Tipos de Materiales
Los materiales sólidos se clasifican en tres grupos principales según su composición química y estructura atómica: metales, cerámicas y polímeros. Además, existen los materiales compuestos, que combinan dos o más materiales diferentes para obtener propiedades mejoradas.
Materiales Metálicos
Los materiales metálicos, generalmente aleaciones de elementos metálicos, se caracterizan por una abundancia de electrones deslocalizados que contribuyen a sus propiedades distintivas. Estas propiedades incluyen:
- Excelente conductividad térmica y eléctrica
- Opacidad a la luz visible
- Estructura cristalina (excepto los vidrios metálicos)
- Densidad variable (por ejemplo, platino: 21.45 g/cm³, litio: 0.53 g/cm³)
- Temperaturas de fusión variables (por ejemplo, wolframio: 3.422ºC, litio: 180ºC)
Materiales Cerámicos
Los materiales cerámicos están compuestos por elementos metálicos y no metálicos, formando óxidos, carburos, nitruros, etc. Suelen presentar una combinación de estructuras cristalinas y amorfas. Las características clave de las cerámicas incluyen:
- Aislamiento térmico y eléctrico
- Alta dureza y rigidez
- Fragilidad y baja ductilidad
- Resistencia química
- Elevada temperatura de fusión
- Densidad generalmente menor que la de los metales
Ejemplos de materiales cerámicos incluyen cementos, ladrillos, tejas, baldosas, vidrio y esmaltes.
Materiales Polímeros
Los polímeros son compuestos orgánicos basados en carbono, hidrógeno, oxígeno, flúor, silicio y otros elementos no metálicos. Están formados por largas cadenas moleculares repetitivas llamadas monómeros. Las propiedades generales de los polímeros incluyen:
- Baja conductividad (buenos aislantes)
- Estructura generalmente amorfa
- Baja densidad
- Baja temperatura de fusión
- Ductilidad
- Baja resistencia mecánica
- Mayor reactividad química en comparación con las cerámicas
Existen dos tipos principales de polímeros:
Polímeros Termoplásticos
Los termoplásticos se vuelven maleables al calentarse por encima de cierta temperatura, lo que permite su fácil conformación y recuperación. Ejemplos incluyen polietileno (bolsas, contenedores), poliéster (fibras sintéticas) y PVC (tuberías, ventanas).
Polímeros Termoestables
Los termoestables no fluyen hasta alcanzar su temperatura de descomposición y son rígidos a temperatura ambiente. Su fuerte reticulación les confiere mejores propiedades mecánicas que los termoplásticos. Ejemplos incluyen resinas fenólicas (adhesivos), melaninas (botones) y resinas epoxi (matrices de materiales compuestos).
Elastómeros
Los elastómeros son altamente deformables y flexibles a temperatura ambiente debido a su débil entrecruzamiento. Ejemplos incluyen caucho (neumáticos) y siliconas (moldes, implantes).
Materiales Compuestos
Los materiales compuestos están formados por una mezcla de dos o más materiales insolubles entre sí, como la madera y los huesos en la naturaleza. Los compuestos modernos más importantes incluyen el hormigón y los plásticos reforzados con fibra de vidrio. Las propiedades de un material compuesto superan a las de sus componentes individuales.
El componente mayoritario, llamado matriz, suele ser el más dúctil. El componente minoritario, llamado refuerzo, proporciona resistencia y rigidez. La eficacia del refuerzo depende de su naturaleza, forma, tamaño, distribución y fracción de volumen.
Los materiales compuestos se clasifican según la naturaleza de su matriz:
- MCMP (Matriz Polimérica): Los más comunes, con matrices de resina epoxi, poliéster o poliamida y refuerzos de fibra corta o larga.
- MCMM (Matriz Metálica): Matrices de aluminio, titanio, magnesio o cobre, reforzadas con fibra de boro, carburo de silicio o fibra de carbono.
- MCMC (Matriz Cerámica): Menos desarrollados, reforzados con partículas y fibras cortas para mejorar la tenacidad.