Ciencia de los materiales /
Anderson, J. C. 1922-
Ciencia de los materiales / J. C. Anderson ... [et al.]. - 2da. - México : Limusa, 1998. - 702 p.
CONTENIDO
Prólogo 5
Prólogo a la primera edición 7
Preguntas para autoevaluación 9
1. Elementos constitutivos: el electrón 17
1.1 Introducción 17
1.2 El electrón 18
1.3 Número de Avogadro 18
1.4 El átomo de Rutherford 20
1.5 Ondas y partículas 22
1.6 ¿Ondas o partículas? 29
1.7 Naturaleza ondulatoria de las "partículas" de mayor tamaño 31
1.8 El experimento de Thomson 31
1.9 El experimento de Millikan 33
1.10 Análisis de ondas 34
Problemas 39
Preguntas para autoevaluación 39
2. Mecánica ondulatoria 43
2.1 Introducción 43
2.2 Materia, ondas y probabilidad 43
2.3 Vector de onda, momento y energía 46
2.4 Energía potencial 48
2.5 Ecuación de onda 49
2.6 Electrón en una "caja" 50
2.7 Solución de la ecuación de Schrodinger 53
Problemas 55
Preguntas para autoevaluación 56
3. El átomo más sencillo: el hidrógeno 59
3.1 Introducción 59
3.2 Modelo atómico unidimensional 59
3.3 El átomo en dos dimensiones 63
3.4 El átomo en tres dimensiones: números cuánticos magnéticos 66
3.5 Espín del electrón 69
3.6 Nubes de electrones en el átomo de hidrógeno 70
3.7 Niveles de energía y espectros atómicos 71
3.8 Teoría atómica de Bohr 74
Problemas 76
Preguntas para autoevaluación 77
4. Átomos con más electrones: la tabla periódica 81
4.1 Introducción: el átomo nuclear 81
4.2 Principio de exclusión de Pauli 82
4.3 Estados electrónicos en átomos con electrones múltiples 83
4.4 Notación para los estados cuánticos 84
4.5 Tabla periódica 86
4.6 Elementos de transición 87
4.7 Valencia y combinación 'química 89
Problemas 90
Preguntas para autoevaluación 91
5. Moléculas y enlaces 97
5.1 Enlace molecular 97
5.2 Formación de una molécula 97
5.3 Enlaces en sólidos 100
5.4 Enlace iónico 101
5.5 Enlace covalente 103
5.6 Enlace metálico 105
5.7 Enlace de Van der Waals 106
5.8 Enlace de hidrógeno 107
5.9 Comparación de enlaces: enlaces mixtos 108
5.10 Fortaleza del enlace 110
5.11 Fortaleza del enlace y punto de fusión 111
Problemas 112
Preguntas para autoevaluación 113
6. Estructura de los cristales 117
6.1 Introducción 117
6.2 Monocristales 120
6.3 Distancias interatómicas y radios iónicos 121
6.4 Estructuras compactas de esferas idénticas 121
6.5 Cristales iónicos 125
6.6 Cristales covalentes 128
6.7 Cristales con enlaces mixtos 129
6.8 Polimorfismo 130
6.9 Indices de Miller de los planos atómicos 130
6.10 Direcciones cristalográficas 133
6.11 Teoría de las estructuras cristalinas 133
6.12 Mediciones de cristales 135
6.13 Ley de Bragg 136
Problemas 137
Preguntas para autoevaluación 138
7. Fenómenos térmicos en materiales 145
7.1 Introducción 145
7.2 Modelo de "esferas duras" para un cristal 145
7.3 La naturaleza de la energía térmica 146
7.4 Resumen de la teoría cinética de los gases monoatómicos 146
7.5 Distribuciones de energía 148
7.6 Algunas otras distribuciones de energía 151
7.7 Equilibrio térmico 152
7.8 Teoría cinética de sólidos: fuerzas interatómicas 154
7.9 Expansión térmica y teoría cinética 158
7.10 Ondas de la red cristalina y fonones 158
7.11 Calores específicos de sólidos 163
7.12 Calores específicos de gases poliatómicos 165
7.13 Cambios alotrópicos de fase 166
7.14 Calor latente y calor específico 169
7.15 Fusión 170
7.16 Termodinámica 170
7.17 Sólidos multifásicos 172
7.18 Teoría de velocidad de los cambios de fase 172
7.19 Fases metastables 176
7.20 Otras aplicaciones de la teoría de la velocidad 177
7.21 Reacciones químicas 177
7.22 Difusión 179
Problemas 181
Preguntas para autoevaluación 182
8. Defectos de los cristales 189
8.1 Introducción 189
8.2 Defectos puntuales 189
8.3 Defectos lineales 194
8.4 Defectos planares 212
Problemas 215
Preguntas para autoevaluación 216
9. Propiedades mecánicas 223
9.1 Introducción 223
9.2 Deformación elástica 224
9.3 Deformación anelástica 232
9.4 Deformación viscosa 233
9.5 Deformación plástica 235
9.6 Pruebas mecánicas 249
9.7 Fractura 263
9.8 Fatiga 273
9.9 Fluencia 278
9.10 Agrietamiento producido por el medio 284
Problemas 286
Preguntas para autoevaluación 288
10. Microestructura y propiedades 295
10.1 Introducción 295
10.2 Soluciones sólidas y fases intermedias 295
10.3 Diagramas de fases en equilibrio 299
10.4 Energía libre y diagramas de fases en equilibrio 312
10.5 Nucleación y crecimiento 316
10.6 Transformación martensítica 319
10.7 Algunos sistemas de aleaciones comerciales 320
Problemas 339
Preguntas para autoevaluación 340
11. Cerámicos y compuestos 349
11.1 Introducción 349
11.2 Estructura de los cerámicos 351
11.3 Obtención de cerámicos distintos del vidrio y del cemento 355
11.4 Producción de vidrio 362
11.5 Propiedades mecánicas de los cerámicos 365
11.6 Resistencia al desgaste y a la erosión 369
11.7 Choque térmico 370
11.8 Un sistema cerámico comercial: el sistema de sílice y alúmina 373
11.9 Dos cerámicos técnicos: zirconias y sialones 375
11.10 Cemento y concreto 380
11.11 Materiales compuestos 386
11.12 Propiedades mecánicas de compuestos de fibra continua 387
11.13 Propiedades mecánicas de compuestos de fibra discontinua 393
11.14 Anisotropía 396
11.15 Endurecimiento 398
11.16 Comparación de compuestos con matriz polimérica, metálica y cerámica 402
11.17 Algunos compuestos comerciales 407
Problemas 414
Preguntas para autoevaluación 415
12. Plásticos y polímeros 421
12.1 Introducción 421
12.2 Estructura molecular 422
12.3 Mecánica de las cadenas de polímeros flexibles 429
12.4 Fusiones termoplásticas 432
12.5 Polímeros amorfos 437
12.6 Cristalinidad y orientación 440
12.7 Termofijos y elastómeros 444
12.8 Propiedades mecánicas 447
12.9 Propiedades físicas y químicas 456
12.10 Plásticos multifásicos y celulares 461
12.11 Adhesivos 463
12.12 Polímeros especializados 463
Problemas 466
Preguntas para autoevaluación 466
13. Conducción eléctrica en metales 471
13.1 Papel de los electrones de valencia 471
13.2 Electrones en un cristal libre de campos 472
13.3 Aproximación del "gas de electrones" 476
13.4 Movimiento del electrón en campos eléctricos aplicados 478
13.5 Cálculo de Vd 480
13.6 Dispersión de fonones 482
13.7 Dependencia de la resistividad respecto a la temperatura 483
13.8 Dependencia estructural de la resistividad 485
13.9 Superconductividad 485
13.10 Probabilidad de colisión y tiempo libre medio de los electrones 491
Problemas 492
Preguntas para autoevaluación 493
14. Semiconductores 497
14.1 Introducción 497
14.2 Enlace y conductividad 497
14.3 Semiconductores 499
14.4 Conducción por huecos 501
14.5 Bandas de energía en un semiconductor 503
14.6 Excitación de electrones 504
14.7 Semiconductores impuros 507
14.8 Semiconductores impuros que contienen elementos del Grupo III 510
14.9 Semiconductores compuestos 511
14.10 La unión p-n: un rectificador 512
14.11 Flujo de corriente a través de una unión p-n polarizada 517
14.12 Transistores de unión 519
14.13 Transistores de efecto de campo (FET) 520
Problemas 523
Preguntas para autoevaluación 525
15. Procesamiento de semiconductores 531
15.1 Introducción 531
15.2 Purificación 531
15.3 Crecimiento de cristales 533
15.4 Dopado de cristales 537
15.5 Preparación de obleas 538
15.6 Crecimiento epitaxial 540
15.7 Procesamiento de circuitos integrados 545
15.8 Fotolitografía 546
15.9 Difusión de impurezas 548
15.10 Perfiles de difusión 550
15.11 Formación de uniones 553
15.12 Implantación de Ion es 555
15.13 Oxidación térmica del silicio 560
15.14 Metalización 562
15.15 Contactos metal-semiconductor 564
Problemas 569
Preguntas para autoevaluación 569
16. Materiales magnéticos 573
16.1 Introducción 573
16.2 Momento magnético de un cuerpo 573
16.3 Momento magnético atómico 575
16.4 Tamaño del momento magnético atómico 576
16.5 Elementos de transición 3d 579
16.6 Alineación de los momentos magnéticos atómicos en un sólido 580
16.7 Momentos atómicos paralelos (ferromagnetismo) 582
16.8 Dependencia de la magnetización con respecto a la temperatura 582
16.9 Momentos atómicos antiparalelos 584
16.10 Magnetización y dominios magnéticos 584
16.11 Algunos materiales magnéticos suaves 591
16.12 Materiales magnéticos duros o "permanentes" 595
Problemas 597
Preguntas para autoevaluación 598
17. Dieléctricos 603
17.1 Introducción 603
17.2 Bandas de energía en dieléctricos 603
17.3 Ley de Coulomb 606
17.4 Permitividad a C. A. 608
17.5 Densidad de flujo eléctrico 610
17.6 Polarización 612
17.7 Mecanismos de polarización 614
17.8 Polarizabilidad óptica (a e) 615
17.9 Polarizabilidad molecular(aayad) 616
17.10 Polarizabilidad interfacial (a¡) 617
17.11 Clasificación de los dieléctricos 618
17.12 Piezoelectricidad 620
17.13 Materiales piezoeléctricos 622
17.14 Piroelectricidad y ferroelectricidad 624
17.15 Dispositivos piroeléctricos 629
17.16 Permitividad compleja 630
17.17 Medición de la permitividad 631
Problemas 632
Preguntas para autoevaluación 634
18. Materiales ópticos 639
18.1 Introducción 639
18.2 Espectroscopia de absorción 640
18.3 Un modelo para la absorción debida a la red cristalina 642
18.4 Absorción electrónica en aislantes 646
18.5 Absorción electrónica en metales 648
18.6 Absorción electrónica en semiconductores 649
18.7 Indice de refracción 650
18.8 Dispersión de radiación óptica 651
18.9 Fibras ópticas 652
18.10 Luminiscencia 654
18.11 Principios de los láseres: amplificación óptica 657
18.12 Materiales láser 662
Problemas 666
Preguntas para autoevaluación 667
Lecturas complementarias 671
Apéndice 1 Unidades y factores de conversión 675
Apéndice 2 Constantes físicas 678
Apéndice 3 Propiedades físicas de los elementos 679
Tabla Periódica de los Elementos 682
Respuestas a los problemas 683
Indice 685
9681847172
ELECTRON
MECANICA ONDULATORIA
CRISTALES
CERAMICOS
PLASTICOS
POLIMEROS
SEMICONDUCTORES
MATERIALES MAGNETICOS
DIELECTRICOS
MATERIALES OPTICOS
TECNOLOGIA DE MATERIALES
MATERIALES
620.22 C347
Ciencia de los materiales / J. C. Anderson ... [et al.]. - 2da. - México : Limusa, 1998. - 702 p.
CONTENIDO
Prólogo 5
Prólogo a la primera edición 7
Preguntas para autoevaluación 9
1. Elementos constitutivos: el electrón 17
1.1 Introducción 17
1.2 El electrón 18
1.3 Número de Avogadro 18
1.4 El átomo de Rutherford 20
1.5 Ondas y partículas 22
1.6 ¿Ondas o partículas? 29
1.7 Naturaleza ondulatoria de las "partículas" de mayor tamaño 31
1.8 El experimento de Thomson 31
1.9 El experimento de Millikan 33
1.10 Análisis de ondas 34
Problemas 39
Preguntas para autoevaluación 39
2. Mecánica ondulatoria 43
2.1 Introducción 43
2.2 Materia, ondas y probabilidad 43
2.3 Vector de onda, momento y energía 46
2.4 Energía potencial 48
2.5 Ecuación de onda 49
2.6 Electrón en una "caja" 50
2.7 Solución de la ecuación de Schrodinger 53
Problemas 55
Preguntas para autoevaluación 56
3. El átomo más sencillo: el hidrógeno 59
3.1 Introducción 59
3.2 Modelo atómico unidimensional 59
3.3 El átomo en dos dimensiones 63
3.4 El átomo en tres dimensiones: números cuánticos magnéticos 66
3.5 Espín del electrón 69
3.6 Nubes de electrones en el átomo de hidrógeno 70
3.7 Niveles de energía y espectros atómicos 71
3.8 Teoría atómica de Bohr 74
Problemas 76
Preguntas para autoevaluación 77
4. Átomos con más electrones: la tabla periódica 81
4.1 Introducción: el átomo nuclear 81
4.2 Principio de exclusión de Pauli 82
4.3 Estados electrónicos en átomos con electrones múltiples 83
4.4 Notación para los estados cuánticos 84
4.5 Tabla periódica 86
4.6 Elementos de transición 87
4.7 Valencia y combinación 'química 89
Problemas 90
Preguntas para autoevaluación 91
5. Moléculas y enlaces 97
5.1 Enlace molecular 97
5.2 Formación de una molécula 97
5.3 Enlaces en sólidos 100
5.4 Enlace iónico 101
5.5 Enlace covalente 103
5.6 Enlace metálico 105
5.7 Enlace de Van der Waals 106
5.8 Enlace de hidrógeno 107
5.9 Comparación de enlaces: enlaces mixtos 108
5.10 Fortaleza del enlace 110
5.11 Fortaleza del enlace y punto de fusión 111
Problemas 112
Preguntas para autoevaluación 113
6. Estructura de los cristales 117
6.1 Introducción 117
6.2 Monocristales 120
6.3 Distancias interatómicas y radios iónicos 121
6.4 Estructuras compactas de esferas idénticas 121
6.5 Cristales iónicos 125
6.6 Cristales covalentes 128
6.7 Cristales con enlaces mixtos 129
6.8 Polimorfismo 130
6.9 Indices de Miller de los planos atómicos 130
6.10 Direcciones cristalográficas 133
6.11 Teoría de las estructuras cristalinas 133
6.12 Mediciones de cristales 135
6.13 Ley de Bragg 136
Problemas 137
Preguntas para autoevaluación 138
7. Fenómenos térmicos en materiales 145
7.1 Introducción 145
7.2 Modelo de "esferas duras" para un cristal 145
7.3 La naturaleza de la energía térmica 146
7.4 Resumen de la teoría cinética de los gases monoatómicos 146
7.5 Distribuciones de energía 148
7.6 Algunas otras distribuciones de energía 151
7.7 Equilibrio térmico 152
7.8 Teoría cinética de sólidos: fuerzas interatómicas 154
7.9 Expansión térmica y teoría cinética 158
7.10 Ondas de la red cristalina y fonones 158
7.11 Calores específicos de sólidos 163
7.12 Calores específicos de gases poliatómicos 165
7.13 Cambios alotrópicos de fase 166
7.14 Calor latente y calor específico 169
7.15 Fusión 170
7.16 Termodinámica 170
7.17 Sólidos multifásicos 172
7.18 Teoría de velocidad de los cambios de fase 172
7.19 Fases metastables 176
7.20 Otras aplicaciones de la teoría de la velocidad 177
7.21 Reacciones químicas 177
7.22 Difusión 179
Problemas 181
Preguntas para autoevaluación 182
8. Defectos de los cristales 189
8.1 Introducción 189
8.2 Defectos puntuales 189
8.3 Defectos lineales 194
8.4 Defectos planares 212
Problemas 215
Preguntas para autoevaluación 216
9. Propiedades mecánicas 223
9.1 Introducción 223
9.2 Deformación elástica 224
9.3 Deformación anelástica 232
9.4 Deformación viscosa 233
9.5 Deformación plástica 235
9.6 Pruebas mecánicas 249
9.7 Fractura 263
9.8 Fatiga 273
9.9 Fluencia 278
9.10 Agrietamiento producido por el medio 284
Problemas 286
Preguntas para autoevaluación 288
10. Microestructura y propiedades 295
10.1 Introducción 295
10.2 Soluciones sólidas y fases intermedias 295
10.3 Diagramas de fases en equilibrio 299
10.4 Energía libre y diagramas de fases en equilibrio 312
10.5 Nucleación y crecimiento 316
10.6 Transformación martensítica 319
10.7 Algunos sistemas de aleaciones comerciales 320
Problemas 339
Preguntas para autoevaluación 340
11. Cerámicos y compuestos 349
11.1 Introducción 349
11.2 Estructura de los cerámicos 351
11.3 Obtención de cerámicos distintos del vidrio y del cemento 355
11.4 Producción de vidrio 362
11.5 Propiedades mecánicas de los cerámicos 365
11.6 Resistencia al desgaste y a la erosión 369
11.7 Choque térmico 370
11.8 Un sistema cerámico comercial: el sistema de sílice y alúmina 373
11.9 Dos cerámicos técnicos: zirconias y sialones 375
11.10 Cemento y concreto 380
11.11 Materiales compuestos 386
11.12 Propiedades mecánicas de compuestos de fibra continua 387
11.13 Propiedades mecánicas de compuestos de fibra discontinua 393
11.14 Anisotropía 396
11.15 Endurecimiento 398
11.16 Comparación de compuestos con matriz polimérica, metálica y cerámica 402
11.17 Algunos compuestos comerciales 407
Problemas 414
Preguntas para autoevaluación 415
12. Plásticos y polímeros 421
12.1 Introducción 421
12.2 Estructura molecular 422
12.3 Mecánica de las cadenas de polímeros flexibles 429
12.4 Fusiones termoplásticas 432
12.5 Polímeros amorfos 437
12.6 Cristalinidad y orientación 440
12.7 Termofijos y elastómeros 444
12.8 Propiedades mecánicas 447
12.9 Propiedades físicas y químicas 456
12.10 Plásticos multifásicos y celulares 461
12.11 Adhesivos 463
12.12 Polímeros especializados 463
Problemas 466
Preguntas para autoevaluación 466
13. Conducción eléctrica en metales 471
13.1 Papel de los electrones de valencia 471
13.2 Electrones en un cristal libre de campos 472
13.3 Aproximación del "gas de electrones" 476
13.4 Movimiento del electrón en campos eléctricos aplicados 478
13.5 Cálculo de Vd 480
13.6 Dispersión de fonones 482
13.7 Dependencia de la resistividad respecto a la temperatura 483
13.8 Dependencia estructural de la resistividad 485
13.9 Superconductividad 485
13.10 Probabilidad de colisión y tiempo libre medio de los electrones 491
Problemas 492
Preguntas para autoevaluación 493
14. Semiconductores 497
14.1 Introducción 497
14.2 Enlace y conductividad 497
14.3 Semiconductores 499
14.4 Conducción por huecos 501
14.5 Bandas de energía en un semiconductor 503
14.6 Excitación de electrones 504
14.7 Semiconductores impuros 507
14.8 Semiconductores impuros que contienen elementos del Grupo III 510
14.9 Semiconductores compuestos 511
14.10 La unión p-n: un rectificador 512
14.11 Flujo de corriente a través de una unión p-n polarizada 517
14.12 Transistores de unión 519
14.13 Transistores de efecto de campo (FET) 520
Problemas 523
Preguntas para autoevaluación 525
15. Procesamiento de semiconductores 531
15.1 Introducción 531
15.2 Purificación 531
15.3 Crecimiento de cristales 533
15.4 Dopado de cristales 537
15.5 Preparación de obleas 538
15.6 Crecimiento epitaxial 540
15.7 Procesamiento de circuitos integrados 545
15.8 Fotolitografía 546
15.9 Difusión de impurezas 548
15.10 Perfiles de difusión 550
15.11 Formación de uniones 553
15.12 Implantación de Ion es 555
15.13 Oxidación térmica del silicio 560
15.14 Metalización 562
15.15 Contactos metal-semiconductor 564
Problemas 569
Preguntas para autoevaluación 569
16. Materiales magnéticos 573
16.1 Introducción 573
16.2 Momento magnético de un cuerpo 573
16.3 Momento magnético atómico 575
16.4 Tamaño del momento magnético atómico 576
16.5 Elementos de transición 3d 579
16.6 Alineación de los momentos magnéticos atómicos en un sólido 580
16.7 Momentos atómicos paralelos (ferromagnetismo) 582
16.8 Dependencia de la magnetización con respecto a la temperatura 582
16.9 Momentos atómicos antiparalelos 584
16.10 Magnetización y dominios magnéticos 584
16.11 Algunos materiales magnéticos suaves 591
16.12 Materiales magnéticos duros o "permanentes" 595
Problemas 597
Preguntas para autoevaluación 598
17. Dieléctricos 603
17.1 Introducción 603
17.2 Bandas de energía en dieléctricos 603
17.3 Ley de Coulomb 606
17.4 Permitividad a C. A. 608
17.5 Densidad de flujo eléctrico 610
17.6 Polarización 612
17.7 Mecanismos de polarización 614
17.8 Polarizabilidad óptica (a e) 615
17.9 Polarizabilidad molecular(aayad) 616
17.10 Polarizabilidad interfacial (a¡) 617
17.11 Clasificación de los dieléctricos 618
17.12 Piezoelectricidad 620
17.13 Materiales piezoeléctricos 622
17.14 Piroelectricidad y ferroelectricidad 624
17.15 Dispositivos piroeléctricos 629
17.16 Permitividad compleja 630
17.17 Medición de la permitividad 631
Problemas 632
Preguntas para autoevaluación 634
18. Materiales ópticos 639
18.1 Introducción 639
18.2 Espectroscopia de absorción 640
18.3 Un modelo para la absorción debida a la red cristalina 642
18.4 Absorción electrónica en aislantes 646
18.5 Absorción electrónica en metales 648
18.6 Absorción electrónica en semiconductores 649
18.7 Indice de refracción 650
18.8 Dispersión de radiación óptica 651
18.9 Fibras ópticas 652
18.10 Luminiscencia 654
18.11 Principios de los láseres: amplificación óptica 657
18.12 Materiales láser 662
Problemas 666
Preguntas para autoevaluación 667
Lecturas complementarias 671
Apéndice 1 Unidades y factores de conversión 675
Apéndice 2 Constantes físicas 678
Apéndice 3 Propiedades físicas de los elementos 679
Tabla Periódica de los Elementos 682
Respuestas a los problemas 683
Indice 685
9681847172
ELECTRON
MECANICA ONDULATORIA
CRISTALES
CERAMICOS
PLASTICOS
POLIMEROS
SEMICONDUCTORES
MATERIALES MAGNETICOS
DIELECTRICOS
MATERIALES OPTICOS
TECNOLOGIA DE MATERIALES
MATERIALES
620.22 C347