Aleaciones de memoria de forma son metales que, despus de haber sido deformado,vuelva a su forma original cuando la temperatura se cambia. Cermicas piezoelctricasse expanden y contraen en respuesta a un campo elctrico aplicado (o tensin), a lainversa, tambin generan un campo elctrico cuando sus dimensiones son alterados .El comportamiento de los materiales magnetoestrictivos es anloga a la de lospiezoelctricos, excepto que son sensibles a los campos magnticos. Adems, losfluidos electrorreolgicos y magnetoreolgico son lquidos que experimentan cambiosdramticos en la viscosidad en la aplicacin de campos elctricos y magnticos,respectivamente.

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESMateriales / dispositivos empleados como sensores incluyen fibras pticas, materialespiezoelctricos (incluyendo algunos polmeros), y sistemas microelectromecnicos(MEMS).Por ejemplo, un tipo de sistema inteligente se utiliza en helicpteros para reduciraerodinmico ruido de cabina que se crea por rotacin de las paletas del rotor.Sensores piezoelctricos insertados en las paletas monitorean las tensiones ydeformaciones de las paletas; seales de realimentacin procedentes de estossensores se alimentan a un dispositivo adaptativo controlado por ordenador, quegenera de cancelacin de ruido.NanomaterialesUna clase de nuevo material que tiene propiedades tecnolgicas fascinantes yenormes promesa es el nanomateriales.Nanomateriales puede ser uno cualquiera de la base de cuatro tipos de metales,cermicas, polmeros, y materiales compuestos. Sin embargo, a diferencia de estosotros materiales, no se distinguen sobre la base de su composicin qumica, sino msbien, el tamao; el nano-prefijo indica que las dimensiones de estas entidadesestructurales son para el orden de un nanmetro (10-9m)-por regla general, menos denanmetros 100 (equivalente a unos 500 dimetros atmicos).

Materiales / dispositivos empleados como sensores incluyen fibras pticas, materialespiezoelctricos (incluyendo algunos polmeros), y sistemas microelectromecnicos(MEMS).Por ejemplo, un tipo de sistema inteligente se utiliza en helicpteros para reduciraerodinmico ruido de cabina que se crea por rotacin de las paletas del rotor.Sensores piezoelctricos insertados en las paletas monitorean las tensiones ydeformaciones de las paletas; seales de realimentacin procedentes de estossensores se alimentan a un dispositivo adaptativo controlado por ordenador, quegenera de cancelacin de ruido.NanomaterialesUna clase de nuevo material que tiene propiedades tecnolgicas fascinantes yenormes promesa es el nanomateriales.Nanomateriales puede ser uno cualquiera de la base de cuatro tipos de metales,cermicas, polmeros, y materiales compuestos. Sin embargo, a diferencia de estosotros materiales, no se distinguen sobre la base de su composicin qumica, sino msbien, el tamao; el nano-prefijo indica que las dimensiones de estas entidadesestructurales son para el orden de un nanmetro (10-9m)-por regla general, menos denanmetros 100 (equivalente a unos 500 dimetros atmicos).

UNIDAD I : INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LOS MATERIALESNanomateriales puede ser uno cualquiera de los cuatro tipos bsicos; metales,cermicas, polmeros, y materiales compuestos. Sin embargo, a diferencia de estosotros materiales, no se distinguen sobre la base de su composicin qumica, sino msbien, el tamao, el prefijo-nano indica que las dimensiones de estas entidadesestructurales son del orden de un nanmetro (10-9 m)-como por regla general, menosde 100 nanmetros (equivalente a aproximadamente 500 dimetros de tomo).Antes de la llegada de los nanomateriales, el procedimiento general de los cientficosutilizado para comprender la qumica y fsica de los materiales fue comenzar por elestudio de grandes y complejas estructuras, y luego para investigar los bloques deconstruccin fundamentales de estas estructuras que son ms pequeos y ms simple.Este enfoque a veces se denomina en la ciencia "top-down". Por otra parte, con eldesarrollo de los microscopios de barrido de sonda, que permiten la observacin de lostomos y molculas individuales, se ha hecho posible disear y construir nuevasestructuras desde sus constituyentes a nivel atomico, un tomo o molcula a la vez (esdecir , "materiales de diseo"). Esta capacidad de organizar cuidadosamente tomosproporciona oportunidades para desarrollar las propiedades mecnicas, elctricas,magnticas, y otros que no son otra cosa sea posible. A esto le llamamos la "de abajoarriba", y el estudio de las propiedades de estos materiales se denominananotecnologa.

Nanomateriales puede ser uno cualquiera de los cuatro tipos bsicos; metales,cermicas, polmeros, y materiales compuestos. Sin embargo, a diferencia de estosotros materiales, no se distinguen sobre la base de su composicin qumica, sino msbien, el tamao, el prefijo-nano indica que las dimensiones de estas entidadesestructurales son del orden de un nanmetro (10-9 m)-como por regla general, menosde 100 nanmetros (equivalente a aproximadamente 500 dimetros de tomo).Antes de la llegada de los nanomateriales, el procedimiento general de los cientficosutilizado para comprender la qumica y fsica de los materiales fue comenzar por elestudio de grandes y complejas estructuras, y luego para investigar los bloques deconstruccin fundamentales de estas estructuras que son ms pequeos y ms simple.Este enfoque a veces se denomina en la ciencia "top-down". Por otra parte, con eldesarrollo de los microscopios de barrido de sonda, que permiten la observacin de lostomos y molculas individuales, se ha hecho posible disear y construir nuevasestructuras desde sus constituyentes a nivel atomico, un tomo o molcula a la vez (esdecir , "materiales de diseo"). Esta capacidad de organizar cuidadosamente tomosproporciona oportunidades para desarrollar las propiedades mecnicas, elctricas,magnticas, y otros que no son otra cosa sea posible. A esto le llamamos la "de abajoarriba", y el estudio de las propiedades de estos materiales se denominananotecnologa.


Los materiales slidos se pueden clasificar de acuerdo con el arreglo que lostomos o iones estn dispuestos con respecto a la otra. Un material cristalino esuno en el que los tomos estn situados en una matriz repetitiva o peridica atravs de grandes distancias atmicas, es decir, orden de largo alcance existe, demanera que tras la solidificacin, los tomos se colocarn en una repetitivaestructura tridimensional, en que cada tomo est unido a su vecino ms cercanode tomos. Todos los metales, muchos materiales cermicos y ciertos polmerosforman estructuras cristalinas en condiciones normales de solidificacin. Paraaquellos que no cristalizan, esta orden atmico de largo alcance est ausente;estos son materiales llamados no cristalinos o amorfos.Algunas de las propiedades de los slidos cristalinos dependen de la estructuracristal del material, la forma en que los tomos, iones o molculas estndispuestas espacialmente.Hay un nmero extremadamente grande de estructuras cristalinas diferentes quetienen todas orden de largo alcance atmica; stos varan de estructurasrelativamente simples para metales unas excesivamente complejas, tal como semuestra con algunos materiales cermicos y polimricos.

Los materiales slidos se pueden clasificar de acuerdo con el arreglo que lostomos o iones estn dispuestos con respecto a la otra. Un material cristalino esuno en el que los tomos estn situados en una matriz repetitiva o peridica atravs de grandes distancias atmicas, es decir, orden de largo alcance existe, demanera que tras la solidificacin, los tomos se colocarn en una repetitivaestructura tridimensional, en que cada tomo est unido a su vecino ms cercanode tomos. Todos los metales, muchos materiales cermicos y ciertos polmerosforman estructuras cristalinas en condiciones normales de solidificacin. Paraaquellos que no cristalizan, esta orden atmico de largo alcance est ausente;estos son materiales llamados no cristalinos o amorfos.Algunas de las propiedades de los slidos cristalinos dependen de la estructuracristal del material, la forma en que los tomos, iones o molculas estndispuestas espacialmente.Hay un nmero extremadamente grande de estructuras cristalinas diferentes quetienen todas orden de largo alcance atmica; stos varan de estructurasrelativamente simples para metales unas excesivamente complejas, tal como semuestra con algunos materiales cermicos y polimricos.


Los materiales cristalinos poseen una unidad fundamental que se repiteperidicamente en el espacio, dicha unidad se conoce como celda unitaria. Estaunidad consiste en un paraleleppedo que puede ser definida geomtricamente enbase a sus tres aristas y los ngulos entre ellas, estos parmetros se denominanparmetros de red, figura 1. Adems de la geometra, la celda posee tomosubicados en posiciones especficas que otorgan a cada celda caractersticasespeciales; de hecho, combinando los aspectos geomtricos y los sitios en loscuales se localizan los tomos, existe un nmero muy limitado de celdas unitarias,14, agrupadas en siete sistemas cristalinos.

Los materiales cristalinos poseen una unidad fundamental que se repiteperidicamente en el espacio, dicha unidad se conoce como celda unitaria. Estaunidad consiste en un paraleleppedo que puede ser definida geomtricamente enbase a sus tres aristas y los ngulos entre ellas, estos parmetros se denominanparmetros de red, figura 1. Adems de la geometra, la celda posee tomosubicados en posiciones especficas que otorgan a cada celda caractersticasespeciales; de hecho, combinando los aspectos geomtricos y los sitios en loscuales se localizan los tomos, existe un nmero muy limitado de celdas unitarias,14, agrupadas en siete sistemas cristalinos.


Dentro de los siete sistemas cristalinos se renen todos los posibles tipos deordenamientos atmicos. En cada sistema existe una geometra caracterstica,definida por seis parmetros: tres aristas y los tres ngulos entre dichas aristas,adems de lo anterior, los tipos de redes se clasifican dependiendo de la posicinde los tomos dentro de ellas, en los siguientes tipos:

Tabla 1. Sistemas Cristalinos

Sistema Aristas ngulos

Cbico a=b=c ===90Tetragonal a=b ===90

Ortorrmbico abc ===90Hexagonal a=bc ==90 90

Rombodrica a=b=c ==90Monoclnica abc ==90 90

Triclnica abc

Tabla 1. Sistemas Cristalinos

Sistema Aristas ngulos

Cbico a=b=c ===90Tetragonal a=b ===90

Ortorrmbico abc ===90Hexagonal a=bc ==90 90

Rombodrica a=b=c ==90Monoclnica abc ==90 90

Triclnica abc

Primitiva: Los tomos slo se encuentran en los vrtices de la celda unitaria. Elsmbolo que caracteriza a esta celda es la letra P.Rombodrica: Al igual que en el caso anterior, en este tipo de celda, lostomos slo se encuentran en los vrtices de la celda unitaria, pero adiferencia de la anterior es asimtrica. El smbolo que caracteriza a esta celdaes la letra R.Centrada en las caras A ( B o C): Adems de en los ocho vrtices de la celda,existen tomos en los centros de dos de las caras de la celda. El smbolo quecaracteriza a esta celda es la letra A ( B o C).Centrada en las caras: Adems de en los ocho vrtices de la celda, existentomos en los centros de las seis caras de la celda unitaria. El smbolo quecaracteriza a esta celda es la letra F.Centrada en el cuerpo: Adems de en los ocho vrtices de la celda, existe untomo en el centro de la celda unitaria. El smbolo que caracteriza a esta celdaes la letra I.

Primitiva: Los tomos slo se encuentran en los vrtices de la celda unitaria. Elsmbolo que caracteriza a esta celda es la letra P.Rombodrica: Al igual que en el caso anterior, en este tipo de celda, lostomos slo se encuentran en los vrtices de la celda unitaria, pero adiferencia de la anterior es asimtrica. El smbolo que caracteriza a esta celdaes la letra R.Centrada en las caras A ( B o C): Adems de en los ocho vrtices de la celda,existen tomos en los centros de dos de las caras de la celda. El smbolo quecaracteriza a esta celda es la letra A ( B o C).Centrada en las caras: Adems de en los ocho vrtices de la celda, existentomos en los centros de las seis caras de la celda unitaria. El smbolo quecaracteriza a esta celda es la letra F.Centrada en el cuerpo: Adems de en los ocho vrtices de la celda, existe untomo en el centro de la celda unitaria. El smbolo que caracteriza a esta celdaes la letra I.

Las estructuras cristalinas ms importantes en metales y sus aleaciones son: Cbica centrada en las caras (FCC), ejemplos: Aluminio. Cobre, Nquel, Oro,

Plata, Platino, Plomo y el Hierro ( slo entre 912 y 1394C). Cbica centrada en el cuerpo (BCC), ejemplos: Cromo, Molibdeno,Vanadio y

Hierro ( entre su temperatura de fusin y 1394C y bajo 912C). Hexagona compacta (HCP), ejemplos: Magnesio, Zinc y Zirconio.

Las estructuras cristalinas ms importantes en metales y sus aleaciones son: Cbica centrada en las caras (FCC), ejemplos: Aluminio. Cobre, Nquel, Oro,

Plata, Platino, Plomo y el Hierro ( slo entre 912 y 1394C). Cbica centrada en el cuerpo (BCC), ejemplos: Cromo, Molibdeno,Vanadio y

Hierro ( entre su temperatura de fusin y 1394C y bajo 912C). Hexagona compacta (HCP), ejemplos: Magnesio, Zinc y Zirconio.

Tabla Estructura cristalina y radio atomico para 16 metales

Dos caractersticas importantes de la estructura cristalina son; el nmero decoordinacin y el Factor de Empaquetamiento tomico. En los metales, cadatomo siempre esta en contacto con el mismo nmero de tomos vecinos, que esel nmero de coordinacin. En la estructura cubica centrada en las caras es 12.

El FEA es la fraccin de volumen de las esferas rgidas en una celdilla unidad en elmodelo tomico de las esferas rgidas.

En la estructura FCC el Factor de empaquetamiento tomico es 0,74, que es elmximo empaquetamiento posible para esferas rgidas del mismo tamao.

Dos caractersticas importantes de la estructura cristalina son; el nmero decoordinacin y el Factor de Empaquetamiento tomico. En los metales, cadatomo siempre esta en contacto con el mismo nmero de tomos vecinos, que esel nmero de coordinacin. En la estructura cubica centrada en las caras es 12.

El FEA es la fraccin de volumen de las esferas rgidas en una celdilla unidad en elmodelo tomico de las esferas rgidas.

En la estructura FCC el Factor de empaquetamiento tomico es 0,74, que es elmximo empaquetamiento posible para esferas rgidas del mismo tamao.

Clculo de la densidadEl conocimiento de la estructura cristalina de un solido metlico permite el clculode su densidad mediante la siguiente relacin:

Donde: n = Nmero de tomos asociado a cada celdilla tomicaA = Peso tomicoVc= Volumen de la celdilla unidadNA= Nmero de avogadro (6,023x10(23) tomos/mol

Clculo de la densidadEl conocimiento de la estructura cristalina de un solido metlico permite el clculode su densidad mediante la siguiente relacin:

Donde: n = Nmero de tomos asociado a cada celdilla tomicaA = Peso tomicoVc= Volumen de la celdilla unidadNA= Nmero de avogadro (6,023x10(23) tomos/mol

EJERCICIO

Demostrar que el F.E.A es 0,74 en una celda unitaria FCC

Premisa: Nmero de tomos de una FCC es 4

Solucin: En la celda unitaria que se muestracada tomo esta en contacto con el otro a lo largode la diagonal, cuya longitud es 4R. Su volumen enfuncin de su parametro reticular es a3, ya querepresenta el volumen de un cubo.Del triangulo rectangulo formado por una de lasaristas de la celda unitaria es:

Resolviendo el teorema de pitagoras se tiene:

Demostrar que el F.E.A es 0,74 en una celda unitaria FCC

Premisa: Nmero de tomos de una FCC es 4

Solucin: En la celda unitaria que se muestracada tomo esta en contacto con el otro a lo largode la diagonal, cuya longitud es 4R. Su volumen enfuncin de su parametro reticular es a3, ya querepresenta el volumen de un cubo.Del triangulo rectangulo formado por una de lasaristas de la celda unitaria es:

Resolviendo el teorema de pitagoras se tiene:

Por lo tanto el volumen de la celda unidad es:

Se sabe que el F.E.A es: (e.c.c-1)

Siguiendo el modelo de esferas rigidas para los tomos se obtiene:

Reemplazando en la (e.c.c-1)

Por lo tanto el volumen de la celda unidad es:

Se sabe que el F.E.A es: (e.c.c-1)

Siguiendo el modelo de esferas rigidas para los tomos se obtiene:

Reemplazando en la (e.c.c-1)

C. Materiales ME520

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