Material de clase (propiedad Dr. Carlos Velasco)

1. CerámicosCerámicos

2. CeramicosCeramicos
Ceramicas pueden ser definidas como materiales inorganicos no metalicos que
son tipicamente producidas usando arcillas y otros minerales de la tierra
quimicamente procesados.
1. Piedra 4. Cemento Portland
quimicamente procesados.
2. Barro 5. Cerámicos avanzados
3. Cemento
Metal‐Nometal
Nometal‐No metal

4. C á iCerámicos
Alumina, alumino‐silicatos,Zirconia
• Tenacidad.
DurezaDureza
Alto punto de fusión
Rígidas
Densidad intermediaDensidad intermedia.

5. Enlace en ceramicos
• Formacion de Cloruro de sodio:
Na +  Na+ [ ]Cl



Cl



• Formacion de Cloruro de hidrogeno :
Na [ ]Cl

Cl

Formacion de Cloruro de hidrogeno.:
H + Cl



 Cl



HH + Cl

 Cl



H

6. Enlace IonicoEnlace Ionico
Atraccion electrostatica entre cargas opuestas
Q1 and Q2: Q1
Q2
 
1
d
Donde la energia potencial esta dada por:
QQ
E 21

d
E 21


7. Energia de Red
KCl
910 kJ
701 kJ QQ
E 21

NaF
MgO 3795 kJ
910 kJ
K+ Cl
d
MgO
KBr 671 kJ
3795 kJ  
K+ Cl
KBr
NaCl
788 kJ
671 kJ
K+ Br
d
788 kJ  
K Br
d

8. Ionic SizesIonic Sizes

11. Aluminio
NaCl
Aleacion

12. Tipo Substancia Energia (eV/atom) Temp fusion.
(°C)
NaCl 3 3 801
Ionico
NaCl 3.3 801
MgO 5.2 2800
C l
Si 4.7 1410
Covalente
C 7.4 >3550
Hg 0.7 -39
Metallico
Al 3.4 660
Fe 4.2 1538
W 8.8 3410
van der Waals
Ar 0.08 -189
Cl 0 32 101Cl2 0.32 -101
Hidrogeno NH3 0.36 -78
H 0 0 52 0H20 0.52 0

13. 4:4 / 6:6 que coordinacion
• Numeros de coordinacon altos dan energias de
red altas
• SI se adopta la composicion 6:6 tiene que
ocupar el hueco octahedral y no es posible por p y p p
tamano de atomos.
cation

14. Compuestos Ionicos
Ceramicos
N ClNaCl:

16. El N d
Cristal Gigante de NaCl
• El Na es mas grande que
el hueco octaedral y
empuja al Cl‐.p j
• Cuantos Cl tocan al Na y
viceversa
6:6 (numero de6:6 (numero de
Coordinacion)

17. Estequiometria de NaCl
• Number of Cl‐ in a unit cell :
– At corner : 1/8 x 8 = 1
– At face : ½ x 6 = 3
• Number of Na+ in a unit cell :
– At side : ¼ x 12 = 3– At side : ¼ x 12 = 3
– At centre : 1 x 1 = 1
• Their simplest ratio is 1 : 1

20. Sulfuro de Zinc
• Numero de S‐2 en UC :• Numero de S en UC :
– En las esquinas: 1/8 x 8
= 1
– En la cara: ½ x 6 = 3
• Numero de Zn+2 en UC:
– Dentro : 1 x 4 = 4
• Relacion es 1 : 1
• La formula es ZnS
2Zn2+

22. Ceramicas cristalinasCeramicas cristalinas
• Los ceramicos cristalinos tienen generalmente
propiedades de alto esfuerzo a la tension y p p y
alta estabilidad termica.
Estructura celda Ejemplos
AX FCC N Cl M O F OAX FCC NaCl, MgO, FeO
AX Cubica simple CsCl
AX FCC ZnS, SiC
AX2 Cubica simple CaF2, UO2, ThO2
ABX3 FCC BaTiO3, SrZrO3
AB2X4 FCC MgAl2O4, FeAl2O4
FCC

23. Blenda y WurtzitaBlenda y Wurtzita

24. FeS PiritaFeS2 Pirita

25. CdI2
HgCl

26. PbOPbO

27. Ceramicos covalentesCeramicos covalentes

28. SiOSiO2

30. CUARZOCUARZO

32. Ceramico avanzadosCeramico avanzados

33. Mas estructurasMas estructuras
Estructura cristalina Ejemplo
Antifluorita K2O, K2S,Li2O, Na2O, Na2Se, Na2S
Cloruro de cesio CsCl, CaS, TlSb, CsCN, CuZn
Fluorita CaF2, UO2, BaCl2, HgF2, PbO2
Arseniuro de níquel NiAs, NiS, FeS, PtSn, CoSq , , , ,
Perovskita CaTiO3, BaTiO3, SrTiO3
Sal de roca NaCl, LiCl, KBr, RbI, AgCl, AgBr, MgO,
CaO TiO FeO NiO SnAs UC ScNCaO, TiO, FeO, NiO, SnAs, UC, ScN
Rutilo TiO2, MnO2, SnO2, WO2, MgF2, NiF2
Blenda ZnS, CuCl, CdS, HgS, GaP, InAs
Wurtzita ZnS, ZnO, BeO, MnS, AgI, AlN, SiC,
NH4F

34. CERAMICAS CONVENCIONALES
CERAMICAS AVANZADASCERAMICAS AVANZADAS

36. 3 2
sp2
sp3 sp2

40. grafitografito

43. CorindónCorindón

44. TOPACIOSTOPACIOS

46. BeAl2O4BeAl2O4

47. CERAMICOSCERAMICOS

49. MONOMERO
POLIMEROPOLIMERO

50. POLIMEROS

51. GRAFITO

52. PROTEINASPROTEINAS
ADN

53. •ALMIDON•ALMIDON
•AMBAR
•LIGNINA
•CELULOSA
•FIBROINA
(SEDA)(SEDA)
•KERATINAKERATINA
(LANA,CABELLO,PLUMA)

54. Historia de los polimeros
• Hule ‐ prehispanicas
• Nitrato de celulosa – (1846) ( )
• Celuloide– primer plastico
sintetico (1870)
• Rayon – la primera seda
artificial (~1884)
• Hule ‐vulcanizado (1870)
• Baquelita (1907) Baekeland
d l d l &• Boom de los grandes plasticos 1930s & 1940s

59. AlquenosAlquenos
trans-1,2-Dicloroeteno
cis-1,2-Dicloroeteno

60. Hibridación sp2Orbital p
Orbital hibrido
Enlaces Enlaces
Enlaces 
Enlace
Enlace 
Doble enlace

63. iniciadoresiniciadores
Peroxidos

64. Iniciacion ‐propagacionIniciacion propagacion
T i i bi iTerminacion combinacion
Terminacion disproporcionacionp p

65. EtilenoEtileno
Tetrafluoro etileno
Metil metacrilato

66. EtilenoEtileno
Propileno

67. PoliestirenoPoliestireno
TetrafluoroetilenoTetrafluoroetileno-
TEFLON

68. Estructuras de polimerosp
Branched
Linear
Networked
Crosslinked
Networked

69. PolímerosPolímeros
Copolímeros

71. Copolímeros
Sbs (estireno‐butadieno‐estireno)
Copolímeros

72. HuleHule….

73. Vulcanizacion• LIGA ATOMOS
• Gomas mas fuertes• Gomas mas fuertes
– Naturales y sinteticos

74. PolimerosPolimeros
Crosslinking

75. PolietilenoPOLIMERO
MONOMERO
HDPE (Code 2)

76. EJEMPLOS

78. Cloruro de polivinilo

79. Polipropileno

80. Poliestireno

81. TeflonTeflon

82. Poliacriloninitrilo

83. PMMA
Metil metacrilatoMetil metacrilato

84. REACCIONES DE
CONDENSACION
A+B = C + D
CONDENSACION
A+B = C + D

85. Baquelitaq

86. POLIAMIDAS

87. Poliester
22

88. PETPET

89. EPOXYEPOXY

90. CURADOCURADO

91. EPOXYEPOXY

92. Croslinking (entrecruzamiento)Croslinking (entrecruzamiento)

93. P líP líPolímerosPolímeros
1. Termoplásticos.
2. Termofijos

94. TermoplásticosTermoplásticos.
ld bl d é d ió l• Son remoldeables después de presión y calor.
• No emiten compuestos volátiles durante el p
moldeo.
• Su viscosidad varia por el incremento en laSu viscosidad varia por el incremento en la
temperatura y/o esfuerzo de corte.
• Algunos son cristalinos• Algunos son cristalinos.
• La mayoria por adición

95. TermofijosTermofijos
d• Mas usadas
• No fluyen bajo presión ni calor después de y j p p
curar
• No recuperan sus propiedades después de serNo recuperan sus propiedades después de ser
sometidas a calor intenso.
• Normalmente son amorfas• Normalmente son amorfas.
• Fenólicas y poliimidas emiten volátiles al curar.
Epóxicas y poliesteres no.

96. PARAMETROS IMPORTANTES EN
POLIMEROSPOLIMEROS
• ESTRUCTURA …..LINEAL, ENTRECRUZADA
• TACTICIDADTACTICIDAD
• PESO MOLECULAR
intramoleculares• ENLACES PRIMARIOS
• ENLACES SECUNDARIOS
intramoleculares
intermoleculares
ENLACES SECUNDARIOS
• NUMERO DE MONOMEROS
• CRISTALINIDAD

97. TACTICIDAD
ISOTACTICO SINDIOTACTICO

98. Poliestireno.
Ejemplos

99. ARAMID

100. Polímeros: Moléculas orgánicas gigantesg g g
Pesos moleculares desde 10 000 hastaPesos moleculares desde 10,000 hasta
mas de 1,000,000 g/mol
Distribución de longitudes de cadena
Grado de polimerización Peso MolecularGrado de polimerización Peso Molecular

101. Distribución de longitudes de cadena
Numero Promedio
del peso molecular
Mn
del peso molecular
Peso Promedio
n
M
Cantidad
de polimero
del peso molecular
Mw
Peso molecularPeso molecular
Debido a la amplia distribución, las mediciones experimentales de pesoDebido a la amplia distribución, las mediciones experimentales de peso
molecular dan solamente UN PROMEDIO.

102. CRISTALINIDADCRISTALINIDAD
O OAMORFO
ESFERULITAS

103. CRISTALINIDADCRISTALINIDAD

104. ESFERULITASESFERULITAS

105. CristalinidadCristalinidad
• Afecta las propiedades mecanicas y opticas.
• Resultado del procesamiento de los polimeros como
resultado de cambios en la temperatura
(enfriamiento lento) y de esfuerzos aplicados que
desenreden las cadenas .
densidad de s dad
Cristalinidad resistencia al ataque quimico
propiedades mecanicaspropiedades mecanicas

106. Carbohidratos
CHO1
H C OH
C HHO
C OHH
2
3 D -glucose
(linear form)C OHH
C OHH
CH2O H
5
4
6
( )
H O
CH2O H
H
H H O
CH2OH
H
OH
5
6 6
5
6
OH
H
OHH
OH
H
OH OH
H
OHH
O H
H
H
23
4 1 14
3 2
OHH OHH
-D-glucose -D-glucose

107. Compositos Estan formados de dos oCompositos. Estan formados de dos o
mas materiales que cuando son
combinados presentan propiedades
superiores (Fuerza dureza durabilidad)superiores (Fuerza, dureza, durabilidad)
que las de sus partes por separado
= SINERGIA

108. SINERGIA
BUCKMINSTERFULLER
The Wellspring of Reality

109. QUIMICOS BIOLOGOS

110. Esfuerzo a la tensiónf
Hierro 60 000 lb/in2Hierro 60,000 lb/in
Cobre 70,000 lb/in2
Níqu l 80 000 lb/in2Níquel 80,000 lb/in2
óAleación 350,000 lb/in2

111. MATERIALES DURABILIDAD
COMPUESTOS RESISTENCIA
LIGEREZA

112. COMPOSITOSCOMPOSITOS
MATRICES
Metales
C á iMATRICES
Cerámicos
Polímeros

114. REFUERZOS
Gravedad
Módulo de
Resistencia a la
Fibras Diámetro (m)
Gravedad
Específica
Young
(GPa)
Resistencia a la
Tensión (GPa)
Sintéticas
De vidrio
E
S
10
10
2.54
2 49
72.4
86 9
3.45
4 30S
De carbón
PAN
Amoco T-40
10
5.1
2.49
1.81
86.9
290
4.30
5.65
PITCH
Amoco P-55
Aramid
Kevlar 49
10
11 9
2.0
1 45
380
131
1.90
3 62Kevlar 49
De boro
11.9
140
1.45
2.7
131
393
3.62
3.1
Naturales
Yute
Sisal
Lino
Cáñamo
15-25
10-300
15-35
16
1.3
1.3
1.5
1 07
55
28
27
35
0.393
0.510
0.344
0 389Cáñamo
Piña
16
50-150
1.07
1.56
35
62
0.389
0.170

115. M t i C á iMatriz Cerámica
Alumina, alumino‐silicatos,Zirconia
SiO2. • Tenacidad. Fibras
Partículas.Partículas.
Dureza
REFUERZOS
Alto punto de fusión
RígidasRígidas
Densidad intermedia.

116. Matriz Metálica
Fe Al Ni Cu Ti Pb Aleaciones etcFe, Al, Ni, Cu, Ti, Pb, Aleaciones etc.
D P tí l• Dureza Partículas
• Desgaste Fibra corta o
REFUERZOS
g
whiskers
• Módulo elástico Fibra continua• Módulo elástico Fibra continua.
Características
FFuertes
Rígidosg
Densos

117. Matriz Polimérica
D
REFUERZOS
Fibras aleatorias
Fibras continuas
Partículas
• Dureza
• Desgaste REFUERZOS Partículas
Hojuelas.
g
• Módulo elástico
• Conductividad
• Prop. Electrónicas, optoelectrónicas, etc.
• Son formados fácilmente.
• Baja densidad.
Prop. Electrónicas, optoelectrónicas, etc.
Baja densidad.
• Características variables de extensión.
• Variabilidad de esfuerzos y módulosVariabilidad de esfuerzos y módulos.

118. • Adsorción y humedecimiento
• Interdifusión átomos o moléculas en• Interdifusión.‐ átomos o moléculas en
la interfase.
ó l á• Atracción electrostática.
• Enlace Químico.
• Enlace por reacción.
• Unión mecánica• Unión mecánica.

119. Aleación de Ti‐Gd‐B.
200nm
Verde = Boro
Rojo = Ti

120. 200nm

121. W CoW - Co
Verde = Cobalto
Azul = WolframioAzul = Wolframio

123. Martinez-Hernandez et al. 2003 submitted to Polymer.
10 m 2 m
Thwe M.M. y Liao K. 2003. Comp. Sci. Tech. 63:375
Ismail H. et al. 1997. Polymer. 38:4059

124. Modificación química para mejorar la interfase
Martínez‐Hernández A.L. et al.e‐polymers no.16, 2003

125. Polímero‐fibra celulosa modificadaPolímero fibra celulosa modificada
Tomoyuki F.; Te‐Fu K,.Polymer bulletin 382,115, 2002

126. Efecto de la forma y orientación del refuerzo
en las propiedades mecánicasp p

128. Producción de compositos avanzados
20000
25000
20000
15000
10000
5000
1980 1985 1990 1995 2000
Año

129. Material Y* ** c*** t****
Aluminium(Al/Sc
Alloy)
72 2.7 455 500
Aluminio(Puro)) 72 2 7 35 50Aluminio(Puro)) 72 2.7 35 50
Beryllium 310 1.8 240 280
Carbon Fibre
Pol. Composite
64 1.6 800 800
Cast Iron 117 7 87 115 175Cast Iron 117 7.87 115 175
MMC 86 2.7 340 370
Magnesium 46 1.8 630 700
PEEK 3 5 1 3 80 983.5 1.3 80 98
Steel (753 Alloy) 215 7.87 1100 1260
*Modulo de Young GPa
**Densidad Kg/m3
*** Esfuerzo de cedencia MPa
**** Esfuerzo a la tensión MPa

131. Esfuerzo especifico

132. Epoxi-Boro Estabilizadores horizontales del F‐14

133. Epoxi-Boro Estabilizadores horizontales y verticales del F‐15

134. Epoxi-carbón Alas, fuselaje,superficies de control del AV‐8B

135. Composito para mamparas F-18ompos to para mamparas F 8

136. Epoxi-carbón Alas, estabilizadores, fuselaje,superficies de control
estructura interna F‐22.

137. Piezas de alta precisión