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El Mundo

de los

Materiales

¿Qué es la Ciencia de los

Materiales y la Ingeniería

de Materiales? •¿Cuál es su papel en la sociedad actual?

•¿Es relevante tener conocimientos de Ciencia e Ingeniería de Materiales?

•¿Quién estudia esta disciplina? ¿Por qué?

•¿Qué campos de empleo se abren para estos Ingenieros?

•Etc.

¿Qué es la Ciencia de los Materiales y la

Ingeniería de Materiales?

La Ciencia e Ingeniería de Materiales comprende y se ocupa del estudio de la estructura, propiedades y comportamiento de todos los materiales, del desarrollo de los procesos de manufactura de los mismos y de la investigación sobre el reciclado y destrucción medioambiental.

La Ciencia e Ingeniería de los Materiales es una moderna y prometedora disciplina de ingeniería que se ocupa de poner en relación el procesado de los materiales con la estructura resultante del modo de procesamiento y a su vez con las propiedades finales que los materiales deben tener para su posterior comportamiento en servicio.

También le ha sido encomendada a la Ciencia e Ingeniería de Materiales la investigación sobre el reciclado de los materiales y su relación con el deterioro medioambiental, en aras a un futuro progreso mas sostenible y seguro.

De todo ello se deduce que el Ingeniero de Materiales debe ser un Ingeniero multidisciplinar como consecuencia de la diversidad de campos que abarca esta Ciencia.

El paradigma de la Ciencia e Ingeniería de

MaterialesEl concepto central y principal para la Ciencia e Ingeniería de Materiales es el de que las propiedades y comportamiento de cada material depende de su microestructura, y que a su vez la microestructura puede ser controlada por la forma en la que el material es procesado y/o fabricado.

Este es el paradigma de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales y aunque parezca mentira hasta hace apenas 30 años nadie se había preocupado de poner en relación estos tres factores: Procesamiento-Estructura y Propiedades de comportamiento en servicio.

Porque de haber sido así, casos como estos no hubiesen ocurrido.

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ERI

1942

TITANIC

1912Fallos

catastróficos

1988

Hasta la ocurrencia de estas catástrofes, la ingeniería de diseño se basaba en el criterio de prueba-fallo. Es decir sin saber realmente como se comportarían los materiales en servicio. No se ponían en relación todos aquellos factores, que hubiesen permitido diseñar a vida segura el comportamiento de los materiales en servicio. ?

Surge pues la necesidad de una nueva disciplina de ingeniería que permita predecir de antemano el comportamiento seguro de los materiales en las diversas condiciones reales a las que puedan verse sometidos. Nace así la Ciencia e Ingeniería de Materiales como la Ciencia capaz de dar respuesta al conocimiento de la relación entre el procesamiento, la estructura y el comportamiento seguro de los materiales en servicio. Concepto que queda reflejado en la siguiente diapositiva.

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING

design

microstructure

perfomance

propertiesprocessingFutures

materials

for growh,

ecolology,

an safetysynthesis

Bien, una vez fijado el concepto de Ciencia e Ingeniería de Materiales, podemos comentar algunos tópicos sobre esta nueva disciplina de ingeniería

¿Qué es la Ciencia de los

Materiales y la Ingeniería

de Materiales? •¿Cuál es su papel en la sociedad actual?

•¿Es relevante tener conocimientos de Ciencia e Ingeniería de Materiales?

•¿Quién estudia esta disciplina? ¿Por qué?

•¿Qué campos de empleo se abren para estos Ingenieros?

•Etc.

U OC

Sobre este tópico podríamos hablar días y días sin parar. Pero creo que no tengo que hacer un gran esfuerzo para convenceros del papel que los materiales han jugado en el desarrollo de nuestra sociedad. Basta comparar todo lo que nos rodea y utilizamos a diario a como eran las cosas, si es que existían, hace poco menos de treinta años.

Hoy nos reparan nuestro corazón mientras estamos conectados a un corazón artificial.

Nos implantan todo tipo de artilugios artificiales: rótulas, huesos diversos, implantes dentales, senos, tejidos sintéticos biocompatibles con los tejidos humanos.

¿Cómo nos comunicábamos hace apenas 30 años? A través del telégrafo y artilugios similares. En cambio como es ahora el mudo de la computación y el de las comunicaciones (vertiginoso). Y todo ello debido a dos señores que un buen día descubren nuevos materiales, llamados semiconductores; materiales con exceso o falta de electrones pero que puestos de determinada manera se convierten en dispositivos interruptores capaces de conectar y desconectar un circuito cuatro o cinco millones de veces por segundo, sin fallar. Nació así el transistor y con ello la era del silicio y la electrónica.

Si comparamos la aviación de la 2ª Guerra Mundial, hace apenas 50 años, con la actual, veremos la gran diferencia entre los dos prototipo de la diapositiva (Comentarlas)

¡¡Enorme cambio, solo es un problema de materiales!!

Velocidad:

600 km/h

Velocidad:

Mach 12 a 20

Comparemos que era un coche hace solo 30 años con un coche actual. Hace 30 años un coche tenía esencialmente lo mismo que tiene un coche actual: un grupo propulsor (motor), caja de cambios, transmisiones, neumáticos, chasis y carrocería, etc. ¿Qué ha cambiado entonces? Pues los materiales, materiales más ligeros con mayor resistencia específica, materiales para motores y frenos capaces de soportar mayores temperaturas, etc., hasta llegar al máximo exponente de lo que es la Ciencia e Ingeniería de Materiales, aplicada a un coche de Formula 1.

Ford modelo años 50

Ford modelo año 2009

CI

E

NC

A D

L

I E

OS

AL

ES M

AT

ERI

Montecarlo año 1961

Resistencia a tracción

Densidad Resistencia específica

Fibra de carbono

Acero

3.50 GPa

1.30 GPa

1.75

7.90

2.00

0.17

CI

E

NC

A DL

I EO

S

AL

ES M

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ERI

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LI E

OS

AL

ES M

AT

ERI

Resistencia a tracción

Densidad Resistencia específica

Fibra de carbono

Acero

3.50 GPa

1.30 GPa

1.75

7.90

2.00

0.17

g/cm3

ZYLON 5.80 GPa 1.54 3.80

Quizás como último comentario respecto a este punto y para comprender un poco el papel que los materiales han jugado en la vida de la humanidad, basta pensar que en la historia de la propia humanidad. Desde la aparición del hombre, han ocurrido grandes acontecimientos: épocas de glaciación, grandes cataclismos y desaparición de especies, grandes civilizaciones dominadoras de la tierra, guerras mundiales, hasta llegar a la edad moderna con hechos tan relevantes como la conquista del espacio, etc. Pues bien a pesar de todos acontecimientos ninguno es comparable en importancia y a contribuido tanto al desarrollo de la humanidad como el descubrimiento por el hombre de algún material.

Para comprender la importancia estratégica que la Ciencia e Ingeniería de Materiales os remito al documento…..

http://www.mpg.de/pdf/europeanWhiteBook/wb_materials.pdf

Procesamiento

Estructura Propiedades

Diseño

Aplicaciones

Reciclado• Mecánica

s

• Físicas

• Químicas

• Subatómica.

• Orden. atómico

• Subestructura

• Microestructura

• Macroestruct.

• Procesos de fabricación

Scale of Structural Organization

<0.1 nm

1 nm

10 nm

100 nm

1 mm

10 mm

100 mm

1 mm

10 mm

100 mm

1 m

10 m

Sub-atomic Particles

Atoms

Defect Structures in Crystals

Crystallites ("Grains") and Precipitates

Components

Assemblies

Particle Accelerator

Scanning Tunneling Microscope (STM, AFM)

Transmission Electron Microscope (TEM)

Scanning Electron Microscope (SEM)

X-Ray Diffractometer

Optical Microscope

Naked Eye

Size Method of ObservationStructure

12 o

rder

s of

mag

nitu

de!

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subatómica.

• Orden. atómico

• Subestructura

• Microestructura

• Procesos de fabricaciónPt Au


• Mecánica

s

• Físicas

• Químicas

• Orden. atómico

• Subestructura

• Microestructura

• NO MAGNÉTICOS.

• MEJOR RESITENCIA A CORROSIÓN.

• FÁCILMENTE DEFORMABLES.

• BUENA TENACIDAD AL IMPACTO A BAJAS TEMPERATURAS.

• ETC.

Cúbica centrada en caras

Procesamiento

Diseño

Aplicaciones

Reciclado

FCC (111)

BCC (110)

andiamond.avi

Angraph.avi

FCC Diamante

H Grafito

C60 (Fullerenos) Nanotubo

s

NITINOL SPRING

NITINOL SPRING

(Shape Memory Alloy)

(Shape Memory Alloy)

Shape Memory Alloy3.flv


• Mecánica

s

• Físicas

• Químicas

• Orden. atómico

• Subestructura

• Microestructura

Procesamiento

Diseño

Aplicaciones

Reciclado

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subestructura

• Microestructura

MATERIALS SCIENCE

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subestructura

• Microestructura

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subestructura

• Microestructura

Procesamiento

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subestructura

• Microestructura


Vg

VL

Grain or Crystalline Structure

Grain Boundary

Crystals

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Microestructura


Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subatómica.

• Orden. atómico

• Subestructura

• Microestructura

• Macroestruct.

Procesamiento


Diseño

Aplicaciones


s

• Físicas

• Químicas

• Subatómica.

• Orden. atómico

• Subestructura

• Microestructura

• Macroestruct.

• Procesos de

fabricación


PropiedadesMalas

FUNDICIÓN

LINGOTES

FORJA

Propiedades

Buenas

Mecanizado

Microestruc.


• Propiedades

FUNDICIÓN

LINGOTES

Buenas

MECANIZADO

• Microestructura

RECOCIDO

Malas

ºC

tiempo

Enfriam

iento

lento

Fundición Gris • Microestructura T.Grafitización + Temple y Revenido

Temas para discusión• Cómo los materiales tienen un

impacto en todo lo que nos rodea.

• Por qué estudiar materiales?

• Dónde puedo trabajar y qué puedo hacer?

• Qué expectativas ofrece este trabajo?

• Qué clase de gente estudia materiales?

• Qué trabajos hay disponibles?

Por qué estudiar materiales?• Aprender de que están hechas

todas las cosas que nos rodean.

• Aprender sobre los distintos campos dentro de los materiales, desde aplicaciones médicas a industriales.

• Desarrollar habilidades clave que pueden ser usadas en cualquier trabajo.

• Gran demanda de científicos e ingenieros en materiales.

– estarás muy solicitado!

Dónde puedo trabajar?• Fabricación y Procesado de

Materiales.

• Industria Electrónica.

• Centros de Investigación Médica.

• Industrias de Automoción y Aeroespacial.

• Universidades.

• Consultoras.

• Periodismo Técnico.

• Ciencias Forénsicas.

• Ventas y Marketing.

• Investigación y Desarrollo.

• Diseño y Fabricación.

• Calidad.

• Organización Industrial y Producción.

- Y estos son solo algunos ejemplos!

Dónde puedo trabajar?

Qué expectativas ofrece este trabajo?

• Se necesitan expertos en materiales en todo el mundo.

• Conoces a mucha gente con distintas formaciones.

• Muchos de los trabajos te permiten viajar a muchas partes.

• Muchos de los profesionales en materiales tienen oportunidad de trabajar en el extranjero.

• Profesionales muy bien remunerados.

Qué clase de gente estudia materiales?

• Gente que es inquisitiva sobre el mundo que les rodea.

• Gente a la que le gusta resolver problemas y crear nuevos diseños.

• Gente a la que gusta entender la ciencia y tecnología de los productos y servicios que usamos cada día.

• Gente a la que le gusta trabajar en equipo y con otros profesionales de distintos campos y disciplinas.

Relacionados con el Deporte• Nuevos deportes requieren nuevos

materiales y nuevos equipos de diseño.

• Deportes convencionales requieren nuevos materiales para aumentar la competitividad.

• Algunos materiales han contribuido a batir records mundiales y mejorar la seguridad de los deportistas.

• Trabajos disponibles:– Escuderías automovilísticas.

– Multinacionales del deporte:

– Nike, Adidas, Quicksilver (Tablas de surf, Ski, etc.) .

Relacionados con el transporte.• Los nuevos materiales han hecho

que los vehículos sean más rápidos que nunca.– Mejor consumo del combustible.

– Menos emisión de gases.

• Las nuevas aleaciones y los materiales composite han mejorado la seguridad de los vehículos.

• Trabajos disponibles:– Sector Aéreo (Cías Aéreas).

– Sector Automovilístico.

– Sector Naval.

Relacionados con la Medicina

• Se necesitan materiales biocompatibles para fabricar articulaciones artificiales y miembros mas resistentes.

• Tambien se utilizan materiales avanzados en operaciones quirúrgicas.– actualmente se usan implantes hechos de

materiales de memoria de forma en personas con arterias obstruidas.

• Trabajos disponibles:– Multinacionales de la medicina (Biomet,

Johnson and Johnson, Glaxo Smith Kline, etc.) y centros médicos avanzados públicos como privados.

Relacionados con el Medioambiente.

• Entender cómo los materiales y procesos de fabricación tienen un impacto en el mundo que nos rodea

• Nuevas formas para reciclar los deshechos y conservar los recursos naturales.

• Desarrollo de materiales eléctricos de máxima eficiencia para maximizar el rendimiento energético en turbinas, etc.

• Trabajos disponibles:– Sector Energético.

– Consulturas Medioambientales.

– Cuerpos gubernamentales.

Relacionados con las Comunicaciones.

• Microchips semiconductores hacen la telefonía móvil posible cada día.

• Se necesitan nuevos materiales para mejorar la calidad de las imágenes en telecomunicaciones.

• Las superaleaciones hacen que los satélites sean lo suficientemente robustos para operar en el espacio.

• Trabajos disponibles:– Sector de las Comunicaciones (Siemens,

Nokia, Sony, etc.)

–

Materiales y envasado• Actualmente todo viene envasado

de alguna forma.

• Los nuevos diseños requieren nuevos materiales y procesos de fabricación.

• El conocimiento sobre reciclaje es esencial debido a las nuevas leyes europeas.

• Trabajos disponibles:– Sector del envasado y embalaje (Corus,

Alcan, Marks and Spencer, etc.)Winner of Corus design awards

Hugo Boss Steel

Bottle

Materiales y Biología

• Biomimética – la ciencia que trata de entender y copiar los materiales en la naturaleza.

• Trabajos disponibles:– Sector de la robótica.

– Sector aeroespacial.

– Sector comunicaciones.

– Cuerpos gubernamentales.

Es el futuro brillante?

• Sin duda!• Los materiales siempre necesitarán

ser:

– Más resistentes y seguros.

– Más inteligentes y de respuesta más rápida.

– Más ligeros y duraderos.

• Y las oportunidades para alguien cualificado en materiales nunca han sido mejores!

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Engineering

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