Historia de los materiales - iim.unam.mx

1 Historia de los materiales Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Edad de piedra (hasta ~3000 ) El hombre primitivo desarroll una gran destreza para crear armas punzo-cortantes, tales como cuchillos, flechas y lanzas, para defenderse de las bestias. El hombre del neol tico descubri que la arcilla (barro) se ablandaba al mezclarse con agua, y se endurec a al secarse. Este ciclo de ablandamiento-endurecimiento se pod a repetir una y otra vez al ir a adiendo agua. Cuando se introduc an los bloques de arcilla h meda dentro de una hoguera por un determinado tiempo, stos quedaban permanentemente endurecidos al enfriarse y eran resistentes al agua.

2 Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Edad del cobre: or genes de la metalurgia (5000 a 1500 ) El hombre neol tico descubri que el cobre natural pod a ser suavizado al calentarlo, y endurecido al deformarlo mediante martilleo. El cobre desplaz progresivamente a la piedra y se posicion como el material preferido por el hombre para la fabricaci n de herramientas y objetos ceremoniales. Sin embargo, una vez que el cobre natural escase , el hombre se vio obligado a poner su atenci n en los metales contenidos en los minerales. Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Edad de bronce: desarrollo de aleaciones (2000 0 ) Los metales puros eran demasiado suaves para ser empleados como armas.

3 Descubrieron que al mezclar mineral de esta o y mineral de cobre, previo al proceso de fundici n, el producto resultante presentaba ventajas significativas en relaci n con todos los metales conocidos hasta entonces. El nuevo material era: M s f cil de fundir que el cobre Pod a fluir m s f cilmente dentro de los moldes (sin burbujas de gas) Se endurec a m s r pido despu s de ser vaciado Pod a endurecerse m s mediante el martilleo. Bronce: metal id neo para la fabricaci n de armas El hombre primitivo descubri , desarroll y perfeccion las t cnicas que permiten producir metales con propiedades sustancialmente diferentes a las de sus constituyentes individuales; es decir, invent las aleaciones.

4 Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Edad de hierro (1000 1950 ) Hierro bueno Inventado accidentalmente por los hititas (Turqu a) Se calentaba el hierro dentro de un horno de carb n, se martillaba la pieza para compactarla y se remov a el xido producido, repitiendo el procedimiento varias veces. Durante el calentamiento en el horno, los tomos de carbono se difund an hacia el interior del hierro, produciendo acero de bajo carbono! Nunca se descubri que el carbono era el responsable del hierro bueno , sino hasta 1774 ( casi 3 mil a os despu s!). Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Revoluci n industrial Siglo XVIII Mano del hombre desplazada por m quinas (construidas casi totalmente de hierro).

5 La metalurgia cobr nuevos horizontes Desarrollo de medios de transporte (ferrocarril y barcos de vapor) El hierro y el acero se utilizaron en la construcci n de puentes Se facilitaron las traves as comerciales entre las sociedades a lo largo de nuevos canales de navegaci n y carreteras. Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Desarrollo de la ciencia de materiales Por muchos siglos el desarrollo de la ciencia de los materiales fue muy lenta. A finales del siglo XIX hubo avances notables que contribuyeron a su desarrollo: Descubrimiento de los rayos X y su aplicaci n Tabla peri dica de los elementos Conocimiento de la estructura cristalina de los materiales Introducci n a la Ciencia de materiales M.

6 Bizarro y en la actualidad? Era del Silicio? Todos los componentes electr nicos Era de los pol meros? Todos los pl sticos incluyendo fibras textiles Fue hasta a os recientes que los cient ficos lograron entender la relaci n entre los elementos estructurales de los materiales y sus propiedades. A partir de entonces se desarrollaron miles de materiales . Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Es importante estudiar la estructura at mica de los elementos para entender sus propiedades. Un mismo elemento puede presentar caracter sticas muy por ejemplo: Elemento: Carbono Grafito Diamante Amorfo Fulereno Nanotubos Qu son la Ciencia y la Ingenier a de materiales ?

7 La ciencia de los materiales investiga la relaci n entre la estructura y las propiedades de los materiales . La ingenier a de los materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y dise a o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Clasificaci n de los materiales Por su cristalinidad Por sus propiedades Amorfos Cristalinos Desorden at mico Orden a largo alcance Met licos Cer micos Pol meros Semiconductores materiales compuestos Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro Desarrollo de materiales Propiedades M todo de elaboraci n Estructura APLICACI N Introducci n a la Ciencia de materiales M.

8 Bizarro 1. Elegir Aplicaci n Determina las Propiedades requeridas 2. Propieades Identificar el Material(es) candidato 3. Material Identificar el procesamiento requerido Procesamiento: cambia estructura y forma general ej: fundici n, sinterizado, dep sito por evaporaci n, dopaje forjado, tratamientos t rmicos. Propiedades: mec nicas, el ctricas, t rmicas, magn ticas, pticas, deteriorativas. Material: estructura, composici n. Proceso de selecci n de materiales Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro ej: dureza vs estructura del acero Propiedades dependen de la estructura Data obtained from Figs. (a) and with 4 wt% C composition, and from Fig.

9 And associated discussion, Callister 7e. Micrographs adapted from (a) Fig. ; (b) Fig. ;(c) Fig. ; and (d) Fig. , Callister 7e. ej: estructura vs velocidad de enfriamiento del acero Procesamiento puede cambiar la estructura Estructura, Procesamiento, Propiedades Hardness (BHN) Cooling Rate ( C/s) 100 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 1 10 100 1000 (d) 30 m (c) 4 m (b) 30 m (a) 30 m Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro T cnicas para caracterizaci n de materiales El ctricas Mec nicas T rmicas Magn ticas pticas SEG N SUS PROPIEDADES Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro La importancia de los materiales ha sido crucial a lo largo de la Historia .

10 El desarrollo de nuevos materiales ha permitido un aumento en el nivel de vida del hombre y ha superado sus expectativas en un gran n mero de reas. Estudio de materiales NUEVOS HORIZONTES Introducci n a la Ciencia de materiales M. Bizarro F. M. S nchez