III. Estructura atmica de la materia

ING1024 Propiedades y Resistencia de Materiales

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DE CHILE Escuela de Ingeniera

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1. INTRODUCCIN AL ESTUDIO DE LOS MATERIALES - MoEvacin y visin general de la disciplina - Denicin de propiedades mecnicas fenomenolgicas

2. ELASTICIDAD EN MEDIOS CONTINUOS - Anlisis de tensiones: traccin, tensin y equilibrio diferencial, transformacin de coordenadas, estado de tensiones planas, tensiones y direcciones principales, crculo de Mohr de tensiones.

- Anlisis de deformaciones: deformaciones unitarias, transformacin de coordenadas, estado de deformaciones planas, deformaciones y direcciones principales, crculo de Mohr de deformaciones. - Relacin consEtuEva: modulo elsEco, de corte y razn de Poisson, ley de Hooke generalizada, formulacin matemEca de la elasEcidad.

3. ESTRUCTURA ATOMICA DE LA MATERIA - Elementos de microestructura - Enlaces entre tomos: primarios y secundarios - Estructuras cristalinas y amorfas (sistemas cristalogrcos, mallas de

Bravais, denicin estructura atmica, estructuras BCC, FCC, HCP) - Defectos microestructurales (puntuales, lineales y superciales)

4. PROPIEDADES MECNICAS DE MATERIALES Y SU RELACIN CON LA MICROESTRUCTURA

- Comportamiento elsEco, anelsEco y pseudoelsEco

- Comportamiento plsEco - Criterios de uencia: Tresca y von Mises

- Falla por fractura - Comportamiento visco-elsEco (elastmeros, modelos de Maxwell y Voight)

- ElasEcidad en materiales compuestos

5. PROPIEDADES FSICAS DE MATERIALES Y SU RELACIN CON LA MICROESTRUCTURA

- Propiedades revisadas: densidad, coeciente de expansin trmica, calor especco, conducEvidad trmica, punto de fusin, conducEvidad elctrica. Propiedades de materiales compuestos

6. CLASES DE MATERIALES - Clasicacin de materiales. Resumen de propiedades caractersEcas de diferentes clases de materiales

- Avances en materiales

3 III. Estructura de la materia

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Demcrito Democritus, Naples NaEonal Museum Aristotle, Corbis-Beemann

Aristteles

neeee!, consiste de elementos indivisibles

la materia es un continuo

cierto?

4 III. Estructura de la materia

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Con/nua o discreta? A qu escala?

5 III. Estructura de la materia

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103 metros 100 10-3 10-6 10-9 10-12

dimensin de una estructura

Que signica micro-estructura?

Microestructura

www.container-transportaEon.com

6 III. Estructura de la materia

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Escala de elementos de microestructura (escala en metros)

10-12 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10

AFM TEM SEM OM OJO

Poros Granos

Maclas

tomos Dislocaciones

Celdas

STM

7 III. Estructura de la materia

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ingls: Microstructure alemn: Gefge

la estructura revelada por microscopa a magnicaciones mayores de 25

la calidad/naturaleza/composicin/ textura/consistencia/conguracin (Beschaenheit) que aparece homognea alrededor de un punto observado bajo microscopio. Est dada por el Epo, forma, tamao, distribucin y orientacin de sus componentes

En ING1024: arreglo de fases y defectos en el material bajo el microscopio

Microestructura

8 III. Estructura de la materia

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Microestructura de metales Microestructura primaria despus de solidicacin Microestructura secundaria despus de procesamiento de un slido

Materials & Design, 31(10

), 20

10, 4

836

4841

Acero bajo carbono 12%Cr Latn M63 (37%Zn)

Uniersity of Cap

e To

wn Lab

9 III. Estructura de la materia

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Microestructura de metales Microestructura primaria despus de solidicacin Microestructura secundaria despus de procesamiento de un slido

George Langford, Sc.D., MIT

Acero A36, carburizado, tratamiento trmico a, 500 Acero A36, carburizado, tratamiento trmico b, 500

10 III. Estructura de la materia

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Elementos de microestructura de metales

fase grano borde de grano precipitado inclusiones no-metlicas dendrita poro (dislocacin) (vacancia)

11 III. Estructura de la materia

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Microestructura de cermicos

J Eu

Ceram

ic Soc, 2

0(12

), 20

39-204

5, 200

0

PZT (lead zirconate Etanate)

lvaro Pau

l, Ricardo Serpell, 20

09

Hormigon con agregado liviano (piedra pmez), 500x

12 III. Estructura de la materia

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Elementos de microestructura de cermicas

fase interfase grano poro

13 III. Estructura de la materia

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Microestructura de polmeros

J Mol Cat A 366

,74-83

, 201

3

UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylene)

PE lm (microscopia de luz polarizada)

14 III. Estructura de la materia

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Elementos de microestructura de polmeros

dominio cristalino dominio amorfo bra (molcula)

15 III. Estructura de la materia

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Las sustancias bsicas, que no se pueden descomponer en sustancias ms simples, son llamadas elementos

Todos sus fragmentos/partes Eenen propiedades idnEcas a las del total

Propiedades del total deben originarse en las caracters/cas de sus fragmentos

No se pueden descomponer, pero si se pueden subdividir

16 III. Estructura de la materia

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El menor fragmento sera la unidad mnima de materia donde aun se verican las propiedades del elemento

Un tomo cons/tuye el lmite inferior de can/dad de materia de un elemento

Interconecciones de IC - IBM, 1998 Cobre bajo el STM - NIST, 2004 Chip de cobre - IBM, 1998

17 III. Estructura de la materia

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Composicin de un tomo Masa atmica Peso atmico Masa molar / nmero de Avogadro Conguracin electrnica Radio atmico Electronega/vidad Valencia Espn

RECORDATORIO

18 III. Estructura de la materia

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Caracters/cas del tomo 1) composicin del ncleo 2) radio atmico 3) conguracin electrnica 4) electronegaEvidad 5) valencia 6) espn

Propiedades: a) peso atmico b) masa atmica c) densidad d) resistencia a compresin e) resistencia a desgaste f) resistencia a exin g) reacEvidad qumica h) reacEvidad electroqumica i) Epo de enlace j) conducEvidad elctrica k) resistencia a la fractura l) dureza m) color

Qu caractersEcas del tomo afectan que propiedades de materiales?

Ejercicio

19 III. Estructura de la materia

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Propiedad afectada Caracters/cas del tomo

Peso atmico Composicin del ncleo La masa est concentrada en el ncleo

Densidad Radio atmico Limita el empaquetamiento de los tomos en slidos inicos, metlicos o moleculares

Reac/vidad Conguracin electrnica Determina la disponibilidad de electrones capaces de parEcipar en enlaces

Tipo de enlace Electronega/vidad y valencia Condiciona las interacciones posibles entre pares de tomos

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Conclusiones