TEMA 1. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS MATERIALES

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1 TEMA 1. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS MATERIALES Objetivos Este tema pretende recoger los aspectos estructurales específicos de cada uno de los grandes grupos de materiales de interés tecnológico en la industria actual: materiales metálicos, cerámicos, plásticos y compuestos. Resulta especialmente importante conocer la influencia determinante que dichos aspectos estructurales tienen en las propiedades y características de los materiales. Y, por tanto, que la forma de modificar estas características es actuando sobre la estructura a través de los procesos de fabricación. Índice de contenidos Introducción. Enlaces atómicos. Tipos de materiales y sus enlaces. Estructura cristalina y amorfa. Estructura cristalina. o Concepto o Direcciones y planos cristalográficos. Índices de Miller METALES. Características genéricas. Importancia industrial. o Estructura cristalina de los metales Estructura cúbica centrada en el cuerpo Estructura cúbica centrada en las caras Estructura hexagonal compacta Defectos de la estructura cristalina de los metales: puntuales. lineales y superficiales. MATERIALES CERÁMICOS: Concepto, propiedades y características. Importancia industrial. o Cerámicos cristalinos: estructuras tipo: Tipo AX, Tipo AmXp, Tipo AmBnXp y cerámicas covalentes o Cerámicas amorfas. o Defectos estructurales.

2 PLÁSTICOS. Concepto, características e importancia industrial o Métodos de Polimerización. o Estructura química de los materiales poliméricos. Constitución química Configuración química o Estructura física de los materiales poliméricos. Polímeros Semicristalinos. Polímeros Amorfos o Clasificación estructural de los materiales poliméricos MATERIALES COMPUESTOS: Concepto, propiedades, limitaciones o Configuración estructural Matriz Agente reforzante o Clasificación estructural M.C. reforzados con partículas M.C. reforzados con fibras M.C. estructurales Conocimientos previos Naturaleza de los diferentes tipos de enlace: o Primario (iónico, covalente y metálico) que unen los átomos en el estado sólido o Secundario (fuerzas de Van der Waals y puentes de hidrógeno). que permite la unión entre moléculas. Características atribuibles a cada tipo de enlace (energía de enlace, direccional/no direccional, permite o no el libre movimiento de electrones en la estructura, grado de compactación de los átomos tras el enlace). Relacionar las características de cada tipo de enlace con ciertas propiedades y características de las materiales en los intervienen esos enlaces. Así : o Energía de enlace/puntos de fusión. o Direccionalidad y compactación /comportamiento mecánico (ductilidad) o Movilidad de electrones/ comportamiento eléctrico (conductividad eléctrica). [Callister, apartados 2.5, 2.6 y 2.7].

3 Diferencias entre estructura cristalina y amorfa [Callister, apartados 3.2 y 3.16]. Las catorce redes de Bravais, de forma especial las redes del sistema cúbico y del sistema hexagonal [Callister, apartado 3.7]. Conocer la designación mediante los índices de Miller de las direcciones y planos cristalográficos en las redes anteriores. Distancia entre planos de la misma familia. [Callister, apartados 3.8 y 3.9]. Conocer las moléculas orgánicas insaturadas más sencillas (etileno, propileno, estireno) y grupos funcionales orgánicos (alcoholes, éteres, ésteres, aminas, amidas, ácidos) más frecuentes [Callister, apartado 15.2]. Conocer en qué consisten las reacciones orgánicas de adicción y condensación [Callister, apartado 16.10]. Contenidos básicos a desarrollar en el aula Estructura de los metales puros: o Enlace metálico o Estructura cristalina de los metales (red de nudos + base estructural). Grado de compactación (relación del parámetro de la red con el radio atómico). o Descripción y cálculo de algunas características de los metales a partir del modelo estructural descrito. (Densidad, índice de coordinación y factor de empaquetamiento atómico). Relacionar estos parámetros con el peso de los metales, su estabilidad térmica y su capacidad de deformación plástica. o Concepto de microestructura, alotropía y polimorfismo. o Defectos de la estructura cristalina en los metales y su implicación en el comportamiento de los mismos. Estructura de de los cerámicos. o Enlace iónico/covalente. o Estructura cristalina de los cerámicos avanzados. (tipo NaCl, tipo CaF 2, tipo TiBaO 3 ) Grado de compactación y determinación de características. Relación de estas características con el comportamiento de los cerámicos. o Aspectos estructurales de los cerámicos amorfos (vidrios inorgánicos). Estructura de los plásticos (polímero + aditivo).

4 o Aspectos químicos de la estructura de un plástico (naturaleza de los monómeros, forma de unirse y configuración de la cadena polimérica. Peso molecular medio. Grado de polimerización medio. o Aspecto físico de la estructura de un plástico (disposición relativa de las cadenas en el espacio). Plásticos semicristalinos: (Modelo de micelas y esférulas), grado de cristalinidad. Plásticos amorfos. Estructura de materiales compuestos ó composites. o Configuración estructural (matriz + agente reforzante). o Contribución de cada fase al comportamiento final de compuesto (efecto sinérgico). o Clasificación de los materiales compuestos en función de la morfología y distribución del agente reforzante. Contenidos complementarios Conocer y justificar el diferente comportamiento de la estructura cristalina y amorfa (diferente respuesta frente a la temperatura, posible comportamiento anisótropo de la estructura cristalina) [Callister, apartados 3.14 y 14.2]. Estructura de los metales puros: o Calculo de densidades de átomos asociados a planos y direcciones cristalográficas de las estructuras cristalinas descritas. Identificación de los planos y direcciones de máxima densidad en cada una de las estructuras [Callister, apartado 3.10]. Estructura de de los cerámicos. o Otras estructuras de cerámicos (tipo ClCs, ZnS, Al 2 O 3 ), cerámicos covalentes (formas alotrópicas del carbono: diamante, grafito y fullerenos). [Callister, apartado 13.2]. o Peculiaridades de los defectos. Dedicar especial atención a los defectos de estos materiales (poros y microgrietas). Implicación en el comportamiento de los cerámicos. [Callister, apartado 13.5]. Estructura de los plásticos (polímero + aditivo).

5 o Relación de los aspectos estructurales descritos con características de los plásticos como su densidad, estabilidad térmica, resistencia a la deformación. [Callister, apartados del 15.6 al 15.11]. Estructura de materiales compuestos ó composites. o Estudio comparativo del comportamiento frente a la temperatura de un material compuesto particulado (PAS), una aleación tratada térmicamente y un compuesto enfibrado. [Callister, apartado 17.3 y figura en presentaciones de PowerPoint]. o Concepto de longitud crítica de fibra. [Callister, apartado 17.4]. Bibliografía Bibliografía básica. William D. Callister. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Ed. Reverté. Año Capítulos: 2, 3, 4, 13, 15 y 16. Bibliografía complementaria. Shackelford, J. F. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales para Ingenieros. 4 Ed. Prentice Hall. Capítulos: 1, 2, 3 y 4.