Unidad 2 Estructura de Los Materiales
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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE ALVARADO INGENIERÍA INDUSTRIAL 2° SEMESTRE INTEGRANTES DEL EQUIPO: LEONARDO GONZÁLEZ GONZÁLEZ MATERIA: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROFESOR: M.C. EN I.Q. JAZMIN MORALES RAMÓN UNIDAD II Investigación: Estructura de los Materiales FECHA DE SOLICITUD: 14 de febrero del 2015 FECHA DE ENTREGA:
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propiedad de los materiales
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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE ALVARADO
INGENIERÍA INDUSTRIAL
2° SEMESTRE
INTEGRANTES DEL EQUIPO:
LEONARDO GONZÁLEZ GONZÁLEZ
MATERIA: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
PROFESOR:
M.C. EN I.Q. JAZMIN MORALES RAMÓN
UNIDAD II
Investigación:
Estructura de los Materiales
FECHA DE SOLICITUD:
14 de febrero del 2015
FECHA DE ENTREGA:
21 de febrero del 2015
Resumen.
En este tema de investigación se abordara la distribución atómica en sólidos
cristalinos puede describirse mediante una red espacial donde se especifican las
posiciones atómicas por medio de una celdilla unidad que se repite y que posee
las propiedades del metal correspondiente. En muchos casos, se habla de un
material puro cuando este no tiene impurezas de otra naturaleza en su estructura.
Sin embargo, en realidad no existen materiales totalmente puros, por eso que se
les debe asignar un porcentaje de pureza, que, por ejemplo, en metales preciosos,
les da su valor comercial. También algunos autores manejan los términos
“aleaciones ferrosas” y no “aleaciones no ferrosas” (férreas) para definir aquellas
aleaciones que tiene o no al hierro como elemento mayoritario. Son todos aquellos
que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón.
Por y ultimo los materiales cerámicos son materiales inorgánicos compuestos por
elementos metálicos y no metálicos vinculados químicamente. Pueden ser
cristalinos, no cristalinos o una mixtura de ambos
Objetivo general.
El alumno aprenderá a desarrollar las competencias necesarias para conocer,
comprender y analizar la estructura cristalina de los materiales para utilizarlos en
los procesos.
Objetivo específico.
Se comprenderá el concepto de estructura cristalina y las diversas
propiedades que las componen.
Se adecuara el conocimiento de la clasificación de los materiales indicadas
en la investigación como lo son: Materiales puros, aleaciones ferrosas y no
ferrosas, materiales orgánicos e inorgánicos y materiales Cerámicos
Contenido2.1. ESTRUCTURA CRISTALINA Y SU CONSECUENCIA EN LAS
PROPIEDADES.......................................................................................................4
2.2 ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES PUROS:...........................................11
2.3. ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS..............................................17
2.4. MATERIALES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS.............................................23
2.5. MATERIALES CERÁMICOS...........................................................................30
CONCLUSIONES...................................................................................................33
2.1. ESTRUCTURA CRISTALINA Y SU CONSECUENCIA
EN LAS PROPIEDADES.
La estructura cristalina es un concepto teórico que permite comprender como
están formados los materiales. A partir del concepto de estructura cristalina es
posible explicar muchas de las propiedades que exhiben los materiales, sean
estos cristalinos o amorfos. Una estructura cristalina es una forma sólida, en la
que los constituyentes, átomos, moléculas, o iones están empaquetados de
manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres
dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y
su formación.
El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las
correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades entrópicas
y discontinuas. Suelen aparecen como entidades puras, homogéneas y con
formas geométricas definidas (hábito) cuando están bien formados. No obstante,
su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de
un material.
La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los
átomos, moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión
de las partículas:
• Estado amorfo: Las partículas componentes del sólido se agrupan al azar.
• Estado cristalino: Los átomos (moléculas o iones) que componen el sólido se
disponen según un orden regular. Las
Partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de una red espacial
geométrica tridimensional.
Los metales, las aleaciones y determina dos materiales cerámicos tienen
estructuras cristalinas.
Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino se pueden representar
situándolos en una red tridimensional, que se denomina retículo espacial o
cristalino. Este retículo espacial se puede definir como una repetición en el
espacio de celdas unitarias.
La celda unitaria de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o
prismas con tres conjuntos de caras paralelas.
Fig. 2.2.1.1.- Representación gráfica de las diferencias estructurales entre un cristal (a) y un vidrio
(b).
Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos:
a) Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duro y muy frágil, conductividad
eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ej.: NaCl (sal común).
b) Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen ser
transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No sufren
deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan). Ej.: Diamante.
c) Cristales metálicos: Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No son
tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles. Hierro, estaño,
cobre, etc.
Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red
cristalina existen:
a) Estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC): La estructura cristalina
exige que muchos metales tengan una celdilla unidad de geometría cúbica, con
los átomos localizados en los vértices del cubo y en los centros de todas las caras
del cubo. Es la denominada estructura cristalina
Cúbica centrada en las caras (FCC). Cristalizan en esta estructura el cobre,
aluminio, plata y oro. El agregado de átomos representa una sección del cristal
formada por muchas celdillas unidad FCC. Estas esferas o cationes están en
contacto entre sí a lo largo de la diagonal. La longitud de la arista del cubo a y el
radio atómico R se relacionan mediante la siguiente fórmula: a = 2R √2
En los cristales de estructura FCC, cada átomo del vértice es compartido con ocho
celdillas unidad, mientras que los átomos centrados en las caras sólo son
compartidos con dos celdillas. La celdilla comprende el volumen del cubo
generado desde los centros de los átomos de los vértices.
Las posiciones de los vértices y de los centros de las caras son equivalentes,
puesto que el desplazamiento de la celdilla unidad desde el átomo del vértice
original al átomo del centro de una cara no altera la estructura de la celdilla.
Dos características importantes de la estructura cristalina son el número de
coordinación y el factor de empaquetamiento atómico (FEA). En los metales,
cada átomo siempre está en contacto con el mismo número de átomos vecinos,
que es el número de coordinación.
En la estructura cúbica centrada en las caras, el número de coordinación es 12. El
FEA es la fracción de volumen de las esferas rígidas en una celdilla unidad en el
modelo atómico de las esferas rígidas:
En la estructura FCC el factor de empaquetamiento atómico es 0,74, que es el
máximo empaquetamiento posible para esferas rígidas del mismo tamaño.
Figura 2.2.1.2.- Sistemas cristalinos. Relaciones entre los parámetros de red y las geometrías de
las celdillas unidad de los siete sistemas cristalinos.
b) Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC): Otra estructura
cristalina común en los metales también es una celdilla unidad cúbica que tiene
átomos localizados en los ocho vértices y un átomo en el centro. Esta estructura
cristalina se denomina cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Los átomos del centro
y de los vértices se tocan mutuamente a lo largo de las diagonales del cubo y la
longitud de la arista de la celdilla y el radio atómico R se relacionan mediante la
siguiente fórmula:
El cromo, el hierro y el tungsteno, así como varios otros metales presentan
estructura BCC. Cada celdilla unidad BCC tiene asociados dos átomos: un átomo
equivalente a un octavo de cada uno de los ocho átomos de los vértices, que son
compartidos con otras ocho celdillas unidad, y el átomo del centro de la celdilla,
que no es compartido. Además, las posiciones de los átomos del centro y del
vértice son equivalentes. El número de coordinación de la estructura cristalina
cúbica centrada en el cuerpo es 8: cada átomo situado en el centro de la celdilla
está rodeada por ocho átomos situados en los vértices. Debido a que el número
de coordinación es menor en la estructura BCC que en la FCC, también el factor
de empaquetamiento atómico es menor para BCC: 0,68 frente a 0,74.
c) Estructura cristalina hexagonal compacta (HC): No todos los metales tienen
celdilla unidad con simetría cúbica; la última estructura cristalina que se discute es
la que tiene celdilla unidad hexagonal.
Las bases superior e inferior consisten en hexágonos regulares con sus átomos en
los vértices y uno en el centro. Otro plano que provee de tres átomos adicionales
a la celdilla unidad está situado entre ambos planos. Cada celdilla unidad equivale
a seis átomos: cada átomo situado en los 12 vértices superiores e inferiores
contribuye con la sexta parte, los 2 átomos del centro de los hexágonos
contribuyen con la mitad y los 3 átomos del plano central contribuyen enteramente.
La relación c/a debe ser 1,633; sin embargo, para algunos metales HC esta
relación se desvía del valor ideal.
El número de coordinación y el factor de empaquetamiento atómico para los
cristales de estructuras HC son idénticos que para los FCC: 12 y 0,74,
respectivamente. Son metales HC el cadmio, magnesio, titanio y zinc.
2.1.1 PROPIEDADES FISICAS DE LOS CRISTALES
1. Periodicidad. La materia cristalina es periódica es decir, los átomos que forman
el cristal se encuentran siempre a distancias específicas, esto se conoce como
periodo de traslación o PIU (Periodo de Identidad Unidad) y se miden en
Armstrong. El cristal está formado por la repetición monótona de agrupaciones de
átomos paralelas entre si y a distancias específicas. Por ejemplo un cristal de sal
está formado por la repetición constante de aniones cloro y cationes sodio.
2. Homogeneidad. La materia cristalina es homogénea, el motivo que se repite es
siempre el mismo y no se distinguen entre ellos, cada nudo de la red es idéntico a
todos y cada uno de los demás.
3. Simetría. La materia cristalina es simétrica, se define simetría como la
operación que lleva a coincidir un nudo con sus homólogos
4. Anisotropía. En un medio cristalino la distancia entre nudos puede variar según
la dirección que se tome, cuando una propiedad depende de la dirección en que
se mide se dice que la propiedad es celdilla unidad equivale a seis átomos: cada
átomo situado en los 12 vértices superiores e inferiores contribuye con la sexta
parte, los 2 átomos del centro de los hexágonos contribuyen con la mitad y los 3
átomos del plano central contribuyen enteramente. La relación c/a debe ser 1,633;
sin embargo, para algunos metales HC esta relación se desvía del valor ideal.
El número de coordinación y el factor de empaquetamiento atómico para los
cristales de estructuras HC son idénticos que para los FCC: 12 y 0,74,
respectivamente. Son metales HC el cadmio, magnesio, titanio y zinc.
2.1.2 TIPOS DE CRISTALES
La palabra cristal tiene su origen en el griego. En la física los cristales son
entendidos como un material sólido, con características homogéneas. Su
estructura interna es ordenada por partículas, ya sean molécula, iones o átomos,
en forma de red. Los cristales pueden ser clasificados en:
Cristales sólidos: estos se diferencian de los sólidos amorfos porque su estructura
es prácticamente insuperable en cuanto a su periodicidad. A partir de ciertas
muestras se puede distinguir entre un cristal único, en cuanto a su forma o esta
puede ser un conjunto de cristales muy chiquitos. Un cristal perfecto estaría dado
por una repetición sin fin en un espacio donde las estructuras unitarias sean
idénticas entre sí.
Cristales líquidos: este tipo de sustancias son muy utilizas y conocidas por su uso
en pantallas de tv, celulares, computadoras, entre muchos otros artefactos. Sin
embargo, están muy presentes en la naturaleza, por ejemplo en membranas
celulares, en burbujas de jabón, etc. Las moléculas de estos cristales no están
dispuestos azarosamente, si no que tienden a orientarse en cierto sentido.
Pueden ser diferenciados en:
i) Termotrópticos: gracias a los cambios de temperatura pueden acceder al estado
cristalino líquido.
ii) Liotrópicos: el estado de cristal líquido es alcanzado cuando estos cristales son
disueltos en ciertas condiciones de concentración y temperatura.
Cristales covalentes: la unión de los átomos se da gracias a una red en tres
dimensiones con uniones Covalentes. Estos cristales se caracterizan por ser muy
duros y prácticamente imposible de alterar su forma. No resultan buenos
conductores ni de electricidad, ni de calor. Esto se debe a que no poseen
electrones libres que puedan movilizar la energía hacia otros lugares. El ejemplo
más popular es el del diamante.
Cristales iónicos: gracias a las fuerzas de electroestática es posible unir los iones
negativos y positivos para conformar este tipo de cristales. Al no poseer electrones
libres resultan pésimos conductores de electricidad y calor. Sólo los iones
comienzan a movilizarse y ser conductores de electricidad cuando el cristal es
calentado.
Cristales metálicos: la estructura resulta muy sencilla ya que cada uno de los
puntos del cristal es reemplazado por átomos que pertenezcan a un metal igual.
En sus capas externas, está dotado por algunos electrones que no están unidos
de forma muy resistente. Resulta un conductor de calor y electricidad muy bueno
gracias a los electrones libres que posee.
Cristales moleculares: en éstos las moléculas que poseen no son polares. La
unión de las mismas en gracias a las llamadas fuerzas de Van der Waals. Las
mismas se caracterizan por no ser fuertes. No es posible conducir ni electricidad ni
calor a través de ellas. Los cristales moleculares son muy fáciles de desfigurar.
2.2 ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES PUROS:
METALES
Los metales, cuando estos están en su estado sólido, sus átomos se alinean de
manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser
reconocidas fácilmente por sus propiedades químicas, físicas o por medio de los
rayos X. Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su temperatura,
se dice que es un material polimorfo o alotrópico. Cada tipo de malla en los
metales da diferentes propiedades, no obstante que se trata del mismo material,
así por ejemplo en el caso del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar
tres diferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, la malla cúbica
de cara centrada y la malla hexagonal compacta.
2.2.1 TENASIDAD:
La tenacidad es la cualidad de tenaz (que se opone con resistencia a deformarse
o romperse, que se prende de una cosa o que es firme y pertinaz en un propósito).
Como propiedad física de los materiales, la tenacidad es la energía que absorbe
un material antes de romperse. Por eso el concepto está asociado a la resistencia
y supone una medida de la cohesión de las cosas.
La fragilidad, la flexibilidad y la elasticidad son algunas propiedades que suelen
confundirse con la tenacidad, aunque no se trata de sinónimos sino que cada una
de estas nociones hace referencia a particularidades específicas de los materiales.
2.2.2 DUREZA:
Es la resistencia que un mineral opone al ser rayado por otro. Se trata, por lo
tanto, de una propiedad mecánica de los minerales. También se habla de dureza
respecto a la penetrabilidad de una superficie para hacer referencia a la
posibilidad de realizar marcas con una punta.
2.2.3 SUSTANCIAS PURAS
Una sustancia pura es la clase de materia que tiene una composición química
definida en toda su extensión y se puede identificar por una serie de propiedades
particulares.
Veamos lo que quiere decir esto:
1. Composición química:
Definida: Todas las sustancias tienen una fórmula química fija, procedan de donde
procedan. Por ejemplo el agua (H2O) es una sustancia, su fórmula está formada
por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
2. Propiedades particulares:
Cada sustancia tiene propiedades físicas características, como densidad, punto de
ebullición y punto de fusión. Por ejemplo cualquier muestra de agua pura a 1
atmosfera de presión presenta los valores para el punto de congelación (0°C) y el
punto de ebullición (100°C), y a 4°C su densidad es de 1 g/cm3.
Existen dos tipos de sustancias puras: elementos y compuestos.
1. Elemento químico: Un elemento es una sustancia pura que no se puede
descomponer en otras más sencillas que ellas. Esto se debe a que están
formados por una sola clase de átomos. Las láminas de cobre por ejemplo, están
formadas únicamente por átomos de cobre. A la fechas e han identificado 112
elementos, de los cuales 92 se encuentran en forma natural en la Tierra y los
demás se han obtenido artificialmente.
2. Compuesto químico: Un compuesto es un tipo de materia constituido por dos o
más elementos diferentes unidos químicamente en proporciones definidas. Por
ejemplo, 1gr. de cloruro de sodio siempre contiene 0,3932gr. De sodio y 0,607gr.
De cloro. Las moléculas de un compuesto están formadas por átomos diferentes y
sus propiedades son distintas de las propiedades de los elementos individuales
que lo forman.
2.2.4 ROCAS
En geología se llama roca asociación de uno o varios minerales, natural,
inorgánica, heterogénea, de composición química variable, sin forma geométrica
determinada, como resultado de un proceso geológico definido. Las rocas están
sometidas a continuos cambios por las acciones de los agentes geológicos, según
un ciclo cerrado (el ciclo de las rocas), llamado ciclo litológico, en el cual
intervienen incluso los seres vivos.
Las rocas están constituidas en general como mezclas heterogéneas de diversos
materiales homogéneos y cristalinos, es decir, minerales. Las rocas
poliminerálicas están formadas por granos o cristales de varias especies
mineralógicas y las rocas monominerálicas están constituidos por granos o
cristales de un mismo mineral. Las rocas suelen ser materiales duros, pero
también pueden ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o
arenosas.
En la composición de una roca pueden diferenciarse dos categorías de minerales:
1. Minerales esenciales o Minerales formadores de roca – Son los minerales que
caracterizan la composición de una determinada roca, los más abundantes en ella.
Por ejemplo, el granito siempre contiene cuarzo, feldespato y mica.
2. Minerales accesorios – Son minerales que aparecen en pequeña proporción
(menos del 5% del volumen total de la roca) y que en algunos casos pueden estar
ausentes sin que cambien las características de la roca de la que forman parte.
Por ejemplo, el granito puede contener zircón y apatito.
2.2.5 TIPOS DE ROCAS
Formación de les rocas: 1- erosión, transporte, sedimentación y diagénesis; 2-
fusión; 3- presión y temperatura; 4- enfriamiento.
Las rocas se pueden clasificar atendiendo a sus propiedades, como la
composición química, la textura, la permeabilidad, entre otras. En cualquier caso,
el criterio más
Usado es el origen, es decir, el mecanismo de su formación. De acuerdo con este
criterio se clasifican en ígneas (o magnéticas), sedimentarias y metamórficas,
aunque puede considerarse aparte una clase de rocas de alteración, que se
estudian a veces entre las sedimentarias.
Rocas ígneas o magnéticas
Rocas ígneas.
Se forman por la solidificación del magma, una masa mineral fundida que incluye
volátiles, gases disueltos.1 El proceso es lento, cuando ocurre en las
profundidades de la corteza, o más rápido, si acaece en la superficie. El resultado
en el primer caso son rocas plutónicas o intrusivas, formadas por cristales gruesos
y reconocibles, o rocas volcánicas o extrusivas, cuando el magma llega a la
superficie, convertido en lava por desgasificación.
Las rocas magnéticas intrusivas son las más abundantes, forman la totalidad del
manto y las partes profundas de la corteza. Son las rocas primarias, el punto de
partida para la existencia en la corteza de otras rocas.
Dependiendo de la composición del magma de partida, más o menos rico en sílice
(SiO2), se clasifican en ultramáficas (ultra básicas), máficas (básicas), intermedias
y félsicas (ácidas), siendo estas últimas las más ricas en sílice. En general son
más ácidas las más superficiales.
Las estructuras originales de las rocas ígneas son los plutones, formas masivas
originadas a gran profundidad, los diques, constituidos en el subsuelo como
rellenos de grietas, y coladas volcánicas, mantos de lava enfriada en la superficie.
Un caso especial es el de los depósitos piro clásticos, formados por la caída de
bombas volcánicas, cenizas y otros materiales arrojados al aire por erupciones
más o menos explosivas. Los conos volcánicos se forman con estos materiales, a
veces alternando con coladas de lava solidificada (conos estratificados).
En realidad, la historia de una roca sedimentaria comienza con la alteración y la
destrucción de rocas preexistentes, dando lugar a los productos de la
meteorización, que pueden depositarse in situ, es decir, en el mismo lugar donde
se originan, formando los depósitos residuales, aunque el caso más frecuente es
que estos materiales sean transportados por el agua de los ríos, el hielo, el viento
o en corrientes oceánicas hacia zonas más o menos alejadas del área de origen.
Estos materiales, finalmente, se acumulan en las cuencas sedimentarias formando
los sedimentos que, una vez consolidados, originan las rocas sedimentarias.
Se constituyen por diagénesis (compactación y cementación) de los sedimentos,
materiales procedentes de la alteración en superficie de otras rocas, que
posteriormente son transportados y depositados por el agua, el hielo y el viento,
con ayuda de la gravedad o por precipitación desde disoluciones. También se
clasifican como sedimentarios los depósitos de materiales organógenos, formados
por seres vivos, como los arrecifes de coral, los estratos de carbón o los depósitos
de petróleo. Las rocas sedimentarias son las que típicamente presentan fósiles,
restos de seres vivos, aunque éstos pueden observarse también en algunas rocas
metamórficas de origen sedimentario.
Las rocas sedimentarias se forman en las cuencas de sedimentación, las
concavidades del terreno a donde los materiales arrastrados por la erosión son
conducidos con ayuda de la gravedad. Las estructuras originales de las rocas
sedimentarias se llaman estratos, capas formadas por depósito, que constituyen
formaciones a veces de gran potencia (espesor).
Rocas metamórficas.
Mármol sin pulimentar.
En sentido estricto es metamórfica cualquier roca que se ha producido por la
evolución de otra anterior al quedar está sometida a un ambiente energéticamente
muy distinto de su formación, mucho más caliente o más frío, o a una presión muy
diferente. Cuando esto ocurre la roca tiende a evolucionar hasta alcanzar
características que la hagan estable bajo esas nuevas condiciones. Lo más común
es el metamorfismo progresivo, el que se da cuando la roca es sometida a calor o
presión mayores, aunque sin llegar a fundirse (porque entonces entramos en el
terreno del magmatismo); pero también existe un concepto de metamorfismo
regresivo, cuando una roca evolucionada a gran profundidad — bajo condiciones
de elevada temperatura y presión — pasa a encontrarse en la superficie, o cerca
de ella, donde es inestable y evoluciona a poco que algún factor Desencadene el
proceso.
Las rocas metamórficas abundan en zonas profundas de la corteza, por encima
del zócalo magnatico. Tienden a distribuirse clasificadas en zonas, distintas por el
grado de metamorfismo alcanzado, según la influencia del factor implicado. Por
ejemplo, cuando la causa es el calor liberado por una bolsa de magma, las rocas
forman una aureola con zonas concéntricas alrededor del Plutón magnatico.
Muchas rocas metamórficas muestran los efectos de presiones dirigidas, que
hacen evolucionar los minerales a otros laminares, y toman un aspecto laminar.
Ejemplos de rocas metamórficas, son las pizarras, los mármoles o las cuarcitas.
2.3. ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS.
Las aleaciones son productos homogéneos de propiedades metálicas de dos o
más elementos. Estas aleaciones pueden ser ferrosas y no ferrosas. Las
aleaciones ferrosas son aquellas que poseen un alto porcentaje de hierro como el
acero y el hierro fundido y las aleaciones no ferrosas son aquellas que carecen de
hierro o poseen un bajo porcentaje del mismo.
Proceso de Cristalización en los Metales y Aleaciones Líquidas
Calentados por encima de su punto de fusión, los átomos se agrupan al
azar y son portadores de elevada energía y movimiento
A medida que el líquido se enfría la energía de algunos átomos disminuye y
su movilidad dentro de la masa ocupando una posición más orientada.
Alcanzada la temperatura de solidificación, estos grupos aislados de
átomos quedan ya orientados y enlazados como el cristal elemental,
adquiriendo una estructura rígida de orientación los unos respecto a los
otros.
Los átomos vecinos cuando pierden la energía térmica necesaria, se
agregan al cristal elemental formado nuevos cristales elementales unidos y
comienzan a formar redes cristalinas en crecimiento alcanzado cierto
tamaño se convierten en núcleos de cristalización.
La red cristalina crece en unas direcciones más que en otras, así los
cristales adquieren una forma alargada y constituyen en los llamados ejes
de
Cristalización.
A partir de los primeros ejes, en direcciones perpendiculares, tiene lugar el
crecimiento de nuevos ejes. Este tipo de cristalización, que recuerda a un
cuerpo ramificado, se conoce como dendrítico, y el cristal formado dendrita.
Los cristales entrar en contacto, lo que impide la formación de cristales
geométricamente correctos, después de la solidificación completa
adquieren un carácter casual. Tales cristales se denominan granos y los
cuerpos metálicos, compuestos de un gran número de granos, se
denominan poli cristalinos.
Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico, las que van
desde la alteración de algunas de sus propiedades hasta un cambio de su estado
sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué tanta energía se logra un cambio de
estado en un metal dependerá de los materiales que lo integran. Se debe recordar
que casi nunca se utilizan metales puros. A la combinación química de dos o más
metales se le llama aleación. Muchas de las propiedades de los metales están
relacionadas con la estructura cristalina y también con el enlace metálico, tales
como:
densidad
dureza
punto de fusión
conductividad eléctrica y calorífica
Ninguna propiedad depende tanto de la formación de la estructura cristalina como
las propiedades mecánicas: la maleabilidad, ductilidad, resistencia a la tensión,
temple.
2.3.1 TRATAMIENTO TERMICOS DEL ACERO
Hornos de revenido, temple, recocido, enfriamiento
El acero es una aleación de hierro Fe y carbono C, en la cual el contenido de
carbono normalmente está entre 0,02% y 6,5%. El carbono se ubica, dependiente
de la fase, sobre rejas intersticiales que son diferentes de grandes y que causan
poroso una gran distorsión de pareja atómica. Muchas veces también se usan
otros metales como cromo Cr, cobalto Co, manganeso Mn, etc., que también
cambian las propiedades del acero.
Acero puro existe en temperatura ambiente y temperaturas de hasta 911°C en una
reja atómica cubica centrada (α-hierro), nombrada ferrita. A temperaturas entre
911°C y 1392°C hay una reja atómica plana centrada (γ-hierro), llamada ausentita
y encima en una zona de temperatura muy pequeña también una reja atómica
cubica centrada nombrada δ-hierro o δ-ferrita. Dependiente de la configuración de
la reja atómica, el carbono está en vacíos tetraédricos o en vacíos tetraédricos de
la reja atómica del hierro. Los vacíos son de diferentes tamaños y causan en el
almacenaje de carbono diferentes distorsiones de las rejas atómicas. Entre más
grade sea la distorsión, más duro se volverá el acero.
La reja atómica del acero pasa en el enfriamiento por varias fases como ausentita
y ferrita o mezclas de estas fases. El carbono se mueve durante el proceso hacia
una posición ventajosa. Pero la capacidad de la reja atómica del hierro es limitada
y cuando se pasa en este proceso la solubilidad máxima posible de carbono en
acero, se crean segregaciones de cementita, carburo de hierro Fe3C o
segregaciones de grafito. Una mezcla de cementita y ferrita se llama perlita. En
presencia de una cantidad mejor de carbono se produce ledeburita, una mezcla de
ausentita y cementita. Las fases diferentes están describidas en un diagrama de
hierro y carbono (aquí una imagen simplificada).
Las propiedades del acero como dureza o viscosidad se definen por la distorsión,
las segregaciones y reja atómica. Muchas veces también se usan otros metales
como cromo Cr, cobalto Co, manganeso Mn, etc., que también cambian las
propiedades del acero.
Acero puro existe en temperatura ambiente y temperaturas de hasta 911°C en una
reja atómica cubica centrada (α-hierro), nombrada ferrita. A temperaturas entre
911°C y 1392°C hay una reja atómica plana centrada (γ-hierro), llamada ausentita
y encima en una zona de temperatura muy pequeña también una reja atómica
cubica centrada nombrada δ-hierro o δ-ferrita. Dependiente de la configuración de
la reja atómica, el carbono está en vacíos tetraédricos o en vacíos tetraédricos de
la reja atómica del hierro. Los vacíos son de diferentes tamaños y causan en el
almacenaje de carbono diferentes distorsiones de las rejas atómicas. Entre más
grade sea la distorsión, más duro se volverá el acero.
La reja atómica del acero pasa en el enfriamiento por varias fases como ausentita
y ferrita o mezclas de estas fases. El carbono se mueve durante el proceso hacia
una posición ventajosa. Pero la capacidad de la reja atómica del hierro es limitada
y cuando se pasa en este proceso la solubilidad máxima posible de carbono en
acero, se crean segregaciones de cementita, carburo de hierro Fe3C o
segregaciones de grafito. Una mezcla de cementita y ferrita se llama perlita. En
presencia de una cantidad mejor de carbono se produce ledeburita, una mezcla de
ausentita y cementita. Las fases diferentes están describidas en un diagrama de
hierro y carbono (aquí una imagen simplificada).
Las propiedades del acero como dureza o viscosidad se definen por la distorsión,
las segregaciones y al ataque de ácidos y sales; tiene el mayor coeficiente de
dilatación térmica de todos los metales; a temperatura ambiente es muy
quebradizo, pero entre 100 y 150ºC es muy maleable.
• Plomo (Pb):
Características: se obtiene de la galena, su densidad es 11,34 kg/dm³; su punto de
fusión 327ºC; su resistencia a la tracción de 2 kg/mm²; es muy maleable y blando;
es de color grisáceo-blanco muy brillante recién cortado, se oxida fácilmente,
formando una capa de carbonato básico que lo protege; resiste a los ácidos
clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre.
Aleaciones y aplicaciones:
En estado puro:
Oxido de plomo: pinturas antioxidantes (minio)
Tuberías: en desuso
Recubrimiento de baterías, protección de radiaciones nucleares (rayos X)
Formando aleación:
Soldadura blanda: Pb + Sn empleado como material de aportación
• Cromo (Cr):
Características: su densidad es de 6,8 kg/dm³; su punto de fusión es de 1900ºC;
tiene un color grisáceo acerado, muy duro y con una gran acritud, resiste muy bien
la oxidación y la corrosión.
Aleaciones y aplicaciones:
Cromado brillante: para objetos decorativos
Cromado duro: para la fabricación de aceros inoxidables y aceros para
herramientas.
• Níquel (Ni):
Características: su densidad es 8,85 kg/dm³; su punto de fusión es de 1450ºC;
tiene un color plateado brillante y se puede pulir fácilmente, es magnético, es muy
resistente a la oxidación y a la corrosión.
Aplicaciones y aleaciones:
Ni + Cr + acero: se emplea para aceros inoxidables
En aparatos de la industria química
En recubrimiento de metales por electrolisis
•Wolframio (W):
Características: su densidad es 19 kg/dm³; su punto de fusión de 3370ºC
Aplicaciones y aleaciones:
Filamentos de bombillas incandescentes y fabricación de herramientas de corte
para maquinas.
• Cobalto (Co):
Características: su densidad es de 8,6 kg/dm³, su punto de fusión 1490ºC; tiene
propiedades análogas al níquel pero no es magnético
Aleaciones y aplicaciones:
Se emplea para endurecer aceros para herramientas (aceros rápidos) y como
elemento para la fabricación de metales duros (sintonización) empleados en
herramientas de corte.
2.3.3 METALES NO FERROSOS ULTRALIGEROS:
• Magnesio (Mg):
Características: se obtiene de la carnalita, dolomita y magnesita; su densidad es
de 1,74 kg/dm³; su punto de fusión de 650ºC; y su resistencia a la tracción de 18
kg/mm²; en estado líquido o polvo es muy inflamable, tiene un color blanco
parecido al de la plata, es maleable y poco dúctil, es más resistente que el
aluminio
Aplicaciones y aleaciones:
Se emplea en estado puro, tiene pocas utilidades, excepto en la fabricación de
productos pirotécnico y como desoxidante en los talleres de fundición de acero,
también en aeronáutica.
2.3.4 ESTRUCTURAS DE ACEROS ESPECIALES ACEROS ESPECIALES
Concepto de acero: Acero es una aleación de hierro (Fe) y carbono (C), con
Un máximo de hasta 2.5% C. Las propiedades del acero pueden ser
Mejoradas, mediante la adición de elementos como: cromo (Cr), níquel (Ni),
Molibdeno (Mo), vanadio (V), tungsteno (W), cobalto (Co), manganeso (Mn),
Entre otros. Al adicionar estos elementos, el acero se denominará “aleado”
ACERO AL CARBONO: Fe + C
Mn – Si son elementos
Presentes en el acero como
Desoxidantes.
ACEROS ALEADOS: Fe + C + elementos aleantes
Ej. Un acero inoxidable del tipo 304, posee en su composición química a
Parte del Fe y C, porcentajes importantes de cromo y níquel que le dan el carácter
de inoxidable. Esta adición de Cr y Ni, han cambiado notablemente las
características del material base y las diferencias físicas y mecánicas son
evidentes.
En IBCA manejamos aceros al carbono y aceros aleados, así:
Aceros al carbono: AISI 1018 y 760 (AISI 1045).
Aceros aleados: DF2, XW5, XW41, D3, CALMAX, 718, STAVAX, 8407, 705,
709, 7210, 147-M, 304, 304-L, 316, 316-L, 310S.
Los elementos aleantes pueden darle al acero características como: resistencia al
desgaste, tenacidad, resistencia mecánica, inexorabilidad, dureza, etc.
2.4. MATERIALES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS
Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos
materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o
los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas.
Algunos de los representantes de este grupo son:
Plásticos
Productos del petróleo
Madera
Papel
Hule
PLASTICOS: Los tipos de plásticos según su estructura, que se clasifican en tres:
termoplásticos, termoestables y elastómeros .Bien, empecemos por los
termoplásticos se obtienen principalmente de derivados del petróleo. Están
constituidos por cadenas muy débilmente unidas entre sí. Esto hace que a
temperatura ambiente sean “blandos” y deformables, que se fundan al calentarse
y se queden en un estado vítreo al enfriarse lo suficiente.
Los termoestables.
También se obtienen de derivados del petróleo, pero las cadenas por las que
están formados los termoestables se encuentran unidas fuertemente y en muchas
direcciones. Al someterlos al calor se vuelven rígidos, solo pueden ser calentados
una vez, además no se deforman. Suelen ser duros y extremadamente resistente,
pero más frágiles que los termoplásticos. Los más usuales son:
-Poliuretano (colchones, esponjas sintéticas, barnices y pegamentos…)
-Resinas fenólicas (carcasas de electrodomésticos, mangos y asas…)
-Melanina (accesorioseléctricos, aislantes…)
MATERIALES INORGÁNICOS:
Se denomina compuesto químico inorgánico a todos aquellos compuestos que
están formados por distintos elementos, pero en los que su componente principal
no siempre es el carbono, siendo el agua el más abundante. En los compuestos
inorgánicos se podría decir que participan casi la totalidad de elementos
conocidos. Como el oro, plata.
Mientras que un compuesto orgánico se forma de manera natural tanto en
animales como en vegetales, uno inorgánico se forma de manera ordinaria por la
acción de varios fenómenos físicos y químicos: electrólisis, fusión, etc. También
podrían considerarse agentes de la creación de estas sustancias a la energía
solar, el agua, el oxígeno. Los enlaces que forman los compuestos inorgánicos
suelen ser iónicos o covalentes.
2.4.1. ORGÁNICOS, DIAMANTE Y GRAFITO.
ORGANICOS:
Compuesto orgánico o molécula orgánica es una sustancia química que contiene
carbono, formando enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno. En muchos
casos contienen oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, boro, halógenos y otros
elementos menos frecuentes en su estado natural. Estos compuestos se
denominan moléculas orgánicas. Algunos compuestos del carbono, carburos, los
carbonatos y los óxidos de carbono, no son moléculas orgánicas. La principal
característica de estas sustancias es que arden y pueden ser quemadas (son
compuestos combustibles). La mayoría de los compuestos orgánicos se producen
de forma artificial mediante síntesis química aunque algunos todavía se extraen de
fuentes naturales.
Las moléculas orgánicas pueden ser de dos tipos:
Moléculas orgánicas naturales: son las sintetizadas por los seres vivos, y se
llaman biomoléculas, las cuales son estudiadas por la bioquímica y las
derivadas del petróleo como los hidrocarburos.
Moléculas orgánicas artificiales: son sustancias que no existen en la
naturaleza y han sido fabricadas o sintetizadas por el hombre, por ejemplo
los plásticos.
La línea que divide las moléculas orgánicas de las inorgánicas ha originado
polémicas e históricamente ha sido arbitraria, pero generalmente, los compuestos
orgánicos tienen carbono con enlaces de hidrógeno, y los compuestos
inorgánicos, no. Así el ácido carbónico es inorgánico, mientras que el ácido
fórmico, el primer ácido carboxílico, es orgánico. El anhídrido carbónico y el
monóxido de carbono, son compuestos inorgánicos. Por lo tanto, todas las
moléculas orgánicas contienen carbono, pero no todas las moléculas que
contienen carbono, son moléculas orgánicas.
DIAMANTE:
El diamante es un mineral compuesto de carbono, es la piedra preciosa cuya
composición es la más simple, otras piedras preciosas son todas compuestas. El
diamante tiene a veces rastros de nitrógeno que pueden ir hasta el 0,20 % y una
proporción muy pequeña de elementos extraños.
El cristal de diamante se habría formado por la repetición y el apilado en las 3
direcciones del espacio de átomos de carbono que se podrían comparar con
tetraedros cúbicos cuyo centro concentraría la masa del átomo y en los que los 4
vértices tendrían un electrón. Cada átomo está vinculado, enganchado a otros por
enlaces muy fuertes y muy cortos.
Estos enlaces son covalentes y cada centro de estos átomos está distanciado de
su vecino solamente por una distancia del orden de 1,54 ángstrom, es decir
0,000.000.154 mm. Dado que los enlaces atómicos del diamante son muy cortos,
esto explica en parte su gran dureza.
GRAFITO:
El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el
carbono junto al diamante, los fulerenos, los nanotubos y el grafeno. A presión
atmosférica y temperatura ambiente es más estable el grafito que el diamante, sin
embargo la descomposición del diamante es tan extremadamente lenta que sólo
es apreciable a escala geológica.
Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789 y el término grafito
deriva del griego γραφειν (graphein) que significa escribir. También se denomina
plumbagina y plomo negro.
El grafito se encuentra en yacimientos naturales y se puede extraer, pero también
se produce artificialmente. El principal productor mundial de grafito es China,
seguido de India y Brasil.
2.4.2 INORGANICOS, SILICATOS, CICLOILICATOS, INOSILICATOS,
FILOSILICATOS, VIDRIO, CEMENTO.
INORGANICOS:
Se denomina compuesto químico inorgánico a todos aquellos compuestos que
están formados por distintos elementos, pero en los que su componente principal
no siempre es el carbono, siendo el agua el más abundante. En los compuestos
inorgánicos se podría decir que participan casi la totalidad de elementos
conocidos. Como el oro, plata.
Mientras que un compuesto orgánico se forma de manera natural tanto en
animales como en vegetales, uno inorgánico se forma de manera ordinaria por la
acción de varios fenómenos físicos y químicos: electrólisis, fusión, etc. También
podrían considerarse agentes de la creación de estas sustancias a la energía
solar, el agua, el oxígeno. Los enlaces que forman los compuestos inorgánicos
suelen ser iónicos o covalentes. Ejemplos de compuestos inorgánicos:
Cada molécula de cloruro de sodio (NaCl) está compuesta por un átomo de
sodio y otro cloro.
Cada molécula de agua (H2O) está compuesta por dos átomos de
hidrógeno y uno de oxígeno.
Cada molécula de amoníaco (NH3) está compuesta por un átomo de
nitrógeno y tres de hidrógeno.
El anhídrido carbónico se encuentra en la atmósfera en estado gaseoso y los
seres vivos aerobios lo liberan hacia ella al realizar la respiración. Su fórmula
química, CO2, indica que cada molécula de este compuesto está formada por un
átomo de carbono y dos de oxígeno. El CO2 es utilizado por algunos seres vivos
autótrofos como las plantas en el proceso de fotosíntesis para fabricar glucosa.
Aunque el CO2 contiene carbono, no se considera como un compuesto orgánico
porque no contiene hidrógeno
SILICATOS
Los silicatos son el grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyen
más del 95% de la corteza terrestre, además del grupo de más importancia
geológica por ser patogénicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos
los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno.
Estos elementos pueden estar acompañados de otros entre los que destacan
aluminio, hierro, magnesio o calcio y químicamente son sales del ácido
Silícico. Los silicatos, así como los aluminosilicatos, son la base de numerosos
minerales que tienen al tetraedro de silicio-oxígeno (un átomo de silicio coordinado
tetraédricamente a átomos de oxígeno) como su estructura básica: feldespatos,
micas, arcillas.
Los silicatos forman materiales basados en la repetición de la unidad tetraédrica
SiO44-. La unidad SiO44- tiene cargas negativas que generalmente son
compensadas por la presencia de iones de metales alcalinos o alcalinotérreos, así
como de otros metales como el aluminio.
Los silicatos forman parte de la mayoría de las rocas, arenas y arcillas. También
se puede obtener vidrio a partir de muchos silicatos. Los átomos de oxígeno
pueden compartirse entre dos de estas unidades SiO44-, es decir, se comparte
uno de los vértices del tetraedro. Por ejemplo, el di silicato tiene como fórmula
[Si2O5]6- y, en general, los silicatos tiene como fórmula [(SiO3)2-]n. En el caso de
que todos los átomos de oxígeno estén compartidos, y por tanto la carga está
neutralizada, se tiene una red tridimensional denominada sílice o dióxido de silicio,
SiO2.
En los aluminosilicatos un átomo de silicio es sustituido por uno de aluminio.
CICLOILICATOS
Los ciclosilicatos, son una división de minerales de la clase silicatos compuestos
por átomos de silicio y oxígeno unidos por enlace covalente, con uniones iónicas
con cationes muy diversos, produciendo los distintos minerales que componen
esta familia. Algunos ejemplos de ciclosilicatos son: turmalina, cordierita, rubelita,
benitoita, dioptasa, etc.
INOSILICATOS
Los inosilicatos son una división de minerales de la clase silicatos compuestos por
átomos de silicio y oxígeno unidos por enlace covalente, con uniones iónicas con
cationes muy diversos, produciendo los distintos minerales que componen esta
división.
FILOSILICATOS
Los filosilicatos son una subclase de los silicatos que incluye minerales comunes
en ambientes muy diversos y que presentan, como rasgo común, un hábito hojoso
(phyllon = hoja) o escamoso derivado de la existencia de una exfoliación basal
perfecta. Esto es consecuencia de la presencia en su estructura de capas de
tetraedros de dimensional dad infinita en dos direcciones del espacio. La fórmula
química de estos compuestos siempre tiene el anión (Si2O52−)n, que forma
enlaces iónicos con cationes metálicos colocados entre las láminas, estabilizando
la red cristalina. Son en general muy blandos y de peso específico bajo. Algunos
de ellos tienen gran interés económico.
VIDRIO
El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se
encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre. El
vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de
productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.
El vidrio se obtiene a unos 1.500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio
(Na2CO3) y caliza (CaCO3).
El término "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio,
aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido
amorfo (sus moléculas no están dispuestas de forma regular) y no un sólido
cristalino.
CEMENTO
El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla
calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al
contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua,
crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece,
adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón (en España, parte de
Suramérica y el Caribe hispano) o concreto (en México y parte de Suramérica). Su
uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil.
2.4.3 GRUPOS DE LOS FELDESPATOS
FELDESPATOS
Los feldespatos son un grupo de minerales tecto y aluminosilicatos que
corresponden en volumen a tanto como el 60% de la corteza terrestre.1 2 La
composición de feldespatos constituyentes de rocas corresponde a un sistema
ternario compuesto de ortoclasa (KAlSi3O8), albita (NaAlSi3O8) y
anortita(CaAl2Si2O8).1 2 Feldespatos con una composición química entre anortita
y albita se llaman plagioclasas, en cambio los feldespatos con una composición
entre albita y ortoclasa se llaman feldespatos potásicos.1 El feldespato es un
componente esencial de muchas rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas de
tal modo que muchas de estas rocas se clasifican según su contenido de
feldespato.1
La estructura de los feldespatos se puede describir como un armazón de silicio y
aluminio con bases álcali y metales alcalinotérreos en los espacios vacíos
FELDESPATOIDES
Los feldespatoides son un grupo de tecto silicatos minerales parecidos a los
feldespatos pero con una estructura diferente y aproximadamente un tercio menos
de contenido de sílice; son silicatos anhídridos formados a partir de soluciones
alcalinas. Se los encuentra en rocas ígneas, aunque son poco usuales.
ZEOLITAS
Las zeolitas son minerales aluminosilicatos micro porosos que destacan por su
capacidad de hidratarse y deshidratarse reversiblemente. Hasta octubre 2012 se
han identificado 206 tipos zeolitas según su estructura de los cuales más de 40
ocurren en la naturaleza, el resto son sintéticos. Las zeolitas naturales ocurren
tanto en rocas sedimentarias, como volcánicas y metamórficas.
Suelen ser utilizados y vendidos como adsorbentes comerciales.1 Ejemplos de
sus usos incluyen la refinación del petróleo, la coloración de gases y líquidos y el
control de polución. Esto ha hecho que exista una producción comercial de
zeolitas artificiales de características particulares
ESCAPOLITA
Las escapolitas o fusita es un grupo de minerales tecto silicatos, que forman todos
ellos una serie de solución sólida entre dos extremos: la meionita con calcio y la
marialita con sodio.
2.5. MATERIALES CERÁMICOS
2.5.1. ESTRUCTURA DE LOS CERAMICOS CRISTALINOS.
Los materiales cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas, que
contienen elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo la alúmina es un
cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálicos (oxígeno). Los
materiales cerámicos tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas.
Las aplicaciones varían desde productos de alfarería, cemento, fabricación de
ladrillos y azulejos, utensilios de cocina, hasta vidrio, materiales refractarios,
imanes, dispositivos eléctricos, fibras y abrasivos. El hormigón está hecho con
cemento y las losetas que protegen al trasbordador espacial están hechas de
sílice, un material cerámico. En la mayoría de estas aplicaciones el producto tiene
una propiedad esencial o una combinación particular de propiedades que no
puede ser obtenida con ningún otro material; siendo esto la base de su selección.
Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los materiales cerámicos por lo general
son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tienen baja conductividad eléctrica
y térmica, buena estabilidad química y térmica, y elevada resistencia a la
compresión. Sin embargo, a veces constituyen un enigma, pues aunque de hecho
son frágiles, algunos compuestos con matriz cerámica tienen valores de tenacidad
a la fractura superiores a los de algunos metales (como las aleaciones de aluminio
endurecidas por envejecimiento) e incluso algunos son superclásicos. Aunque la
mayoría de los productos cerámicos son buenos aislantes eléctricos y térmicos,
algunos tienen conductividades térmicas parecidas a las de los metales. Los
productos cerámicos como el Fe0 y el ZnO, son semiconductores y, además, han
sido descubiertos materiales cerámicos superconductores.
En este capítulo analizaremos los mecanismos mediante los cuales estos
materiales se deforman al aplicárseles una carga. Igualmente, es de importancia
crítica observar que los materiales cerámicos son frágiles, que los defectos
inevitablemente presentes en la estructura pueden hacer que el material falle por
su fragilidad, que el tamaño y el número de las imperfecciones difieren en cada
pieza cerámica individual y que las propiedades mecánicas sólo pueden
describirse de manera estadística. Por estas razones, el comportamiento
mecánico de los materiales cerámicos es menos predecible que el de los metales,
por esta característica, su uso en aplicaciones críticas de alta resistencia es muy
limitado.
2.5.2. LA ESTRUCTURA DE LOS SILICATOS CRISTALINOS.
Algunos materiales cerámicos contienen enlaces covalentes. Un ejemplo es la
forma cristobalita del SiO, o sílice, que es una materia prima importante para los
productos cerámicos (figura), La disposición de los átomos en la celda unitaria
proporciona la coordinación adecuada, equilibra la carga y, además, asegura que
no se viole la direccionalidad de los enlaces covalentes.
En el sílice, el enlace covalente requiere que los átomos de silicio tengan cuatro
vecinos cercanos (cuatro átomos de oxígeno), creando así una estructura
tetraédrica. Los tetraedros de silicio-oxígeno son las unidades estructurales
fundamentales de la sílice, de las arcillas y de silicatos vítreos. Los tetraedros de
sílice, se comportan como grupos iónicos; los iones de oxígeno en las esquinas de
los tetraedros son atraídos por otros iones o también, uno o más iones de oxígeno
pueden ser compartidos por dos grupos tetraédricos, a fin de satisfacer el
equilibrio de cargas.
2.5.3 ESTRUCTURA DE LOS VIDRIOS CERAMICOS
Los materiales cerámicos no cristalinos más importantes son los vidrios. Un vidrio
es un material sólido que se ha endurecido y vuelto rígido sin cristalizar. En cierta
forma, el vidrio es parecido a un líquido subenfriado. Sin embargo, por debajo de
la temperatura de transición del vidrio (figura), se reduce la velocidad de
contracción
Volumétrica por enfriamiento y el material se puede considerar un vidrio y no un
líquido subenfriado. Cuando la sílice se cristaliza durante el enfriamiento, se
observa un cambio súbito de densidad. Para la sílice vítrea, sin embargo, el
cambio en la pendiente de la temperatura de transición del vidrio indica la
formación de un vidrio a partir del líquido subenfriado.
Las estructuras vítreas se producen al unirse los tetraedros de sílice u otros
grupos iónicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero sólida.
Estructuras cristalina y vítrea de silicatos. Ambas estructuras tienen orden de corto
alcance, pero solamente la estructura cristalina tiene orden de largo alcance.
También se pueden encontrar estructuras no cristalinas en polvos
excepcionalmente finos, como en Geles y coloides. En estos materiales, el tamaño
de las partículas puede ser de 10 nm o menos. Estos materiales amorfos, como
algunos cementos y adhesivos, se producen por condensación de vapores, por
electrodeposición por reacciones químicas.
CONCLUSIONES.
En conclusión se puede decir que la estructura de los materiales es importante
conocer las propiedades no tan solo físicas o mecánicas sino también a otro nivel
como bien podría ser a nivel atómico ya que de esto depende en buena parte el
comprender como habrá de comportarse un material en ciertas condiciones y de
esa manera conjeturar algunas características como su dureza o su resistencia a
algunos esfuerzos, la verdad este curso de Materiales ha resultado de mucho
provecho para cada uno de nosotros los alumnos de ingeniería, hemos aprendido
como conocer a los materiales por sus propiedades así como por su tipo, sus
estructuras internas y externas. En los materiales puros se puede decir que son
aquellos que están tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o
alteración en los metales, cuando estos están en su estado sólido, sus átomos se
alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales.
Referencias bibliográficas.
http://es.slideshare.net/machinrin/estructura-cristalina-y-su-consecuencia-en-las-
propiedades
http://descom.jmc.utfsm.cl/proi/materiales/
ESTRUCTURAS.htm#ORDENAMIENTOS
http://materiales23.blogspot.mx/
