INTRODUCCIÓN

Probablemente, la importancia de los materiales en nuestra cultura es mayor de lo que habitualmente se cree. Prácticamente cada segmento de nuestra vida cotidiana está influido en mayor o menor grado por los materiales, como por ejemplo transporte, vivienda, vestimenta, comunicación, recreación y alimentación. Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con características muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad; se trata de metales, plásticos, vidrios y fibras. El progreso de muchas tecnologías, que aumentan la confortabilidad de nuestra existencia, va asociado a la disponibilidad de materiales adecuados. El avance en la comprensión de un tipo de material suele ser el precursor del progreso de una tecnología.

Clasificación de los materiales:

Los materiales se clasifican generalmente en 4 grupos que son: metales, polímeros, cerámicos y compuestos. Esta clasificación es muy importante por que ayuda a generalizar y facilita la comprensión de ellos ya que se clasifican ya sea por sus propiedades o estructura:

• Metales:

Un metal se define como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión  y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores. 

El concepto de metal  refiere a elementos puros así como aleaciones.

• Polímeros: 

Los polímeros (del Griego: poly: muchos y mero: parte,segmento) son macromoleculas (generalmente orgánicas  formadas por la unión de moléculas mas pequeñas llamadas monomeros. 

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como "polimerización por pasos" o como "polimerización en cadena". En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto 

• Cerámicos:

Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión  y resistencia muy elevada. Asimismo, su modulo de Young  (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también elevado, además presentan un modo de fractura frágil.

• Materiales compuestos:

Son aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad . Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:

• Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.
• Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.
• Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes.
• No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes.

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales.

Principales Propiedades a Evaluar en Cualquier Material:

PROPIEDADES QUÍMICAS :

Estabilidad química: Indica la capacidad de un determinado elemento o compuesto químico de reaccionar espontáneamente al entrar en contacto con otro elemento o a descomponerse o si, por el contrario, para que reaccione es necesaria una acción exterior (calor, trabajo o elementos químicos activadores).

Oxidación: Cuando un material se combina con oxígeno, se dice que experimenta una reacción de oxidación. Aunque la oxidación limita la vida del material en ocasiones la formación de una capa de óxido en el mismo, depositada en la parte exterior del material, lo protege de una posterior degradación.

La afinidad electrónica: se define como la energía involucrada cuando un átomo gaseoso neutro en su estado fundamental (de mínima energía) captura un electrón y forma un ión mono negativo.

La solubilidad: es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; en algunas condiciones puede sobrepasarla, denominándose a estas soluciones sobresaturadas. El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra.

Corrosión: Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o en presencia de

otras sustancias agresivas, se denomina corrosión.

PROPIEDADES FISICAS:

Densidad: Es la relación existente entre la masa de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el sistema internacional es el kg/m3.

Peso específico: Es la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el SI es el N/m3.

Resistencia eléctrica: Todas las sustancias ofrecen un mayor o menor grado de oposición al paso de la corriente eléctrica. Tal oposición es la resistencia eléctrica, que define si un material es un conductor, semiconductor o aislante eléctrico. La resistencia eléctrica se mide en ohmios (Ω). Una magnitud asociada a la resistencia eléctrica es la resistividad (ρ), que se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un material de un metro de longitud y de un m2 de sección. Se mide en Ω·m. La inversa de la resistividad es la conductividad (σ)

Propiedades ópticas: Se refiere al comportamiento de los cuerpos cuando la luz incide sobre ellos, así tenemos:

- Cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través. 

- Cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos.

- Cuerpos translúcidos dejan pasar la luz, pero impiden ver los objetos a su través.

PROPIEDADES TÉRMICAS:

Dilatación térmica o dilatabilidad: La mayoría de los materiales aumentan de tamaño (se dilatan) al aumentar la temperatura. La magnitud que define el grado de dilatación de un cuerpo es el coeficiente de dilatación que nos da una idea del cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando cambia la temperatura del material.

Calor específico (Ce): Se define como la cantidad de calor que necesita una unidad de masa para elevar su temperatura un grado centígrado. En el sistema internacional se mide en J/kg・K (K = grados Kelvin, 0oC = 273,15 K), aunque es más frecuente medirlo en cal/g・K.

Calor latente de fusión: Es el calor necesario para transformar una unidad de masa del material del estado solido al liquido

PROPIEDADES MAGNETICAS:

Materiales diamagnéticos: Las lineas de campo magnético creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son de sentido contrario a éste, lo que significa que este tipo de materiales se oponen al campo magnético aplicado, son repelidos por los imanes. No presentan efectos magnéticos observables. Hidrógeno, cloruro de sodio, oro, plata, cobre,...

Materiales paramagnéticos: Son aquellos en los que las lineas del campo magnético creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son del mismo sentido que éste, aunque no se consigue una alineación total. Esto es, son materiales que cuando están sujetos a un campo magnético, sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, pero al retirar el campo magnético, se destruye el alineamiento

magnético. Aluminio, platino, magnesio, titanio...

Materiales ferromagnéticos: Son aquellos materiales que, cuando se encuentran a una temperatura inferior a un valor determinado (temperatura de Curie; p.e.:Fe 1043K), adquieren un campo magnético intenso al estar en presencia de un campo exterior inductor, quedando el material “imanado”. Esto se debe principalmente a la estructura cristalina que está fuertemente ordenada y crea zonas de dominio magnético, de forma que el campo total sera la suma del campo natural que posee el material más el campo exterior. Hierro, níquel y cobalto.

PROPIEDADES MECÁNICAS: 

Elasticidad:propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

Plasticidad: es la propiedad mecánica de un material de deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico

Resistencia a la fluencia: Indica la fuerza para la que un material se deforma sin recuperar su forma primitiva al cesar el esfuerzo.

Resistencia a la traccion: Indica la fuerza para la que un material se rompe.

Resistencia a la torsión: Fuerza torsora que indica la rotura de un material

Resistencia a la fatiga:se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura

Dureza:es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta (penetrabilidad).

Fragilidad:se define como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas.

Tenacidad:es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura.

Resiliencia o resistencia al choque es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada. :

Ductilidad:Propiedad que presentan los metales de poder permitir deformarlos en frío sin romperlos.

Maleabilidad:Propiedad que tienen algunos metales de poder ser sometidos a grandes deformaciones sin romperse, por lo que se pueden modelar o trabajar con facilidad.

Maquinabilidad:es una propiedad de los materiales que permite comparar la facilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de viruta.

Moldeabilidad: Facilidad de un material para ser conformado por fundicion o moldeo.