Como lo podemos ver en el título del artículo, el tema es sobre materiales, pero estudiados desde el punto de vista físico, químico y de cómo es su comportamiento interno cuando es sometido a algún tipo de esfuerzos.
Para comenzar es necesario que sepamos que un material es algo tangible, que tiene que ver con la materia. Para las ciencias y las ingenierías, los materiales "son sustancias con cualidades útiles que pueden ser térmicas, mecánicas o de otra clase".
Un material no es una pieza. Una pieza es cualquier forma de materia que posee su propia naturaleza interna y; además, se le ha dado una forma y dimensiones con las que se soluciona una necesidad humana.
Los materiales de ingeniería se clasifican en cuatro grandes grupos:
- Materiales metálicos.
- Materiales polímeros.
- Materiales cerámicos.
- Materiales compuestos (compósitos).
En ellos, su naturaleza interna es diferente y es esto lo que interesa estudiar. Este tema (ciencia e ingeniería de los materiales) no es el estudio de la resistencia de los materiales, donde el área del conocimiento es el diseño de piezas, seleccionar el material adecuado, darle forma y dimensiones. En cambio, el fundamento de estudiar los materiales es la estructura interna. El material reacciona a los agentes externos según su naturaleza interna y llaman mucho la atención los factores que no sean de su naturaleza.
Para los estudiantes que cursen esta materia deben conocer lo que son los átomos, iones y electrones, aniones y cationes, materiales electronegativos, moléculas, enlaces iónicos y covalentes; así mismo, conocerán como se ordenan los átomos en el espacio interno de los materiales y lo que hace que dos átomos se unan. Esto último debido a los enlaces, uno de ellos para comentar solo un poco es el enlace metálico. Dicho enlace es propio y exclusivo de los materiales metálicos, sean estos técnicamente puros o aleaciones. En estos materiales el enlace metálico existe únicamente cuando se presenta en estado sólido; pues, en estado líquido o gaseoso, el enlace se debilita o desaparece. Esto significa que el enlace metálico se crea durante la solidificación del material metálico.
En el siguiente esquema podremos observar cómo se distribuyen las partículas en el espacio interior de los materiales:
Los materiales también se clasifican según el orden de distribución de sus partículas en sus estructuras internas. Esta clasificación atiende al hecho de que las partículas (de nivel atómico) pueden estar distribuidas sin obedecer a ningún orden definido, lo cual es el caso de los denominados cuerpos amorfos o puede ser también el caso de que las partículas estén distribuidas obedeciendo a algún orden definido, lo cual existe en los denominados cuerpos cristalinos o simplemente cristales.
De los cuerpos amorfos se dice también que son materia líquida subenfriada, pues poseen el desorden de la distribución espacial de las partículas que se presenta en estos mismos cuerpos cuando se encuentran en estado líquido.
En los cuerpos cristalinos, las partículas están distribuidas en modo tal que, con átomos o iones y entre núcleos de los vecinos trazamos líneas imaginarias, podemos observar que resultan así definidos ciertas figuras geométricas como, por ejemplo, un cubo, un prisma hexagonal, un rombo u otras. Ese orden es bastante rígido y define lo que ha sido llamado redes cristalinas. En el caso de los materiales metálicos, de los cuales se sabe que sus partículas de nivel atómico son cationes, como los más frecuentes tipos de red cristalina conseguimos los siguientes tres:
- Red cristalina cubica de cuerpo centrado (CC8).
- Red cristalina cubica de cara centrada (CC12).
- Red cristalina hexagonal compacta (HC12).
Aquí entra el concepto de posiciones reticuladas; y no son más que la posición que deben tener los átomos en la red, también son llamadas posiciones de equilibrio. No existen los metales con redes cristalinas perfectas, pero para un caso de estudio se podría suponer la red cristalina perfecta y así simplificar el análisis.
Como pueden ver, el mundo de los materiales para los ingenieros es muy amplio, aquí solo se muestra un ápice de todo lo que aprenderán en el curso. Toda esta información fue recopilada de mi época de estudiante, tengo más si lo requieren y libros por recomendar.
Hasta un próximo post.
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