Clasificación de los Materiales

Las materias primas son aquellas que podemos encontrar directamente en la naturaleza. No siempre es posible el empleo directo de estas materias primas en su estado natural. En la mayoría sirven como base para obtener los materiales transformados. Los objetos útiles obtenidos a partir de los materiales transformados se denominan bienes de uso.

Elección de Materiales

Para la correcta elección de un material, se deben considerar diversos factores:

  • Propiedades: térmicas, eléctricas, mecánicas, magnéticas, ópticas, químicas y sensoriales.
  • Formas de trabajarlos: posibilidad de mecanizado, facilidad de trabajarlo, estudio sobre los medios que se necesitarán para su trabajo.
  • Provisión: abundancia, recursos que utiliza, posibilidad de sustitución por otro material.
  • Precio: ¿Es caro? ¿Existe otro de características similares que lo pueda sustituir con garantías y que sea más barato?
  • Medio ambiente: contaminación que produce, toxicidad que representa, ¿es material es biodegradable?

Los Metales

Todos los metales son buenos conductores del calor y la electricidad. Los metales se pueden usar en estado puro o en aleaciones, mezcla de los metales con otros elementos metálicos o no. Al conjunto de procesos y técnicas que intervienen en la extracción de los metales y sus aleaciones se denomina metalurgia.

Propiedades de los Metales

  • Dureza
  • Elasticidad
  • Tenacidad
  • Maleabilidad
  • Ductilidad
  • Resistencia mecánica

Clasificación de los Metales

  • Metales férricos: Contienen hierro. Los productos elaborados a partir del hierro reciben el nombre de productos siderúrgicos.
  • Metales no férricos: No contienen hierro:
    • Metales pesados: cobre, plomo, cinc…
    • Metales ligeros: aluminio o titanio.
    • Metales ultraligeros: magnesio.

Extracción de los Metales

Los metales no se suelen encontrar en estado puro en la naturaleza, sino como parte de minerales que se encuentran en acumulaciones naturales llamadas yacimientos. Del material obtenido se pueden diferenciar la mena, que es el metal aprovechable contenido en el material extraído, y la ganga, resto de minerales no aprovechables.

La explotación de los yacimientos se realiza en instalaciones denominadas minas, que pueden ser subterráneas o a cielo abierto.

Metales No Férricos

  • Cobre: Es uno de los mejores conductores del calor y la electricidad. Se utiliza en la fabricación de conductores eléctricos, elementos de cocina, cañerías o placas de circuitos impresos. Se alea fácilmente con otros metales (estaño, cinc, plata, níquel y oro). Sus principales aleaciones son el bronce y el latón.
  • Bronce: Aleación de cobre y estaño. Se usa en bisutería, joyería, monedas y elementos mecánicos como engranajes y cojinetes, grifería…
  • Latón: Aleación de cobre y cinc. Se usa en tornillería, construcción naval, joyería, orfebrería, piezas de máquinas…
  • Estaño: Funde a temperatura más baja que la mayoría de los metales. Se usa para realizar soldaduras en electrónica y fontanería.
  • Cinc: Se utiliza en cubiertas de edificios, chapa galvanizada, canalones, tuberías…
  • Aluminio: En estado puro o aleado, tiene infinidad de aplicaciones, desde puertas y ventanas hasta estructuras de alta resistencia y bajo peso en aeronáutica, industria del automóvil, bicicletas…

Metales Férricos

  • Acero: Aleación de hierro con un porcentaje en carbono inferior al 1,76 %.
  • Fundiciones: Color más grisáceo que los aceros. Ventajas: posibilidad de obtener piezas de geometría complicada, mayor resistencia a la corrosión que los aceros y mayor facilidad para la transmisión del calor. Desventajas: baja resistencia a los choques o impactos, poco dúctiles y difíciles de soldar.

El Titanio

El titanio se usa en la industria aeroespacial (estructuras, tanques de combustible), aeronáutica, y medicina (implantes, reparación de fracturas). En medicina, el titanio no es tóxico ni produce rechazo. Se ha comprobado que sobre el titanio oxidado, incrustado en el hueso, crece tejido óseo, lo cual se aplica en odontología.

Piezoelectricidad

Consiste en la aparición en las caras opuestas de ciertos materiales, de cargas positivas y negativas respectivamente cuando se someten a esfuerzos de tracción o compresión y a la inversa, es decir, expansión o contracción cuando son sometidos a una corriente eléctrica. Aplicaciones: esquís que disminuyen el riesgo de caídas, músculos artificiales, relojes de cuarzo, encendedores electrónicos.

Materiales Superconductores y Superplásticos

Los superconductores conducen la corriente eléctrica sin resistencia (sin pérdida de energía) y repelen el campo magnético. Se usan en transporte de energía, equipos de resonancia magnética y trenes de levitación magnética. Son aleaciones de niobio-titanio, compuestos cerámicos de magnesio y boro.

La superplasticidad es la capacidad de ciertas aleaciones de experimentar grandes deformaciones al ser sometidas a esfuerzos externos manteniendo su homogeneidad, antes de producirse su rotura.

Materiales para el Espacio

El titanio y el circonio se utilizan en la metalurgia espacial por su resistencia, ligereza y resistencia a la corrosión. Las naves espaciales y satélites deben resistir condiciones extremas: partículas de alta energía, radiación ultravioleta, basura espacial.

Avances en Ingeniería y Construcción

Los composites son materiales compuestos formados por fibras largas en una matriz. Las fibras soportan las cargas y la matriz la tolerancia al daño. Se espera que revolucionen la ingeniería y la construcción.

Los Polímeros

Los polímeros son macromoléculas formadas por la repetición de monómeros. Su uso se ha incrementado notablemente, pero presentan problemas medioambientales por su no biodegradación y la generación de compuestos venenosos al incinerarlos.

  • Polímeros naturales: Provienen de vegetales o animales (celulosa, seda, lana, algodón, almidón, proteínas…).
  • Polímeros artificiales: Modificaciones químicas de polímeros naturales (nitrocelulosa, caucho vulcanizado).
  • Polímeros sintéticos: Obtenidos por procesos de polimerización (nylon, polietileno, PVC, polipropileno, poliestireno, polimetacrilato de metilo, melamina…).

Nanotecnología

La nanotecnología fabrica y controla estructuras y máquinas de tamaño molecular. Ejemplos: nanotubos (pequeñas tuberías de átomos de carbono). Ramas de investigación: nanotecnología seca, húmeda y computacional.

Aplicaciones de la Nanotecnología

  • Sistemas de almacenamiento ultrapequeño (nanoimanes)
  • Nanoordenadores
  • Pantallas flexibles (nanotubos)
  • Aplicaciones médicas: máquinas moleculares como sistemas autoinmunes.
  • Aplicaciones energéticas
  • Aplicaciones espaciales
  • Colaboración contra el deterioro del medio ambiente