1. Estructuras, arreglos y movimiento de los átomos. 1.1. Importancia y clasificación de los materiales en ingeniería. La materia ciencia e ingeniería de los materiales es la ciencias que trata la composición y estructura de los materiales. Porque es importante la materia en el perfil del egresado de ingeniería:
Para contar con los conocimientos necesarios para manipular los diferentes materiales industriales.
Importante Importante para entender los procesos de manufactura.
Tipos de materiales utilizados en la ingeniería. Existen diferentes tipos de materiales utilizados en la práctica de la ingeniería como lo son:
Metales
Propiedades de los metales o
Reflejan la luz
o
Transmiten calor
o
Son buenos conductores de electricidad
o
Tienen capacidad de formarse sin romperse.
Los metales se mezclan con otros metales para formar aleaciones, por ejemplo el acero, que se produce a partir de la mezcla de hierro y carbón.
Cerámicas
Una propiedad de las cerámicas es que son materiales duros y quebradizos. Este tipo de material se produce de la combinación de metales y no metales.
Polímeros
Son sustancias que se componen de cantidades muy grandes de moléculas formando cadenas. Los polímeros pertenecen a la familia de los hidrocarburos, además además que son menos densos que los metales y las cerámicas.
Materiales compuestos
Se forman de la l a combinación de otros materiales.
1.2. Arreglos atómicos 1.2.1. Orden de corto y largo alcance
Solido cristalino.
Forman red cristalina y tienen orden de largo alcance y punto de
fusión definido. Ejemplo: azúcar, sal.
Solido amorfo.
Estos no tienen orden de largo alcance y no tienen punto de
fusión definidos. Ejemplo: vidrio, goma. Los sólidos pueden presentar más de una estructura cristalina, a este fenómeno se le llama alotropía, por ejemplo el diamante y grafito están constituidos por átomos de carbono.
1.2.2.
Redes, celdas unitarias, bases y estructuras cristalinas
Red: una red es una colección de puntos, llamados puntos de red, ordenados en un patrón periódico de tal modo que los alrededores de cada punto de red son idénticos. Celda unitaria: es la subdivisión de una red que sigue conservando las características generales de toda la red. Hay 7 arreglos únicos llamados sistemas cristalinos, que llenan el espacio tridimensional, aunque existen estos 7 sistemas cristalinos hay un total de 14 arreglos distintos de puntos de red. Los 7 más importantes son: cubico, tetragonal, ortorrómbico, monoclínico, triclínico, hexagonal, romboédrico. Parámetros de red: los parámetros de red que describen el tamaño y la forma de la celda unitaria, incluye las dimensiones de las aristas de la celda unitaria y los ángulos entre estas. Un sólido es un material que no fluye, algunas de sus características son o
Rigidez
o
Incompresibilidad
o
Geometría características
Propiedades: o
Estado solido
o
Fuerza de cohesión
o
Resistentes a la vibración
o
Tienen forma propia
o
Resistentes a fragmentarse
o
Tienen volumen definido
Tienen gran importancia en la ciencia y tecnología debido a los nuevos materiales, hay dos tipos de sólidos. Clasificación de los sólidos respecto a su enlace. Estos pueden ser iónicos, moleculares, covalentes y metales.
Cristales iónicos Duros y quebradizos Punto de fusión alto En estado liquido y fundidos son buenos conductores Ejemplo: NaCl, CsCl
Cristales moleculares
Cristales covalentes
Blandos, compresibles Punto de fusión bajo Malos conductores de calor Aislantes eléctricos Ejemplo: H2O
Duros y quebradizos Malos conductores de calor y electricidad Ejemplo: 2 alotropos de carbono (grafito y diamante)
Cristales metálicos Resistentes Buenos conductores de calor y electricidad Brillo, maleable Blandos o duros Punto de fusión alto o bajo Ejemplo: Ag, Cu, Ca
1.3. Defectos e imperfecciones Existen irregularidades en el arreglo atómico cristalino que a continuación se muestran.
1.3.1.
Defectos puntuales. Vacancia. Se produce por ausencia de un átomo en la red. Átomo intersticial. Inclusión en la red de un átomo fuera de posición. Generalmente aparece unido a una vacancia. Átomo sustitucional. Entrada de un átomo diferente en la red. Defecto de frenkel. Un átomo ocupa una posición vacante y deja a su vez vacante su posición. Defecto de shottky. Falta un átomo en una red cristalina, pero para mantener la neutralidad también se ausenta el catión. 1.3.2. Dislocaciones.
o
Dislocación de alabeo o de tornillo. Corte parcial a través de un cristal perfecto, volviendo a unir el cristal, desviándolo un espaciamiento atómico.
o
Dislocación de borde o arista. Dividir parcialmente un cristal perfecto separando el cristal y llenando el corte con un plano adicional de átomos.
1.3.3. o
Defectos de superficie.
Borde de grano. Es la superficie de separación entre dos cristales de un mismo gran policristal. La mayoría de los cristales son poli cristalinos.
1.3.4.
Importancia de los defectos.
Al incrementar el número de dislocaciones se incrementa la resistencia mecánica del material. Los materiales son blandos a causa del movimiento de las dislocaciones en la estructura cristalina. El endurecimiento se produce cuando se dificulta este movimiento.
