materiales no metalicos

Tabla de contenidoIntroducción:..........................................................................................................................3

Clasificación de los materiales no metálicos........................................................................4

Materiales cerámicos.........................................................................................................4

Clasificación de los cerámicos..........................................................................................5

1. Según su composición:..............................................................................................5

2. Según su estructura:..................................................................................................6

Cerámicos cristalinos.....................................................................................................6

Cerámicos no cristalinos................................................................................................6

Propiedades mecánicas.................................................................................................7

Propiedades térmicas....................................................................................................8

Propiedades ópticas......................................................................................................8

Propiedades eléctricas...................................................................................................9

Propiedades magnéticas...............................................................................................9

Propiedades físicas........................................................................................................9

Resistencia a la temperatura.........................................................................................9

Resistencia a los agentes químicos............................................................................10

Materiales polímeros.......................................................................................................10

Como se producen.......................................................................................................10

Tipos de polímeros......................................................................................................11

Procesamiento.............................................................................................................15

Materiales compuestos....................................................................................................18

Bibliografía..........................................................................................................................23

MATERIALES NO METALICOS Página 1

Introducción:

Se denomina no metales, a los elementos químicos opuestos a los metales pues sus características son totalmente diferentes. Los no metales, excepto el hidrógeno, están situados en la tabla periódica de los elementos en el bloque p. Los elementos de este bloque son no-metales, excepto los metaloides (B, Si, Ge, As, Sb, Te), todos los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), y algunos metales (Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb).

Son no metales los siguientes elementos:

Hidrógeno (H). Carbono (C). Nitrógeno (N). Oxígeno (O). Flúor (F). Fósforo (P). Azufre (S). Cloro (Cl). Bromo (Br). Yodo (I). Astato (At).

Tienden a formar aniones u oxianiones en solución acuosa, y forma óxidos ácidos con los metales, ganando electrones, o enlaces covalentes, con otros no metales, compartiendo electrones.

En su mayoría existen en condiciones ordinarias como moléculas diatómicas. En esta lista están incluidos cinco gases (H2, N2, O2, F2 y Cl2), un líquido (Br2) y un sólido volátil (I2).

Casi todos los no metales sólidos tienen puntos de fusión más bajos que los de los metales y tienen baja densidad, son frágiles y quebradizos, no forman hilos ni láminas, su superficie es opaca, y no reflejan la luz. Son malos conductores de calor y electricidad, y suelen ser aislantes o semiconductores de la electricidad. El azufre forma un sólido blando; el fósforo, el selenio y el carbón presentan varias formas alotrópicas, casi todas sólidas y blandas.

Un caso atípico es el diamante, formado por carbono, que es el más duro de los minerales conocidos, y que además funde a 3570 ºC.

Los seres vivos están formados principalmente por no metales: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre en cantidades importantes. Otros son oligoelementos: flúor, silicio, arsénico, yodo, cloro.


https://es.wikipedia.org/wiki/Gas_noble

https://es.wikipedia.org/wiki/Semimetal

https://es.wikipedia.org/wiki/Elementos_del_bloque_p

https://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos

https://es.wikipedia.org/wiki/Metales

https://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico

Clasificación de los materiales no metálicos.Materiales cerámicos.

Son materiales que contienen tanto compuestos de elementos metálicos como no metálicos, que están unidos por enlaces iónicos y/o covalentes

Características:

Son duros y frágiles (baja tenacidad y ductilidad) Alto punto de fusión (Refractarios) Baja conductividad eléctrica y térmica (aislantes) Adecuada estabilidad química y térmica.

En estos materiales: Los sistemas cúbicos, hexagonales, tetragonales y ortorrómbicos son los más importantes. Enlaces iónico y covalente. Estos les confieren una alta estabilidad y son resistentes a las alteraciones químicas. Son generalmente aislantes (bajísima conductividad).

Ej. MgO–63 % iónico y 27 % covalente SiO2–51 % iónico y 49 % covalente Si3N4 –30 % iónico y 70 % covalente SiC-11 % iónico y 89 % covalente

Tienen estructura cristalina más compleja que la de los materiales metálicos.Hay varias razones para esto:

Los átomos son de diferentes tamaños.

Las fuerzas iónicas son también diferentes para cada material cerámico (sílice SiO2diferente de la alúmina Al 6o4).

Unión de más de dos elementos (óxidos complejos,MgAl2O4)

Clasificación de los cerámicos. 1. Según su composición:


GRUPO Comprende los materiales construidos predominantemente por silicatos de aluminio (arcilla, caolín, etc.), los más conocidos son la porcelanay la loza vidriada.

GRUPO II. Comprende los materiales en cuya constitución entra en gran proporción, los silicatos magnésicos (talco), el más representativo es la esteatita.

GRUPO III. En este grupo se incluyen los materiales cerámicos con alta proporción de compuestos de titanio (principalmente, óxidos y silicatos). Los más empleados son los que emplean el bióxido de titanio como material básico, y que se conocen con los nombres comerciales de Condensa, Kerafar,etc.

GRUPO IV. En este grupo están incluidos los materiales a base de mezclas que contienen sustancias arcillosas y esteatitas en proporciones adecuadas, de forma que el material acabado tiene un coeficiente de dilatación muy reducido. Se conocen con varios nombres comerciales, tales como Ardostam, Sipa,etc.

GRUPO V. Al contrario que en los grupos anteriores, los de este grupo tienen estructura porosa. Están constituidos a base de masas arcillosas o de silicatos de magnesio y se caracterizan, sobres todo, por su gran resistencia al calor. Se conocen con diversos nombres comerciales: Magnesolita, Termisol, Calodur, Morganita,etc.

2. Según su estructura:

Cristalinos. Cuando están constituidos por átomos perfectamente ordenados en el espacio. En este grupo se encuentran englobados los metales, los materialesCerámicos y algunos polímeros que poseen regularidad suficiente.

Amorfos. Cuando solamente presentan una ordenación espacial a corta distancia. Es el caso de los vidrios y de los polímeros vítreos.

Cerámicos cristalinos.

Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.


Cerámicos no cristalinosSe obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.

Propiedades mecánicas.Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

Los cerámicos son relativamente frágiles. La resistencia a la tensión observada en los cerámicos varía mucho, en un intervalo que abarca desde valores muy bajos de menos de 100 psi (0,69 Mpa) hasta 10000000 psi (7000 Mpa) para fibras cerámicas.

El módulo de elasticidad alcanza valores bastante altos del orden de 311 GPa en el caso del Carburo de Titanio (TiC). El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta.

Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aun así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.


Tienen elevada resistencia a la compresión si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas (hasta 1.500 °C). Bajo cargas de compresión las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalladura las grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.

Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cerámicos son muy bajos (apenas sobrepasan el valor de 1 MPa.m1/2), valores que pueden ser aumentados considerablemente mediante métodos como el reforzamiento mediante fibras o la transformación de fase en circonia.

Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecánicas a altas temperaturas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

Los materiales cerámicos deberían ser más resistentes que los materiales metálicos pero su fina estructura de sus enlaces evitan que hayan deslizamientos, mecanismo base para un deformación clásica.

Los materiales cerámicos al igual que los metales, tienen las mismas imperfecciones cristalinas (vacantes, átomos desacomodados, pequeñas fisuras y grietas), todo eso tiende a concentrar esfuerzos y el material metálico falla por fractura.

Propiedades térmicas.La

mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este hecho son buenos aislantes térmicos.

Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.


Propiedades ópticas.

Se relacionan con la interrelación entre un material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones.

Estas radiaciones pueden tener características que entren en nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento electrónico.

Índices de refracción varían entre 1.5 y 2.5. Velocidad de la luz considerablemente menor en el sólido que el aire.

Reflectividad: fracción de luz reflejada en una entre cara. A medida que aumenta el índice de refracciónaumenta la cantidad de luz reflejadase reduce la entrada de luz en el material.

•Recubrimientos con es maltes vítreos: Se dé sea alta Reflectividad que da lugar a un alto brillo superficial.

•Para las lentes oftalmológicas es te efecto produce una pérdida de luz indeseable.

Propiedades eléctricas. Distinguimos los tres posibles tipos: Aislantes (la mayoría) Semiconductores Conductores

Aislantes o dieléctricos: Son aquellos cuyos electrones están fuertemente ligados al núcleo y por tanto, son incapaces de desplazarse por el interior y, consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son por ejemplo: la mica, la porcelana, el poliéster; en lo que integran una gran cantidad de materiales cerámicos y materiales polímeros.

Propiedades magnéticas.No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferrimagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.


Propiedades físicas. Pesan menos que los metales, pero más que los polímeros. Baja conductividad eléctrica. Baja conductividad térmica. Baja expansión y fallas térmicas.

Resistencia a la temperatura.Esta propiedad se fundamenta en tres características de los materiales cerámicos: elevado punto de fusión, bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad térmica.

Su elevado punto de fusión supera el de todos los metales, si exceptuamos el Wolframio.

Su bajo coeficiente de dilatación los hace particularmente resistentes a los choques térmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios

de volumen que determinan la aparición de grietas y su posterior rotura.

Su baja conductividad térmica permite su empleo como aislantes.

Resistencia a los agentes químicos.

La estructura atómica de los materiales cerámicos es la responsable de su gran estabilidad química, que se manifiesta en su

resistencia a la degradación ambiental y a los agentes químicos.

Las aplicaciones de los diferentes tipos de materiales dependen de su estructura y de los agentes químicos a que vayan ser sometidos.

La alúmina de elevada pureza se emplea en prótesis o implantes óseos o dentales por su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su gran estabilidad a lo largo del tiempo.


Materiales polímeros.

Los polímeros son moléculas de gran tamaño, constituidas por “eslabones” orgánicos denominados monómeros, unidos mediante enlaces covalentes. Los eslabones están formados fundamentalmente por átomos de carbono y pueden poseer grupos laterales o radicales con uno o más átomos. Estas moléculas orgánicas son las que constituyen los materiales plásticos que conocemos y también los tejidos de los seres vivos (piel, músculos, tela de araña, seda, etc.).

Como se producen.

Los polímeros sintéticos se producen mediante un proceso denominado polimerización. En este proceso se produce la reacción de miles de monómeros que pasan a formar parte de una larga cadena macromolecular4.

Existen varios tipos de polimerización

a. Polimerización en bloque o fase condensada:

El monómero y un iniciador se combinan en un recipiente (reactor) y se calientan o enfrían según se requiera. Se debe controlar estrictamente la temperatura. Ej. PMMA.

b. Polimerización en solución:

El monómero se disuelve en un solvente no reactivo que contiene un catalizador. El calor desprendido por la reacción es absorbido por el solvente y entonces la velocidad de reacción se reduce. Es difícil eliminar todo el solvente. Ej. PP.


c. Polimerización en suspensión:

El monómero y el catalizador se suspenden en forma de gotitas en una fase continua como el agua. El calor producido por la reacción es absorbido por el agua; se requiere agitación continua. Este método se emplea de modo generalizado para producir varios polímeros vinílicos.. Ej. PVC, PS, poliacrilonitrilo.

d. Polimerización por emulsión:

Es un proceso similar al de suspensión puesto que se lleva a cabo en agua. En este caso el monómero es absorbido dentro de unas micelas creadas por un agente emulsificante, como el jabón, y dentro se produce la polimerización. Ej. Pinturas.

Tipos de polímeros

Según su origen.

Polímeros naturales. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc.

Polímeros semisintéticos.. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado.

Polímeros sintéticos. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el poli cloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

Según su mecanismo de polimerización.

Polímeros de condensación. Por ejemplo agua.


Polímeros de adición. La polimerización no implica liberación de ningún compuesto de bajo peso molecular.

Polímeros formados por etapas. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.

Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.

Según la estructura de la cadena.

Lineal: Se repite siempre el mismo tipo de unión. Ramificado: Con cadenas laterales unidas a la principal. Entrecruzado: Si se forman enlaces entre cadenas vecinas. Los homopolímeros son aquellos polímeros en los que todos los monómeros que

los constituyen son iguales. Los copolímeros están formados por dos o más monómeros diferentes.

Según su respuesta termo-mecánica

Los materiales poliméricos se pueden clasificar en cinco grupos:


Termoplásticos Como su nombre lo indica, se comportan de manera plástica a elevadas temperaturas. Más aún, la naturaleza de sus enlaces no se modifica radicalmente cuando la temperatura se eleva, razón por la cual pueden ser conformados a temperaturas elevadas, enfriados y d después recalentados o reconformados sin afectar el comportamiento del polímero. Los polímeros termoplásticos son lineales.

Termorrígidos Los polímeros termorrígidos también denominados termoestables son polímeros reticulados durante la reacción de polimerización o mediante la introducción de entrecruzamientos químicos (crosslinks). Este reticulado no permite que estos polímeros sean reprocesados después de que han sido conformados.


Según su aplicación

Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.

Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.


Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.

Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.

Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.


Procesamiento.Las técnicas para conformar polímeros en formas útiles dependen en gran medida de la naturaleza del polímero, en particular, si es termoplástico o termoestable. Se emplea una gran diversidad de técnicas para conformar polímeros termoplásticos. El polímero se calienta a una temperatura cercana o superior a la de fusión, de modo que adquiera una baja viscosidad. Entonces el polímero se funde o inyecta dentro de un molde, o se lo fuerza a pasar a través de una boquilla para producir la forma requerida.

Se emplean pocas técnicas de conformado para los polímeros termoestables debido a que una vez producida la polimerización ya se ha establecido una estructura reticular que no se puede conformar más. Después de la vulcanización los elastómeros tampoco pueden ser conformados adicionalmente.

Extrusión Un mecanismo de tornillo fuerza el termoplástico caliente a través de un dado abierto (o boquilla) para producir formas sólidas, películas, laminas, tubos y aún bolsas plásticas. La extrusión puede ser empleada también para recubrir alambres y cables.

Moldeo por soplado

Un globo caliente de polímero, llamado preforma, se introduce en un molde y es expandido contra las paredes del molde mediante un gas a presión. Este proceso se utiliza para producir botellas plásticas, recipientes y otras formas huecas.


Moldeo por compresión

El moldeo por compresión es un sistema de fabricación parecido a la forja pero con plástico. Consiste en introducir entre dos moldes complementarios y calientes una pieza de polvo comprimido, que tomará la forma del molde al presionar las dos partes del mismo. El calor del molde iniciará la reacción química llamada degradación. El moldeo por compresión se emplea con plásticos termoestables. Mediante esta técnica se fabrica material eléctrico, tapas de inodoros, mangos de cepillos, tapones de botellas, etc.

Moldeo por inyección Los termoplásticos se calientan por encima de la temperatura de fusión y entonces mediante un émbolo o tornillo sinfín se los fuerza a llenar un molde cerrado. Este proceso es similar al moldeo en coquilla para los metales.


Materiales compuestos.¿Qué son?

Los materiales compuestos son materiales de ingeniería, combinaciones de materiales diversos como resinas epoxi, poliéster, acrílicas, poliuretanicas, con materiales de refuerzo tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras aramidicas, etc.

¿Cómo están formados?

Los materiales compuestos están formados con materiales continuos y discontinuos, al material continuo se le llama matriz y al medio discontinuo que usualmente es el más fuerte y duro se le llama refuerzo. Las propiedades de los materiales compuestos son dependientes de las propiedades de los materiales que lo constituyen así como de su distribución e interacción entre ellos

¿Cuándo comenzaron a producirse?

Los primeros materiales compuestos eran fibras de vidrio combinadas con matrices fenólicas y poliésteres.

Se usaron sobre todo para aplicaciones eléctricas

Estructura

Agente reforzante: su geometría es fundamental la hora de definir las propiedades mecánicas del material.

Matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

Materiales Compuestos reforzados con partículas.

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil, dispersas uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil

Tipos:

Endurecidos por dispersión

Formados por partículas verdaderas (estables a la gravedad y la centrifugación)

Materiales compuestos estructurales


Están formados tanto por materiales sencillos como por composites y sus propiedades dependen fundamentalmente de su diseño y de su geometría. Los tipos más comunes son los laminares y los llamados paneles sandwich.

Los paneles sandwich están formados por dos láminas de gran dureza separados por un material más blando con una geometría especial (panal de abeja)

Modos de producción

Fabricación PMCs (Introducción)

-Objetivos

Buen mojado de fibras Distribución uniforme del refuerzo Alineamiento correcto

-Rutas para resinas termoestables

Impregnación de resinas líquidas -Bobinado -Pultrusión -Moldeo por compresión

Consolidacion bajo presión de “ pre-pegs”, Consolidación de resinas en molde, Rutas para resinas termoplásticas

Moldeo por inyección Moldeo por compresión en caliente Impregnación

Fibras impregnadas mediante laminación o pulverización con resinas de baja viscosidad, previamente mezcladas con el endurecedor. El curado se realiza en general a temperatura ambiente. Se emplea un molde.

Para fibras largas


Para fibras cortas.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

Gran versatilidad Variedad de formas Bajo coste herramientas Operación sencilla

Inconvenientes

Los laminados tienden a ser ricos en resina Es necesario emplear altos niveles de diluyentes Problemas de seguridad laboral por la baja viscosidad de las resinas

Bobinado.

Pultrusión.


Futuro de estos materiales.

Estos materiales cada vez se utilizan más y proporcionan una gran versatilidad de usos (Puentes, pilares capaces de soportar grandes esfuerzos rápidos, resistencia ante tornados y huracanes, revestimiento de aviones ), casi todos estos materiales pueden remplazar al que se utiliza actualmente, abaratando costes y dando mejores prestaciones. Por todo esto, los materiales compuestos irán reemplazando a los tradicionales.

Ejemplos de uso.

Tipos de fibras de refuerzo.

Fibra de vidrio: los filamentos de vidrio son los materiales más populares como refuerzo. Se utilizan varios tipos de vidrio con aditivos para mejorar las propiedades. Tienen alta resistencia pero poca rigidez.

Son de bajo costo Se utilizan con resinas epoxy, poliésteres y poliamidas.

Proceso de la fibra de vidrio


Tipos de fibras de refuerzo.

Fibras de boro

Utilizadas en la industria aeroespacial Tiene la misma resistencia que el vidrio pero mayor rigidez (4 a 5 veces más) Son bastante más caras Se las utiliza con resina epoxy.

Tipos de fibras de refuerzo

Fibras de carbono y/o grafito: se obtienen a partir de dos materias primas: brea o poliacrilonitrilo (PAN)

A partir del PAN se realizan varios procesos:

I) Oxidación

II) Carbonización (grafitización)

III) Tratamiento de superficie


Bibliografía.

es.slideshare.net/juanchuprofe/materiales-ceramicos. es.slideshare.net/juanchuprofe/materiales-polimeros. es.slideshare.net/juanchuprofe/materiales-composite. Pdf. Ing de materiales no metálicos. emet5-metalurgia.blogspot.com/2008/07/materiales-no-metalicos.html


materiales no metalicos

Education

Transcript of materiales no metalicos