Introducción

Los materiales han sido esenciales para el desarrollo humano desde la Edad de Piedra, pasando por la Edad de Bronce (aleación de cobre (Cu) y estaño (Sn)) y la Edad de Hierro (Fe). El hierro se trabaja calentándolo a 800ºC y sometiéndolo a forja. En la actualidad, el silicio (Si) es fundamental en sensores e instalaciones eléctricas.

Clasificación de los Materiales

Existen tres tipos principales de materiales:

• Materiales Naturales: Se encuentran directamente en la naturaleza. Ej.: Granito.
• Materiales Artificiales: Resultan de un proceso de fabricación, mezclando materiales naturales. Ej.: Acero, cemento (arena + grava).
• Materiales Sintéticos: No se encuentran en la naturaleza y se crean mediante procesos químicos. Ej.: Plásticos.
  • Goodyear: Añadiendo azufre al caucho se aumenta su resistencia (vulcanización).
  • Baquelita: Un polímero, el plástico más importante (fenol + formol).

Tipos de Enlaces

• Enlace Iónico: Metal + no metal. Un átomo cede un electrón y el otro lo acepta (enlace fuerte).
• Enlace Covalente: No metales. Se comparten electrones (enlace débil).
• Enlace Metálico: Metales. Una nube de electrones rodea los átomos.

Clasificación por el Tipo de Material

1. Cerámicos:
   • Inorgánicos (mezcla de metales y no metales). Los orgánicos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
   • Enlace iónico.
   • Resistentes a altas temperaturas.
   • Frágiles (se rompen en trozos pequeños), pero tenaces.
   • Indeformables.
   • No conductores (no hay electrones libres).
2. Metálicos:
   • Enlace metálico, inorgánicos.
   • Buenos conductores.
   • Resistentes a temperaturas medias.
   • Tenaces (soportan pesos).
   • Deformables (se dilatan al calentarse).
   • Alta densidad.
3. Plásticos o Poliméricos:
   • Enlaces covalentes.
   • Orgánicos.
   • No resistentes al calor.
   • Plásticos (deformables).
4. Compuestos:
   • Mezcla de cerámicos y metálicos principalmente.
   • Actualmente también se mezclan con plásticos.
5. Electrónicos:
   • Semiconductores.
   • Silicio (Si) y germanio (Ge).
   • Se usan en sensores.

Propiedades de los Materiales

Propiedades Sensoriales

Son propiedades como el color, brillo, dureza y textura. Son importantes en interiorismo.

Propiedades Ópticas

• Reflexión: Un rayo de luz choca con un electrón y rebota, produciendo color y brillo.
• Refracción: La luz cambia de dirección al atravesar un material. Ej.: Una pajita en un vaso de agua.
• Dispersión: Las ondas de luz se separan al atravesar un material.

Propiedades Térmicas

• Los metales conducen calor y electricidad.
• Transferencia de calor:
  • Convección
  • Radiación
  • Conducción: Ǫ=(K•∆T•A)/e (Ǫ: Calor, K: constante, ∆T: variación de temperatura, A: área, e: espesor)
• Dilatación: ∆L = α • L • ∆T (∆L: variación de longitud, α: constante de dilatación, L: longitud, ∆T: variación de temperatura)

Propiedades Químicas

• Oxidación: El oxígeno del aire reacciona con el material. Ej.: Acero inoxidable.
• Corrosión: Reacción química causada por sudor, uso, agua, etc.

Propiedades Mecánicas

• Elasticidad: El material se deforma pero vuelve a su forma original.
• Plasticidad: El material se deforma permanentemente.
• Dureza: Resistencia al rayado o penetración.
• Fragilidad: El material se rompe en pedazos.
• Tenacidad: Resistencia a esfuerzos constantes.
• Fatiga: Deformación por esfuerzos repetidos.
• Ductilidad: Capacidad de formar hilos.
• Maleabilidad: Capacidad de formar láminas.
• Maquinabilidad: Capacidad de ser mecanizado.
• Colabilidad: Capacidad de adoptar la forma de un molde.
• Resiliencia: Resistencia a impactos.
• Acritud: Mejora de propiedades en frío.
• Porosidad: Cantidad de poros en el material.
• Permeabilidad: Capacidad de dejar pasar agua.
• Higroscopicidad: Capacidad de absorber humedad.
• Capilaridad: Capacidad del agua de ascender por el material.
• Flexibilidad: Capacidad de doblarse sin romperse.

Densidad = masa / volumen. La madera es menos densa que el metal.

Esfuerzos en los Materiales

Esfuerzo o Presión: Fuerza aplicada sobre un área. P=F/S=P/S=(m•g)/S (P: Esfuerzo, F: Fuerza, S: Superficie, m: masa, g: gravedad)

Tipos de Esfuerzos

• Tracción: Fuerza perpendicular a la superficie que estira el material.
• Compresión: Fuerza perpendicular a la superficie que comprime el material.
• Flexión: Fuerza que deforma el material.
• Torsión: Fuerza que retuerce el material.
• Cortadura o Cizalladura: Fuerza que corta el material.
• Pandeo: Deformación de un elemento delgado sometido a compresión.

Ensayos de los Materiales

Ensayos Organolépticos

Estudian las propiedades sensoriales mediante la vista (poros, fallas, fracturas).

Ensayos Tecnológicos

• Estructura: Cristalina (ordenada, mayor dureza) o amorfa. Se estudia con rayos X.
• Morfología: Formas y dimensiones. Se relaciona con la estructura y la densidad.
• Tamaño de grano: Granulometría mediante tamices.
• Color: Depende de la luz reflejada. Se mide con espectrógrafos.
• Contenido de humedad: %Humedad=(Masa inicial-Masa secado)/(Masa inicial)•100
• Compacidad: %Compacidad=(Volumen real+Volumen compresión)/(Volumen real)•100
• Conductividad térmica: Se mide con calorímetro. Ǫ=(K• ∆T•A)/e

Ensayos Mecánicos

• Tracción: Gráfica esfuerzo-deformación. Zonas: elástica, plástica, rotura.
• Compresión: Módulo de compresibilidad.
• Ley de Hooke: F=K•x (para medir la fuerza en ensayos de tracción).
• Ensayos de Fluencia: Estudia la deformación plástica.
• Ensayos de Fatiga: Esfuerzos cíclicos.
• Ensayo de Resiliencia: Péndulo de Charpy.
• Ensayo de Dureza: Brinell, Vickers, Rockwell.

Elección de los Materiales

Se basa en propiedades, uso y esfuerzos.

Uso y Aplicaciones de los Materiales

• Renovables: Se regeneran naturalmente.
• No renovables: Reutilizar, reciclar, reducir.

Residuos Industriales

• Tóxicos.
• Inertes: No afectan al medio ambiente. Se tratan con vertidos controlados, incineración o reducción.