4.1 CIENCIA DE LOS MATERIALES

La ciencia de materiales implica investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Por el contrario, la ingeniería de materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Conviene matizar esta diferencia, puesto que a menudo se presta a confusión.

La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que estudia conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad.

4.1.1. EI objeto de la Ciencia de Materiales.

El estudio de los materiales se basa en la relación estructura-propiedades-usos del material a analizar. Por otro lado, la ingeniería y ciencia de los materiales contempla el estudio de estos en condiciones tanto normales como extremas, por lo que se debe trabajar con herramientas tecnológicas como análisis de laboratorio, sistemas de simulación computarizada, pruebas para control y evaluación.

4.1.2. Materiales para Ingeniería.

Son elementos de los que están formados los objetos o productos. Existen en la naturaleza o pueden ser derivados unos de otros. Por consiguiente, tenemos la materia prima en la que podrían incluirse los hidrocarburos como el petróleo, los minerales y las rocas, los materiales y el producto final.
En la ingeniería, los materiales se transforman para dar paso a nuevos productos y sistemas que se aplican en la construcción, en la producción textil, medicamentos y otros muchos campos.

• Clasificación de los materiales de la ingeniería

Primeramente, explicamos qué es la ciencia de los materiales, ya que esta es la que se dedica a estudiar la estructura y propiedades de los mismos, por lo tanto, los clasifica en función de esas características como:

• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
• Materiales compuestos
• Materiales semiconductores

No obstante, esta ciencia solo reconoce como materiales a los metales, cerámicos y polímeros, por cuanto los compuestos son aleaciones de estos tres, mientras que los semiconductores entran en la clasificación de materiales cerámicos.

4.1.3. Tipos de Enlace.

• El enlace químico es la atracción entre diferentes átomos que permite la formación de moléculas o compuestos. Se produce gracias a compartir, ceder, aceptar o deslocalizar electrones.
• 
  Un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
• Un enlace covalente es un par de electrones compartido.
• El enlace metálico es un tipo de enlace químico que se encuentra en los metales. Consiste en la atracción electrostática entre un conjunto de iones metálicos positivos y una nube de electrones.

4.1.4. Propiedades Mecánicas y Físicas de los Materiales.

Las propiedades mecánicas y físicas de los materiales vienen determinadas por su composición química y su estructura interna, como el tamaño del grano o la estructura cristalina. Sin embargo, estas propiedades pueden alterarse bajo determinadas condiciones.

• Propiedades físicas de los materiales

Son aquellas que se pueden observar sin que cambie la composición del material.

• Propiedades químicas de los materiales

Producen cambios en la composición química del material porque interactúan con otras sustancias. Se trata de una tipología muy interesante en innovación, puesto que la mayoría de los materiales, cuando entran en contacto con otras sustancias, pueden reaccionar creando nuevos materiales.

• Propiedades térmicas de los materiales

Están relacionadas con la conductividad y se trata de las propiedades que muestra el material cuando el calor pasa a través de él.

• Propiedades magnéticas de los materiales

El origen del magnetismo se encuentra en los movimientos orbitales y de espín de los electrones y en cómo interactúan entre sí.

• Propiedades ópticas de los materiales

Esta tipología consiste en la respuesta que presenta un material frente a la exposición a las radiaciones electromagnéticas, especialmente a la luz visible. Cuando la luz incide sobre un material, se pueden producir varios procesos como la reflexión, la refracción, la absorción y la dispersión.

• Propiedades mecánicas de los materiales

Son aquellas que determinan el comportamiento de un material ante las fuerzas que se le aplican y reflejan la relación entre su respuesta a una carga y la deformación que sufre. Es decir, las propiedades mecánicas de los materiales nos ayudan a medir cómo se comportan los materiales bajo carga para conseguir un rendimiento óptimo del sistema. Las propiedades mecánicas incluyen, entre otras, la densidad, la dureza y la elasticidad.

4.1.5. Relación estructural y propiedades.

La correspondencia entre la composición, el tipo de enlace químico y la estructura de un material determina las características y propiedades que poseerá para desempeñar una función específica, así como el tipo de procesamiento o maquinado mediante el cual se puede obtener un producto particular. Dicha combinación (composición-enlace-estructura-propiedades) determina que los materiales sean especialmente útiles o únicos para desempeñar tareas específicas.

4.1.6. EI problema de la elección de un
material.

Se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas características determinadas Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, sus propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera. La elección de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades, dependiendo de la aplicación a la que se destine.