Actividad 2 - Propiedades de los materiales

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Materiales Electrónicos

Son materiales no conductores, por lo que pueden utilizarse como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cerámica, plásticos, caucho, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas industriales y electrónicas y baquelita.

Según su tipo se pueden clasificar en: Empezaremos a conocer los Componentes Pasivos Resistores: Fijos: No se pueden ajustar su valor de fábrica Existen diferentes tipos según su construcción: De película, de alambre, cerámicos, etc cada uno tiene características eléctricas diferentes Variables: Según su forma de conexión pueden ser Potenciómetros o Reóstatos:

Según su función se pueden clasificar en: Sensores: Recogen información sobre un proceso Pueden ser Discretos, tienen una cantidad de salidas de información determinadas, en señal digital. Por ejemplo los finales de carrera, pulsadores, scaler o ser Continuos, tienen infinitas posibilidades de salida de información en señal analógica. Por ejemplo los LDRs, PTCs, potenciómetros, fototransistores. Ver diferencia entre señal analógica y digital Actuadores: Actúan para modificar el proceso Ejemplo de ellos son los motores, leds, resistencias, lámparas, zumbadores, etc Controladores: Controlan el proceso Como integrados de compuertas lógicas y amplificadores operacionales, pics, micro controladores, PLCs, etc.

Según el material base de fabricación: Semiconductores: Son todos aquellos en los que se usa material semiconductor del tipo P y/o del tipo N con el agregado o no de impurezas. Entran en esta categoría diodos, transistores, diacs, tiristores, triacs, circuitos integrados No semiconductores: No se utiliza ningún material semiconductor en su construcción.

Según su estructura física: Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc. Integrados: forman conjuntos más complejos, como por ejemplo un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.

Según su funcionamiento se pueden clasificar en: Pasivos: No realizan ganancia, limitan el paso de la corriente, protegen y/o unen los componentes activos como resistores, condensadores o inductores. Lo son también los interruptores, fusibles, relay o transductores Activos: Son capaces de excitar, amplificar o controlar un circuito como diodos, transistores o circuitos integrados

Materiales poliméricos

La característica principal de estos materiales es que están compuestos por macromoléculas, que son diferentes de los materiales cerámicos y los materiales metálicos. Como cualquier molécula, los materiales poliméricos (en su mayoría) están formados por átomos de elementos no metálicos unidos entre sí por enlaces covalentes, y se les llama el nombre común de polímeros (o macromoléculas) porque son moléculas enormes compuestas de repetidos Composición de la unidad. En algunos casos, los polímeros están compuestos por átomos de elementos no metálicos y semimetálicos

Según su composición química: Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono. Polímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos se pueden distinguir: Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas. Ejemplos: polietileno y polipropileno. Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno. Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición. Ejemplos: PVC y PTFE. Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA. Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal. Algunas sub-categorías de importancia: Poliésteres Poliamidas Poliuretanos Polímeros inorgánicos.

Clasificación Según su origen: Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc. Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc. Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nailon, el poliestireno, el Policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

Tipos de polimerización Existen dos tipos fundamentales de polimerización: Polimerización por condensación. En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Debido a esto, la masa molecular del polímero no es necesariamente un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los polímeros de condensación se dividen en dos grupos: Los Homopolímeros. Polietilenglicol Siliconas Los Copolímeros. Baquelitas. Poliésteres. Poliamidas. Polimerización por adición. En este tipo de polimerización la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica: Iniciación Propagación o crecimiento Terminación

Materiales Metálicos

Los metales se denominan elementos químicos metales y se caracterizan por tener buenos conductores eléctricos y de calor. Tienen alta densidad y son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio); sus sales forman iones positivos (cationes) en solución. La ciencia de los materiales define un metal como un material que tiene una superposición entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente el calor y la corriente y, por lo general, tiene la capacidad de reflejar la luz, lo que le da un brillo único. En ausencia de una estructura electrónica conocida, el término se usa para describir las propiedades de esos materiales, donde, a diferencia de los semiconductores, en un cierto rango de presión y temperatura, la conductividad disminuye al aumentar la temperatura.

Tipos de materiales metales Maleabilidad: facilidad de un material para extenderse en láminas o planchas. Ductilidad: propiedad de un material para extenderse formando cables o hilos. Dureza: es la resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro. Tenacidad: es la resistencia que ofrece un material a romperse cuando es golpeado. Fragilidad: seria lo contrario a tenaz.

Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, película, fibra, etc. Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominando se monofásicos los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan policristalino, los monocristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única fase.

Materiales Compuestos

Las propiedades de los materiales cerámicos vienen determinadas en cuatro niveles:

Macroestructura

Microestructura

Ordenación de átomos, cristalina o amorfa

Atómico

Matriz: configura geométricamente la pieza, da cohesión al material, suele ser flexible y poco resistente y transmite los esfuerzos de unas fibras a otras.

Son las más usadas en materiales compuestos de altas prestaciones. Estas resinas dan lugar a un producto rígido, insoluble e infusible mediante una serie de reacciones químicas, llamadas de curado o reticulación. Las termoplásticas en cambio se funden con un suministro de calor.

Es un componente compuesto por dos o más componentes, por lo que el rendimiento del material final es mejor que el de un solo componente.

Refuerzo: aporta rigidez y resistencia.

Fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras naturales

Materiales Cerámicos

Tabla

Pruebas de esfuerzo

Endurecimiento por deformación

E decir cuando la fluencia ha terminado, puede aplicarse mas carga.

Fluencia

Un ligero aumento en el esfuerzo más allá del limite elástico.

Comportamiento elástico

Si la muestra responde elástica mente si retorna a su longitud o forma originales cuando se retira la carga que actúa sobre ella.

Deformación Unitaria

A partir de losa datos de un ensayo de tensión o de comprensión, es posible calcular varios valores del esfuerzo y la correspondiente deformación unitaria.

Son las propiedades más importantes de un material, ya que nos determinan su comportamiento frente a los esfuerzos que se le producen. En general, hablamos de la resistencia de un material y se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, deformarse o deteriorarse. Respecto a la deformación, hay que decir que todos los materiales se deforman, es decir, cambian de forma debido a las fuerzas externas.

Propiedades Térmicas

Son las que determinan el comportamiento de los materiales frente al aumento de temperatura, es decir, el comportamiento de éstos frente al calor Conductividad térmica: es la propiedad de los materiales de transmitir el calor. Fusibilidad: facilidad con la que un material puede fundirse, pasar de sólido a líquido. Soldabilidad: facilidad de un material para poder soldarse consigo mismo o con otros materiales. Dilatación: es el aumento de tamaño que experimenta un material cuando se eleva su temperatura.

Propiedades Magnéticas

Los materiales magnéticos son materiales con formas especiales de energía relacionadas con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructuras se distinguen de otros materiales por las características magnéticas de cada electrón que gira alrededor de sí mismo para generar un momento magnético.

Propiedades Mecánicas

Las propiedades mecánicas de los materiales se refieren a la capacidad de los mismos de resistir acciones de cargas: las cargas o fuerzas actúan momentáneamente, tienen carácter de choque. Cíclicas o de signo variable: las cargas varían por valor, por sentido o por ambos simultáneamente. Cohesión: Resistencia de los átomos a separarse unos de otros. Plasticidad: Capacidad de un material a deformarse ante la acción de una carga, permaneciendo la deformación al retirarse la misma. Es decir es una deformación permanente e irreversible. Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Opuesta a duro es blando. El diamante es duro porque es difícil de rayar. Es la capacidad de oponer resistencia a la deformación superficial por uno más duro. Resistencia: se refiere a la propiedad que presentan los materiales para soportar las diversas fuerzas. Es la oposición al cambio de forma y a la separación, es decir a la destrucción por acción de fuerzas o cargas. Ductilidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo hilos. Maleabilidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo láminas. Elasticidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de volver a su estado inicial cuando se aplica una fuerza sobre él. La deformación recibida ante la acción de una fuerza o carga no es permanente, volviendo el material a su forma original al retirarse la carga. Higroscopicidad: se refiere a la propiedad de absorber o exhalar el agua. Hendibilidad: es la propiedad de partirse en el sentido de las fibras o láminas (si tiene). Resiliencia: es la capacidad de oponer resistencia a la destrucción por carga dinámica.

Tipos de material

Los materiales se dividen en dos tipos, los naturales y los sintéticos o más bien dicho, materias primas naturales que se obtienen de la naturaleza y que el hombre las utiliza a su antojo y la materia prima sintética, que es elaborada por el hombre, mediante la manipulación y a veces mezcla de materia prima natural.

Propiedades Eléctricas

Es la capacidad que presenta un material para transmitir corriente eléctrica, es decir, indica la mayor o menor resistencia que opone al paso de la corriente. Los materiales con alta conductividad eléctrica, generalmente todos los metales, se conocen como conductores, los materiales con alta resistividad eléctrica, generalmente los cerámicos y plásticos, se conocen como dieléctricos o aislantes, mientras que los superconductores reciben este nombre porque no ofrecen resistencia al paso de la corriente eléctrica.

Propiedades Químicas

Es cualquier propiedad en que la materia cambia de composición, cuando se enfrenta una sustancia química a distintos reactivos o condiciones experimentales puede o no reaccionar con ellos y se determinan por ensayos químicos las cuales están relacionadas con la reactividad de las sustancias químicas. La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque químico (productos ácidos, sales, alcalinos, etc.) o electroquímico del entorno (oxígeno, humedad, lluvia ácida, contaminación, etc.). Los mecanismos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, poliméricos o cerámicos. En los metálicos, el mecanismo de deterioro es la oxidación. La oxidación se define como el proceso mediante el cual un átomo pierde electrones; en un principio, el término oxidación se utilizaba para referirse a las combinaciones del oxígeno con otros elementos. Por ejemplo, en presencia del oxígeno el hierro se enmohece (se oxida) y el carbón arde. En el caso del hierro, el oxígeno se combina lentamente con el hierro formando óxido ferroso (Fe2O3); mientras que en la combustión, se combina rápidamente con el carbón para formar dióxido de carbono (CO2). Así, se diferencian la oxidación “lenta” y "rápida”. Sin embargo, se observó que otros elementos no metálicos se combinaban con las sustancias de la misma manera que el oxígeno. Por ejemplo, el oxígeno, el antimonio y el sodio arden en atmósfera de cloro y el hierro en presencia de flúor. Por ello, y porque todas estas reacciones eran semejantes, hoy en día se da esa definición más general de oxidación.

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Propiedades de los materiales