FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES

Contenido CAPÍTULO 1 Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales 1 1.1 Los materiales y la ingeniería 2 1.2 Ciencia e ingeniería de los materiales 4 1.3 Tipos de materiales 5 1.3.1 Materiales metálicos 5 1.3.2 Materiales poliméricos 6 1.3.3 Materiales cerámicos 8 1.3.4 Materiales compuestos 9 1.3.5 Materiales electrónicos 10 1.4 Competencia entre los materiales 11 1.5 Avances recientes en la ciencia y tecnología de los materiales y tendencias futuras 12 1.5.1 Materiales inteligentes 12 1.5.2 Nanomateriales 13 1.6 Diseño y selección 14 1.7 Resumen 15 1.8 Definiciones 15 1.9 Problemas 16 CAPÍTULO 2 Estructura atómica y enlace 18 2.1 Estructura atómica y partículas subatómicas 19 2.2 Números atómicos, números de masa y masas Atómicas 21 2.2.1 Números atómicos y Números de masa 21 2.3 La estructura electrónica de los átomos 23 2.3.1 Teoría cuántica de Planck y radiación electromagnética 23 2.3.2 Teoría de Bohr del átomo de hidrogeno 26 2.3.3 El principio de incertidumbre y las funciones de onda de Schrodinger 28 2.3.4 Números cuánticos, niveles de energía y orbitales atómicos 31 2.3.5 El estado de energía de átomos multielectrones 33 2.3.6 El modelo mecanocuántico y la tabla periódica 34 2.4 Variaciones periódicas en el tamaño atómico, energía de ionización y afinidad electrónica 36 2.4.1 Tendencias en el tamaño atómico 36 2.4.2 Tendencias en la energía de ionización 37 2.4.3 Tendencias en la afinidad electrónica 39 2.4.4 Metales, metaloides y no metales 40 Enlaces primarios 40 2.5.1 Enlaces iónicos 41 2.5.2 Enlaces covalentes 46 2.5.3 Enlaces metálicos 50 2.5.4 Enlaces mixtos 52 Enlaces secundarios 53 Resumen 55 Definiciones 56 Problemas 57 CAPÍTULO 3 Estructuras cristalinas y amorfas en los materiales 62 Las redes espaciales y la celda unitaria 63 Sistemas cristalinos y redes de Bravais 64 Principales estructuras cristalinas metálicas 64 3.3.1 Estructura cristalina cubica centrada en el cuerpo (BCC) 67 3.3.2 Estructura cristalina cubica centrada en las caras (FCC) 68 3.3.3 Estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) 69 Posiciones del átomo en celdas unitarias cubicas 71 Direcciones en las celdas unitarias cubicas 71 Índices de Miller para los pianos cristalográficos en celdas unitarias cubicas 74 Pianos cristalográficos y direcciones en la estructura cristalina hexagonal 78 3.7.1 Índices para los pianos cristalinos en celdas unitarias HCP 78 3.7.2 Índices de dirección en las celdas unitarias HCP 79 Comparación de las estructuras cristalinas FCC, HCP y BCC 79 3.8.1 Estructuras cristalinas FCC y HCP 79 3.8.2 Estructura cristalina BCC 81 Cálculos de la densidad volumétrica, planar y lineal de las celdas unitarias 82 3.9.1 Densidad volumétrica 82 3.9.2 atómica planar 83 3.9.3 Densidad atómica lineal 84 3.10 Polimorfismo o alotropía 85 3.11 Análisis de las estructuras cristalinas 86 3.11.1 Fuentes de rayos X 86 3.11.2 Difracción de rayos X 87 3.11.3 Análisis por difracción de rayos X de las estructuras cristalinas 89 3.12 Materiales amorfos 93 3.13 Resumen 94 3.14 Definiciones 94 3.15 Problemas 95 CAPÍTULO 4 Solidificación e imperfecciones cristalinas 100 4.1 Solidificación de metales 101 4.1.1 Formación de núcleos estables en metales líquidos 102 4.1.2 Crecimiento de cristales de un metal líquido y formación de una estructura granular 106 4.1.3 Estructura granular de las fundiciones industriales 107 4.2 Solidificación de monocristales 108 4.3 Soluciones solidas metálicas 110 4.3.1 Soluciones solidas sustitucionales 110 4.3.2 Soluciones solidas intersticiales 112 4.4 Imperfecciones cristalinas 113 4.4.1 Defectos puntuales 113 4.4.2 Defectos lineales (dislocaciones) 114 4.4.3 Defectos planares 116 4.4.4 Defectos volumétricos 117 4.5 Técnicas experimentales para la identificación de microestructuras y defectos 117 4.5.1 Metalografía óptica, tamaño de grano según la ASTM y determinación del diámetro de grano118 4.5.2 Microscopia electrónica de barrido (SEM) 121 4.5.3 Microscopia electrónica de transmisión (TEM) 122 4.5.4 Microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (FIRTEM) 123 4.5.5 Microscopios de sonda de barrido y de resolución atómica 124 4.6 Resumen 126 4.7 Definiciones 127 4.8 Problemas 128 CAPÍTULO 5 Procesos activados por temperatura y difusión en los sólidos 132 5.1 Cinética en los procesos solidos 133 5.2 Difusión atómica en solidos 136 5.2.1 Difusión en sólidos en general 136 5.2.2 Mecanismos de la difusión 136 5.2.3 Difusión en estado estacionario 138 5.2.4 Difusión en estado no estacionario 140 5.3 Aplicaciones industriales de los procesos de difusión 141 5.3.1 Endurecimiento superficial del acero por carburización con gas 141 5.3.2 Difusión de impurezas en obleas de silicio para circuitos integrados 144 5.4 Efecto de la temperatura en la difusión en los sólidos 146 5.5 Resumen 148 5.7 Problemas 149 5.6 Definiciones 149 CAPÍTULO 6 Propiedades mecánicas de metales I 152 6.1 El proceso de metales y aleaciones 153 6.1.1 La fundición de metales y aleaciones 153 6.1.2 Laminación en caliente y en frio de metales y aleaciones 154 6.1.3 Extrusión de metales y aleaciones 157 6.1.4 Forja 158 6.1.5 Otros procesos de conformado de metales 159 6.2 Esfuerzo y de formación en metales 160 6.2.1 Deformación elástica y plástica 160 6.2.2 Esfuerzo ingenieril y deformación convencional 160 6.2.3 Coeficiente de Poisson 162 6.2.4 Esfuerzo de corte y deformación de corte 162 6.3 El ensayo de tracción y el diagrama esfuerzo- deformación convencional 163 6.3.1 Valores de propiedades mecánicas obtenidos del ensayo de tracción y del diagrama tensión de formación convencional 164 6.3.2 Comparación de curvas esfuerzo de formación convencional para algunas aleaciones seleccionadas 167 6.3.3 Esfuerzo real y de formación real 167 6.4 Dureza y ensayo de dureza 169 6.5 Deformación plástica de monocristales metálicos 170 6.5.1 Bandas de deslizamiento en Iíneas de deslizamiento en la superficie de cristales metálicos 170 6.5.2 Deformación plástica de cristales metálicos por el mecanismo de deslizamiento 172 6.5.3 Sistemas de deslizamiento 174 6.5.4 Esfuerzo de corte critico en monocristales metálicos 176 6.5.5 Ley de Schmid 177 6.5.6 Maclado 178 6.6 Deformación plática de metales policristalinos 179 6.6.1 Efecto de los límites de grano sobre la resistencia de los metales 179 6.6.2 Efecto de la de formación plástica en la forma de los granos y en el ordenamiento de dislocaciones 181 6.6.3 Efecto de la de formación plástica en frio en el incremento de la resistencia de los metales 182 6.7 Endurecimiento de los metales por solución solida 183 6.8 Recuperación y recristalización de los metales deformados plásticamente 184 6.8.1 Estructura de un metal fuertemente deformado enfrío antes del tratamiento térmico 184 6.8.2 Recuperación 185 6.8.3 Recristalización 185 6.9 Superplasticidad en metales 187 6.10 Metales nanocristalinos 189 6.11 Resumen 190 6.12 Definiciones 191 6.13 Problemas 192 CAPÍTULO 7 Propiedades mecánicas de metales II 197 7.1 Fractura de los metales 198 7.1.1 Fractura dúctil 199 7.1.2 Fractura frágil 200 7.1.3 Tenacidad y prueba de impacto 201 7.1.4 Temperatura de transición de dúctil a frágil 202 7.1.5 Tenacidad de fractura 203 7.2 Fatiga de los metales 205 7.2.1 Esfuerzos cíclicos 206 7.2.2 Cambios estructurales básicos que tienen lugar en un metal dúctil durante el proceso de fatiga 207 7.2.3 Factores de importancia que afectan la resistencia a la fatiga de los metales 208 7.3 Velocidad de propagación de las fisuras por fatiga 209 7.3.1 Correlación entre la propagación de la fisura por fatiga con el esfuerzo y la longitud de la fisura 210 7.3.2 Representación gráfica de la velocidad de crecimiento de fisuras por fatiga versus el factor de intensidad de esfuerzos 211 7.3.3 Cálculos de la vida en fatiga 212 7.4 Termofluencia (fluencia lenta) y esfuerzo de ruptura en los metales 213 7.4.1 La termofluencia en los metales 213 7.4.2 La prueba de termofluencia 215 7.4.3 Prueba de ruptura por termofluencia 216 7.5 Representación gráfica de datos de termofluencia y esfuerzo-tiempo de ruptura-temperatura utilizando el parámetro de Larsen-Miller 216 7.6 Un caso de estudio en fallas de componentes metálicos 218 7.7 Adelantos recientes y perspectivas en la optimización del desempeño mecánico de metales 220 7.7.1 Optimización simultanea de la ductilidad y la resistencia 220 7.7.2 Comportamiento de fatiga en metales nanocristalinos 221 7.8 Resumen 221 7.9 Definiciones 222 7.10 Problemas 222 CAPÍTULO 8 Diagramas de fase 226 8.1 Diagramas de fase de sustancias puras 227 8.2 Regia de las fases de Gibbs 227 8.3 Curvas de enfriamiento 228 8.4 Sistemas de aleaciones bi
narias isomorfas 229 8.5 Regia de la palanca 232 8.6 Solidificación fuera del equilibrio de aleaciones 235 8.7 Sistemas de aleaciones binarias eutécticas 236 8.8 Sistemas de aleaciones binarias peritécticas 241 8.9 Sistemas binarios monotecticos 246 8.10 Reacciones invariantes 247 8.11 Diagramas de fases con fases y compuestos intermedios 247 8.12 Diagramas de fases ternarios 251 8.13 Resumen 253 8.14 Definiciones 253 8.15 Problemas 254 CAPÍTULO 9 Aleaciones para ingeniería 260 9.1 Producción de hierro y acero 261 9.1.1 Producción de arrabio en un alto homo 261 9.1.2 Fabricación de acero y procesamiento de formas importantes de productos de ese material 262 9.2 El sistema hierro-carbono 263 9.2.1 Diagrama de fases hierro-hierro-carburo 263 9.2.2 Fases solidas en el diagrama de fuses Fe-Fe3C 264 9.2.3 Reacciones invariantes en el diagrama de fases Fe-Fe3C 266 9.2.4 Enfriamiento lento de aceros al carbono 266 9.3 Tratamiento térmico de aceros al carbono 271 9.3.1 Martensita 271 9.3.2 Descomposición isotérmica de la austenita 274 9.3.3 Diagrama de transformación por enfriamiento continuo para un acero al carbono eutectoide278 9.3.4 Recocido y normalización de aceros al carbono 280 9.3.5 Revenido de aceros al carbono 280 9.3.6 Clasificación y propiedades mecánicas típicas de aceros al carbono 283 9.4 Aceros de baja aleación 285 9.4.1 Clasificación de aceros de aleación 285 9.4.2 Distribución de los elementos contenidos en los aceros de aleación 285 9.4.3 Efectos de los elementos contenidos en una aleación sobre la temperatura eutectoide de los aceros 2 87 9.4.4 Templabilidad 287 9.4.5 Propiedades mecánicas y aplicaciones típicas de aceros de baja aleación 291 9.5 Aleaciones de aluminio 292 9.5.1 Endurecimiento por precipitación (endurecimiento) 292 9.5.2 Propiedades generales del aluminio y su producción 297 9.5.3 Aleaciones de aluminio forjado 297 9.5.4 Aleaciones de fundición de aluminio 301 9.6 Aleaciones de cobre 303 9.6.1 Propiedades generales de! cobre 303 9.6.2 Producción del cobre 303 9.6.3 Clasificación de las aleaciones de cobre 303 9.6.4 Aleaciones de cobre forjado 306 9.7 Aceros inoxidables 307 9.7.1 Aceros inoxidables ferríticos 307 9.7.2 Aceros inoxidables martensíticos 308 9.7.3 Aceros inoxidables austeníticos 310 9.8 Hierros fundidos 310 9.8.1 Propiedades generales 310 9.8.2 Tipos de hierros fundidos 311 9.8.3 Hierro fundido blanco 311 9.8.4 Hierro fundido gris 311 9.8.5 Hierros fundidos dúctiles 313 9.8.6 Hierros fundidos maleables 315 9.9 Aleaciones de magnesio, titanio y níquel 315 9.9.1 Aleaciones de magnesio 315 9.9.2 Aleaciones de titanio 317 9.9.3 Aleaciones de níquel 319 9.10 Aleaciones para propósitos especiales y sus aplicaciones 320 9.10.1 Intermetálicos 320 9.10.2 Aleaciones con memoria de forma 320 9.10.3 Metales amorfos 323 9.11 Resumen 325 9.12 Definiciones 325 9.13 Problemas 327 CAPITULO 10 Materiales poliméricos 333 10.1 Introducción 334 10.1.1 Termoplásticos 334 10.1.2 Plásticos termo fijos 334 10.2 Reacciones de polimerización 335 10.2.1 Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno 336 10.2.2 Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno activada 336 10.2.3 Reacción general para la polimerización del polietileno y grado de polimerización 336 10.2.4 Pasos de la polimerización en cadena 337 10.2.5 Peso molecular promedio de los termoplásticos 338 10.2.6 Funcionalidad de un monómero 339 10.2.7 Estructura de los polímeros linéeles no cristalinos 340 10.2.8 Polímeros de vinilo y vinilideno 340 10.2.9 Homopolfmeros y copolfmeros 341 10.2.10 Otros métodos de polimerización 344 10.3 Métodos industriales de polimerización 345 10.4 Cristalinidad y estereoisomerismo en algunos termoplásticos 346 10.4.1 Solidificación de termoplásticos no cristalinos 346 10.4.2 Solidificación de termoplásticos parcialmente cristalinos 347 10.4.3 Estructura de los materiales termoplásticos parcialmente cristalinos 347 10.4.4 Estereoisomerismo en los termoplásticos 349 10.4.5 Catalizadores de Ziegler y Natta 349 10.5 Procesamiento de los materiales plásticos 349 10.5.1 Procesos utilizados con los materiales termoplásticos 350 10.5.2 Procesos utilizados con los materiales termo fijos 352 10.6 Termoplásticos de uso general 354 10.6.1 Polietileno 355 10.6.2 Poli cloruro de vinilo y copo limeros 357 10.6.3 Polipropileno 358 10.6.4 Poli estireno 359 10.6.5 Poliacrilonitrilo 360 10.6.6 Estireno-acrilonitrilo (SAN) 360 10.6.7 ABS 360 10.6.8 Polimetil metacrilato (PMMA) 361 10.6.9 Fluoroplasticos 362 10.7 Termoplásticos de ingeniería 363 10.7.1 Poliamidas (nailon) 364 10.7.2 Policarbonato 366 10.7.3 Resinas de fenileno a base de óxido 367 10.7.4 Acetales 367 10.7.5 Poliésteres termoplásticos 368 10.7.6 Sulfuro depolifenileno 370 10.7.7 Polieterimida 370 10.7.8 Aleaciones depolfmeros 371 10.8 Plásticos no deformables por calor (termo fijos) 371 10.8.1 Fenólicos 372 10.8.2 Resinas epoxicas 374 10.8.3 Poliésteres insaturados 375 10.8.4 Resinas anímicas (ureas y melaninas) 377 10.9 Elastómeros (cauchos) 378 10.9.1 Caucho natural 378 10.9.2 Cauchos sintéticos 381 10.9.3 Propiedades de los elastómeros de policloropreno 382 10.9.4 Vulcanización de los elastómeros de policloropreno 383 10.10 Deformación y refuerzo de los materiales plásticos 385 10.10.1 Mecanismos de deformación para los termoplásticos 385 10.10.2 Refuerzo de los termoplásticos 386 10.10.3 Refuerzo de plásticos termo fijos 389 10.10.4 Efecto de la temperatura sobre la resistencia de los materiales plásticos 389 10.11 Fluencia y fractura de los materiales poliméricos 390 10.11.1 Fluencia de los materiales poliméricos 390 10.11.2 Relajación de esfuerzos en los materiales poliméricos 391 10.11.3 Fractura de los materiales poliméricos 392 10.12 Resumen 394 10.13 Definiciones 395 10.14 Problemas 396 CAPITULO 11 Cerámicos 403 11.1 Introducción 404 11.2 Estructuras cristalinas de cerámicos simples 405 11.2.1 Enlace iónico y covalente en compuestos cerámicos simples 405 11.2.2 Distribuciones iónicas sencillas que se encuentran en solidos enlazados iónicamente 405 11.2.3 Estructura cristalina del cloruro de cesio (CsCl) 408 11.2.4 Estructura cristalina del cloruro de sodio (NaCl) 408 11.2.5 Espacios intersticiales en redes cristalinas FCCyHCP 411 11.2.6 Estructura cristalina de blenda de zinc (ZnS) 412 11.2.7 Estructura cristalina del fluoruro de calcio (CaF2) 414 11.2.8 Estructura cristalina de la antifluorita 415 11.2.9 Estructura cristalina del corindón (Al203) 415 11.2.10 Estructura cristalina del espinel (MgAl204) 415 11.2.11 Estructura cristalina de la persiquita (CaTiOfi 415 11.2.12 El carbono y sus alotropos 416 11.3 Estructuras de silicatos 418 11.3.1 Unidad estructural básica de las estructuras de silicatos 418 11.3.2 Estructuras aislada, de cadena y de anillo de silicatos 418 11.3.3 Estructuras laminates de silicatos 418 11.3.4 Redes de silicato 420 11.4 Procesamiento de cerámicos 420 11.4.1 Preparación de materiales 421 11.4.2 Moldeo 421 11.4.3 Tratamientos térmicos 424 11.5 Cerámicos tradicionales y de ingeniería 425 11.5.1 Cerámicos tradicionales 425 11.5.2 Cerámicos de ingeniería 427 11.6 Propiedades mecánicas de los cerámicos 428 11.6.1 Generalidades 428 11.6.2 Mecanismos para la deformación de materiales cerámicos 429 11.6.3 Factores que afectan la resistencia de los materiales cerámicos 429 11.6.4 Tenacidad de los materiales cerámicos 430 11.6.5 Reforzamiento de la tenacidad de la circonia parcialmente estabilizada (PSZ) 431 11.6.6 Falla por fatiga de cerámicos 432 11.6.7 Materiales abrasivos cerámicos 433 11.7 Propiedades térmicas de los cerámicos 433 11.7.1 Materiales cerámicos refractarios 434 11.7.2 Refractarios ácidos 434 11.7.3 Refractarios básicos 435 11.7.4 Losetas cerámicas aislantes para el transbordador espacial 435 11.8 Vidrios 436 11.8.1 Definición de vidrio 436 11.8.2 Temperatura de transición vítrea 436 11.8.3 Estructura de los vidrios 436 11.8.4 Composición de diversos vidrios 438 11.8.5 Deformación viscosa de vidrios 439 11.8.6 Métodos de formación para vidrios 441 11.8.7 Vidrio templado 442 11.8.8 Vidrio reforzado químicamente 443 11.9 Recubrimientos cerámicos e ingeniería de superficies 443 11.9.1 Vidrios de silicato 443 11.9.2 Oxidas y carburos 443 11.10 Nanotecnología y cerámica 444 11.11 Resumen 445 11.12 Definiciones 446 11.13 Problemas 447 CAPITULO 12 Materiales compuestos 452 12.1 Introducción 453 12.2 Fibras para materiales compuestos de plástico reforzado 454 12.2.1 Fibras de vidrio para reforzar resinas de plástico 454 12.2.2 Fibras de carbono para plásticos reforzados 455 12.2.3 Fibras de aramida para reforzar resinas de plástico 456 1
2.2.4 Comparación de las propiedades mecánicas de las fibras de carbono, aramida y vidrio para materiales compuestos de plástico reforzado 457 12.3 Materiales compuestos de plástico reforzado con fibra 458 12.3.1 Matrices para materiales compuestos de plástico reforzado con fibra 458 12.3.2 Materiales compuestos de plásticos reforzados con fibras 459 12.3.3 Ecuaciones para el módulo elástico de un compuesto laminar con matriz de plástico reforzada con fibras continuas en condiciones de isodeformacion e isoesfuerzo 461 12.4 Procesos de molde abierto para producir materiales compuestos de plástico reforzado con fibra 464 12.4.1 Proceso de colocación manual de capas 465 12.4.2 Proceso de aspersión 465 12.4.3 Proceso de vatio en autoclave 466 12.4.4 Proceso con filamentos embobinados 467 12.5 Procesado de molde cerrado para materiales compuestos de plástico reforzado con fibra 467 12.5.1 Moldeo por compresión e inyección 467 12.5.2 El procesado del compuesto para el moldeo de placas (CMP) 467 12.5.3 Proceso de pultrusion continúa 468 12.6 Concreto 468 12.6.1 Cemento portland 469 12.6.2 Agua para mezclar con el concreto 471 12.6.3 Agregados para concreto 471 12.6.4 Oclusión de aire 471 12.6.5 Resistencia a la compresión del concreto 471 12.6.6 Proporciones de las mezclas de concreto 472 12.6.7 Concreto armado y preesforzado 474 12.6.8 Concreto preesforzado 474 12.7 Asfalto y mezclas de asfalto 475 12.8 Madera 475 12.8.1 Macroestructura de la madera 476 12.8.2 Microestructura de las maderas blandas 477 12.8.3 Microestructura de las maderas duras 477 12.8.4 Ultraestructura de la pared celular 478 12.8.5 Propiedades de la madera 479 12.9 Estructuras multicapas 480 12.9.1 Estructura tipo sandwich con panal 482 12.9.2 Estructuras metálicas recubiertas 482 12.10 Materiales compuestos de matriz metálica y matriz cerámica 482 12.10.1 Compuestos con matriz metálica (CMM) 482 12.10.2 Materiales de matriz cerámica (CMC) 485 12.10.3 Materiales de matriz cerámica y nanotecnología 488 12.11 Resumen 488 12.12 Definiciones 489 12.13 Problemas 490 CAPITULO 13 Corrosión 495 13.1 Aspectos generales 496 13.2 Corrosión electroquímica de los metales 496 13.2.1 Reacciones de oxidation-redución 496 13.2.2 Electrodo estándar de potencial de media celda para metales 497 13.3 Celdas galvánicas 499 13.3.1 Celdas galvánicas macroscópicas con electrolitos con concentración molar 499 13.3.2 Celdas galvánicas con electrolitos que no son de concentración uno molar 500 13.3.3 Celdas galvánicas con electrolitos de los o alcalinos sin iones metálicos presentes 501 13.3.4 Corrosión microscópica de celdas galvánicas microscópicas en un electrodo 502 13.3.5 Celdas galvánicas de concentración 503 13.3.6 Celdas galvánicas creadas por diferencias en la composición, estructura y esfuerzo 505 13.4 Velocidades (cinética) de la corrosión 507 13.4.1 Velocidad de la corrosión uniforme o electro de posición de un metal en una solución acuosa 507 13.4.2 Reacciones de corrosión y de polarización 509 13.4.3 Pasivación 512 13.4.4 La serie galvánica 513 13.5 Tipos de corrosión 514 13.5.1 Corrosión uniforme o general 514 13.5.2 Corrosión de dos metales o galvánica 514 13.5.3 Corrosión por picaduras 516 13.5.4 Corrosión en hendiduras 517 13.5.5 Corrosión intergranular 518 13.5.6 Corrosión por esfuerzo 519 13.5.7 Corrosión erosión 521 13.5.8 Daño por cavitación 522 13.5.9 Corrosión por desgaste 522 13.5.10 Corrosión selectiva 522 13.5.11 Daño por hidrogeno 523 13.6 Oxidación de metales 523 13.6.1 Películas de óxido protectoras 524 13.6.2 Mecanismo de oxidación 525 13.6.3 Velocidades de oxidación (cinética) 526 13.7 Control de la corrosión 527 13.7.1 Selección de materiales 528 13.7.2 Recubrimientos 529 13.7.3 Diseño 529 13.7.4 Alteración del ambiente 530 13.7.5 Protección anódica y catódica 531 13.8 Resumen 532 13.9 Definiciones 532 13.10 Problemas 533 CAPITULO 14 Propiedades eléctricas de materiales 537 14.1 Conducción eléctrica en metales 538 14.1.1 El modelo clásico de la conducción eléctrica en metales 538 14.1.2 Ley de Ohm 539 14.1.3 Velocidad de arrastre de electrones en un metal conductor 542 14.1.4 Resistividad eléctrica de metales 543 14.2 Modelo de bandas de energía para la conducción eléctrica 545 14.2.1 Modelo de bandas de energía para metales 545 14.2.2 Modelo de bandas de energía para aislantes 547 14.3 Semiconductores intrínsecos 547 14.3.1 El mecanismo de la conducción eléctrica en semiconductores intrínsecos 547 14.3.2 Transporte de cargo eléctrica en la red cristalina de silicio puro 548 14.3.3 Diagrama de bandas de energía para semiconductores elementales intrínsecos 548 14.3.4 Relaciones cuantitativas para la conducción eléctrica en semiconductores intrínsecos elementales 549 14.3.5 Efecto de la temperatura en la semiconductividad intrínseca 550 14.4 Semiconductores extrínsecos 552 14.4.1 Semiconductores extrínsecos tipo n (tipo negativo) 552 14.4.2 Semiconductores extrínsecos tipo p (tipo positive) 553 14.4.3 Impurificación de material semiconductor de silicio extrínseco 554 14.4.4 Efecto de la impurificación en concentraciones de portadores en semiconductores extrínsecos 554 14.4.5 Efecto de la concentrarían de impurezas ionizadas total en la movilidad de portadores de cargo en silicio a temperatura ambiente 557 14.4.6 Efecto de la temperatura en la conductividad eléctrica de semiconductores extrínsecos 558 14.5 Dispositivos semiconductores 559 14.5.1 La unión pn 559 14.5.2 Algunas aplicaciones de los diodos de unión pn 561 14.5.3 El transistor de unión bipolar 562 14.6 Microelectrónica 563 14.6.1 Transistores bipolares pianos microelectrónicas 564 14.6.2 Transistores de efecto de campo pianos microelectrónicas 565 14.6.3 Fabricación de circuitos integrados microelectrónicas 566 14.7 Semiconductores compuestos 571 14.8 Propiedades eléctricas de cerámicas 573 14.8.1 Propiedades básicas de los dieléctricos 573 14.8.2 Materiales aislantes cerámicos 575 14.8.3 Materiales cerámicos para capacitores 576 14.8.4 Semiconductores cerámicos 577 14.8.5 Cerámicas ferroelectricas 577 14.9 Nanoelectrónica 580 14.10 Resumen 581 14.11 Definiciones 581 14.12 Problemas 583 CAPITULO 15 Propiedades ópticas y materiales superconductores 586 15.1 Introducción 587 15.2 La luz y el espectro electromagnético 588 15.3 Refracción de la luz 589 15.3.1 Índice de refracción 589 15.3.2 Ley de Snell de la refracción de la luz 589 15.4 Absorción, transmisión y reflexión de la luz 590 15.4.1 Metales 591 15.4.2 Vidrios de silicato 591 15.4.3 Plásticos 593 15.4.4 Semiconductores 593 15.5 Luminiscencia 594 15.5.1 Fotoluminiscencia 594 15.5.2 Catodoluminiscencia 595 15.6 Radiación de emisión estimulada y laser 596 15.6.1 Tipos de laser 597 15.7 Fibras ópticas 599 15.7.1 Perdidas de luz en fibras ópticas 599 15.7.2 Fibras ópticas unimodo y multimodo 600 15.7.3 Fabricación de fibras ópticas 600 15.7.4 Sistemas modernos de comunicación de fibra óptica 601 15.8 Materiales superconductores 602 15.8.1 El estado superconductor 602 15.8.2 Propiedades magnéticas de superconductores 603 15.8.3 Flujo de corriente y campos magnéticos en superconductores 604 15.8.4 Superconductores de alto campo y alta corriente 605 15.8.5 Oxidas superconductores de alta temperatura crítica (TJ 606 15.9 Definiciones 607 15.10 Problemas 608 CAPITULO 16 Propiedades magnéticas 610 16.1 Introducción 611 16.2 Campos y cantidades magnéticas 611 16.2.1 Campos magnéticos 611 16.2.2 Inducción magnética 612 16.2.3 Permeabilidad magnética 613 16.2.4 Susceptibilidad magnética 614 16.3 Tipos de magnetismo 614 16.3.1 Diamagnetismo 614 16.3.2 Paramagnetismo 614 16.3.3 Ferromagnetismo 615 16.3.4 Momento magnético de un electrón del átomo no apareado 616 16.3.5 Anti ferromagnetismo 617 16.3.6 Ferromagnetismo 617 16.4 Efecto de la temperatura en el ferromagnetismo smo 618 16.5 Dominios ferromagnéticos 618 16.6 Tipos de energías que determinan la estructura de dominios ferromagnéticos 620 16.6.1 Energía de intercambio 620 16.6.2 Energía magnetoestatica 620 16.6.3 Energía de anisotropía magnetocristalina 620 16.6.4 Energía de la pared del dominio 621 16.6.5 Energía magnetoestrictiva 621 16.7 La magnetización y desmagnetización de un metal ferromagnético 622 16.8 Materiales magnéticos blandos 623 16.8.1 Propiedades deseables de materiales magnéticos blandos 623 16.8.2 Perdidas de energía para materiales magnéticos blandos 624 16.8.3 Aleaciones de hierro-silicio 624 16.8.4 Vidrios metálicos 625 16.8.5 Aleaciones de níquel-hierro 626 16.9 Materiales magnéticos duros 628 16.9.1 Propiedades de materiales magnéticos duros 628 16.9.2 Aleaciones de alnico 630 16.9.3 Aleaciones de tierras raras 631 16.9.4 Aleaciones magnéticas de niodimio- hierro
-boro 631 16.9.5 Aleaciones magnéticas de hierro-cromo- cobalto 632 16.10 Ferritas 633 16.10.1 Ferritas magnéticamente blandas 633 16.10.2 Ferritas magnéticamente duras 636 16.11 Resumen 636 16.12 Definiciones 637 16.13 Problemas 639 CAPITULO 17 Materiales biológicos y biomateriales 642 17.1 Introducción 643 17.2 Materiales biológicos: hueso 643 17.2.1 Composición 643 17.2.2 Microestructura 644 17.2.3 Propiedades mecánicas 644 17.2.4 Biomecánica de la fractura ósea 645 17.2.5 Viscoelasticidad del hueso 645 17.2.6 Remodelado óseo 646 17.2.7 Modelo compuesto de hueso 646 17.3 Materiales biológicos: tendones y ligamentos 647 17.3.1 Macroestructura y composición 647 17.3.2 Microestructuras 648 17.3.3 Propiedades mecánicas 649 17.3.4 Relación estructura-propiedades 650 17.3.5 Modelo constitutivo y viscoelasticidad 651 17.3.6 Lesión de ligamentos y tendones 652 17.4 Material biológico: cartílago articular 654 17.4.1 Composición y macroestructura 654 17.4.2 Microestructura 654 17.4.3 Propiedades mecánicas 654 17.4.4 Degeneración de cartílago 655 17.5 Biomateriales: metales en aplicaciones biomédicas 656 17.5.1 Aceros inoxidables 656 17.5.2 Aleaciones basadas en cobalto 657 17.5.3 Aleaciones de titanio 658 17.5.4 Algunos aspectos en la aplicación ortopédica de metales 659 17.6 Polímeros en aplicaciones biomédicas 660 17.6.1 Aplicaciones cardiovasculares de polímeros 660 17.6.2 Aplicaciones oftálmicas 661 17.6.3 Sistemas liberadores de medicamento 662 17.6.4 Materiales de sutura 663 17.6.5 Aplicaciones ortopédicas 663 17.7 Cerámicas en aplicaciones biomédicas 663 17.7.1 Alúmina en implantes ortopédicos 664 17.7.2 Alúmina en implantes dentales 665 17.7.3 Implantes ce

Proporciona a los estudiantes una introducción muy “amigable” a la ciencia y la ingeniería de materiales, a través de explicaciones concisas. Extensión adaptada a una asignatura de nivel introductorio.