Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales /
Smith, William F., 1931-
Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales / William F. Smith, Javad Hashemi. - 4ta. - México : McGraw-Hill, 2006. - 1032 p. + 1 CD Rom.
Incluye CD-ROM N°I RE0324, RE0325, RE0549
CONTENIDO
CAPITULO 1. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales 2
1.1. Los materiales y la ingeniería 3
1.2. Ciencia e ingeniería de los materiales 6
1.3. Tipos de materiales 8
1.3.1. Materiales metálicos 8
1.3.2. Materiales poliméricos 10
1.3.3. Materiales cerámicos 11
1.3.4. Materiales compuestos 13
1.3.5. Materiales electrónicos 15
1.4. Competencia entre materiales 16
1.5. Avances recientes en la ciencia y tecnología de los materiales y tendencias futuras 18
1.5.1. Materiales inteligentes 18
1.5.2. Nanomateriales 19
CAPITULO 2. Estructura atómica y enlace 24
2.1. La estructura de los átomos 25
2.2. Números atómicos y masas atómicas 26
2.2.1. Números atómicos 26
2.2.2. Masas atómicas 26
2.3. La estructura electrónica de los átomos 29
2.3.1. El átomo de hidrógeno 29
2.3.2. Números cuánticos de los electrones atómicos 33
2.3.3. Estructura electrónica de átomos multielectrónicos 35
2.3.4. Estructura electrónica y reactividad química 39
2.4. Tipos de enlaces atómicos y enlaces moleculares 41
2.4.1. Enlaces atómicos primarios 42
2.4.2. Enlaces atómicos secundarios y moleculares 42
2.5. Enlace iónico 42
2.5.1. Enlace iónico en general 42
2.5.2. Fuerzas interiónicas para un par de iones 43
2.5.3. Energías interiónicas para un par de iones 46
2.5.4. Disposición de los iones en sólidos iónicos 47
2.5.5. Energías de enlace de sólidos iónicos 48
2.6. Enlace covalente 49
2.6.1. Enlace covalente en la molécula de hidrógeno 49
2.6.2. Enlace covalente en otras moléculas biatómicas 50
2.6.3. Enlace covalente en el carbono 51
2.6.4. Enlace covalente en moléculas que contienen carbono 53
2.6.5. Benceno 53
2.7. Enlace metálico 55
2.8. Enlaces secundarios 59
2.8.1. Dipolos inducidos 60
2.8.2. Dipolos permanentes 61
2.9. Enlaces mixtos 62
2.9.1. Enlace mixto iónico-covalente 62
2.9.2. Enlace mixto metálico-covalente 63
2.9.3. Enlace mixto metálico iónico 64
CAPITULO 3. Estructuras cristalinas y amorfas en los materiales 72
3.1. Las redes espaciales y la celda unitaria 73
3.2. Sistemas cristalinos y redes de Bravais 74
3.3. Principales estructuras cristalinas metálicas 75
3.3.1. Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) 77
3.3.2. Estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC) 80
3.3.3. Estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) 81
3.4. Posiciones del átomo en celdas unitarias cúbicas 83
3.5. Direcciones en las celdas unitarias cúbicas 84
3.6. Indices de Miller para los planos cristalográficos en celdas unitarias cúbicas 88
3.7. Planos cristalográficos y direcciones en la estructura cristalina hexagonal 93
3.7.1. Indices para los planos cristalinos en celdas unitarias HCP 93
3.7.2. Indices de dirección en las celdas unitarias HCP 94
3.8. Comparación de las estructuras cristalinas FCC, HCP y BCC 96
3.8.1. Estructuras cristalinas FCC y HCP 96
3.8.2. Estructura cristalina BCC 98
3.9. Cálculos de la densidad volumétrica, planar y lineal de las celdas unitarias 98
3.9.1. Densidad volumétrica 98
3.9.2. Densidad atómica planar 99
3.9.3. Densidad atómica lineal 101
3.10. Polimorfismo o alotropía 102
3.11. Análisis de las estructuras cristalinas 103
3.11.1. Fuentes de rayos X 104
3.11.2. Difracción de rayos X 105
3.11.3. Análisis por difracción de rayos X de las estructuras cristalinas 107
3.12. Materiales amorfos 113
CAPITULO 4. Solidificación e imperfecciones cristalinas 124
4.1. Solidificación de metales 125
4.1.1. Formación de núcleos estables en metales líquidos 127
4.1.2. Crecimiento de cristales de un metal líquido y formación de una estructura granular 132
4.1.3. Estructura granular de las fundiciones industriales 133
4.2. Solidificación de monocristales 134
4.3. Soluciones sólidas metálicas 138
4.3.1. Soluciones sólidas sustitucionales 139
4.3.2. Soluciones sólidas intersticiales 141
4.4. Imperfecciones cristalinas 143
4.4.1. Defectos puntuales 143
4.4.2. Defectos lineales (dislocaciones) 144
4.4.3. Defectos planares 147
4.4.4. Defectos volumétricos 150
4.5. Técnicas experimentales para la identificación de microestructuras y defectos 151
4.5.1. Metalografía óptica, tamaño de grano según la ASTM y determinación del diámetro de grano 151
4.5.2. Microscopia electrónica de barrido (SEM) 156
4.5.3. Microscopio electrónica de transmisión (TEM) 158
4.5.4. Microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) 159
4.5.5. Microscopios de sonda de barrido y resolución atómica 161
CAPITULO 5. Procesos activados por temperatura y difusión en los sólidos 172
5.1. Cinética en los procesos sólidos 173
5.2. Difusión atómica en sólidos 177
5.2.1. Difusión en sólidos en general 177
5.2.2. Mecanismos de la difusión 177
5.2.3. Difusión en estado estacionario 180
5.2.4. Difusión en estado no estacionario 182
5.3. Aplicaciones industriales de los procesos de difusión 184
5.3.1. Endurecimiento superficial del acero por carburización con gas 184
5.3.2. Difusión de impurezas en obleas de silicio para circuitos integrados 188
5.4. Efecto de la temperatura en la difusión en los sólidos 191
CAPITULO 6. Propiedades mecánicas de metales I 200
6.1. El proceso de metales y aleaciones 201
6.1.1. La fundición de metales y aleaciones 201
6.1.2. Laminación en caliente y en frío de metales y aleaciones 203
6.1.3. Extrusión de metales y aleaciones 208
6.1.4. Forja 209
6.1.5. Otros procesos de conformado de metales 211
6.2. Tensión y deformación en metales 212
6.2.1. Deformación elástica y plástica 213
6.2.2. Tensión de ingeniería y deformación convencional 213
6.2.3. Coeficiente de Poisson 216
6.2.4. Tensión de cizalladura y deformación de cizalladura 216
6.3. El ensayo de tracción y el diagrama-tensión de formación convencional 217
6.3.2. Comparación de curvas tensión deformación convencional para algunas aleaciones seleccionadas 225
6.3.3. Tensión real y deformación real 225
6.4. Dureza y ensayo de dureza 227
6.5. Deformación plástica de monocristales metálicos 229
6.5.1. Bandas de deslizamiento en líneas de deslizamiento en la superficie de cristales metálicos 229
6.5.2. Deformación plástica de cristales metálicos por el mecanismo de deslizamiento 232
6.5.3. Sistemas de deslizamiento 234
6.5.4. Tensión de cizalladura crítica en monocristales metálicos 235
6.5.5. Ley de Schmid 237
6.5.6. Maclado 240
6.6. Deformación plástica de metales policristalinos 242
6.6.1. Efecto de los límites de grano sobre la resistencia de los metales 242
6.6.2. Efecto de la deformación plástica en la forma de los granos y en el ordenamiento de dislocaciones 244
6.6.3. Efecto de la deformación plástica en frío en el incremento de la resistencia de los metales 246
6.7. Endurecimiento de los metales por disolución sólida 247
6.8. Recuperación y recristalización de los metales deformados plásticamente 249
6.8.1. Estructura de un metal fuertemente deformado en frío antes del tratamiento térmico 250
6.8.2. Recuperación 251
6.8.3. Recristalización 252
6.9. Superplasticidad en metales 257
6.10. Metales nanocristalinos 259
CAPITULO 7. Propiedades mecánicas de metales II 270
7.1. Fractura de los metales 271
7.1.1. Fractura dúctil 272
7.1.2. Fractura frágil 273
7.1.3. Tenacidad y prueba de impacto 276
7.1.4. Temperatura de transición de dúctil a frágil 276
7.1.5. Resistencia a la fractura 279
7.2. Fatiga de los metales 281
7.2.1. Esfuerzos cíclicos 285
7.2.2. Cambios estructurales básicos que tienen lugar en un metal dúctil durante el proceso de fatiga 286
7.2.3. Factores de importancia que afectan la resistencia a la fatiga de los metales 287
7.3. Velocidad de propagación de las fisuras por fatiga 288
7.3.1. Correlación entre la propagación de la fisura por fatiga con esfuerzo y la longitud de la fisura 288
7.3.3. Cálculos de los ciclos de resistencia a la fatiga 292
7.4. Fluencia y esfuerzo de ruptura en los metales 294
7.4.1. La fluencia en los metales 294
7.4.2. La prueba de fluencia 296
7.4.3. Prueba de ruptura por fluencia 297
7.6. Caso para el estudio de fallas en componentes metálicos 300
7.7. Adelantos recientes y perspectivas en la optimización del desempeño mecánico de metales 303
7.7.1. Optimización simultánea de la ductilidad y la resistencia 303
7.7.2. Comportamiento de fatiga en metales nanocristalinos 305
CAPITULO 8. Diagramas de fase 310
8.1. Diagramas de fase de sustancias puras 311
8.2. Regla de las fases de Gibbs 313
8.3. Curvas de enfriamiento 314
8.4. Sistemas de aleaciones binarias isomórficas 315
8.5. Regla de la palanca 318
8.6. Solidificación fuera del equilibrio de las aleaciones 322
8.7. Sistemas de aleaciones binarias eutécticas 326
8.8. Sistemas de aleaciones binarias peritécticas 333
8.9. Sistemas binarios monotécticos 338
8.10. Reacciones invariantes 339
8.11. Diagramas de fases con fases y compuestos intermedios 341
8.12. Diagramas de fases temarios 345
CAPITULO 9. Aleaciones para ingeniería 358
9.1. Producción de hierro y acero 360
9.1.1. Producción de arrabio en un alto horno 360
9.1.2. Fabricación de acero y procesamiento de formas importantes de productos de ese material 361
9.2. El sistema hierro-carbono 363
9.2.1. Diagrama de fases hierro-hierro carburo 363
9.2.2. Fases sólidas en el diagrama de fases de Fe-Fe3C 363
9.2.3. Reacciones invariantes en el diagrama dejases Fe-Fe3C 364
9.2.4. Enfriamiento lento de aceros al carbono simples 366
9.3. Tratamiento calórico de aceros al carbono simples 373
9.3.1. Martensita 373
9.3.2. Descomposición isotérmica de la austenita 378
9.3.3. Diagrama de transformación por enfriamiento continuo para un acero al carbono simple eutectoide 383
9.3.4. Recocido y normalización de aceros al carbono simples 386
9.3.5. Revenido de aceros al carbono simples 387
9.3.6. Clasificación y propiedades mecánicas típicas de aceros al carbono simples 391
9.4. Aceros de baja aleación 392
9.4.1. Clasificación de aceros de aleación 392
9.4.2. Distribución de los elementos contenidos en los aceros de aleación 394
9.4.3. Efectos de los elementos contenidos en una aleación sobre la temperatura eutectoide de los aceros 395
9.4.4. Templabilidad 396
9.4.5. Propiedades mecánicas y aplicaciones típicas de aceros de baja aleación 401
9.5. Aleaciones de aluminio 401
9.5.1. Endurecimiento por precipitación (endurecimiento) 403
9.5.2. Propiedades generales del aluminio y su producción 410
9.5.3. Aleaciones de aluminio forjado 411
9.5.4. Aleaciones de fundición de aluminio 416
9.6. Aleaciones de cobre 418
9.6.1. Propiedades generales del cobre 418
9.6.2. Producción del cobre 419
9.6.3. Clasificación de las aleaciones de cobre 419
9.6.4. Aleaciones de cobre forjado 422
9.7. Aceros inoxidables 424
9.7.1. Aceros inoxidables ferríticos 424
9.7.2. Aceros inoxidables martensíticos 425
9.7.3. Aceros inoxidables austeníticos 427
9.8. Hierros fundidos 429
9.8.1. Propiedades generales 429
9.8.2. Tipos de hierros fundidos 429
9.8.3. Hierro fundido blanco 429
9.8.4. Hierro fundido gris 431
9.8.5. Hierros fundidos dúctiles 432
9.8.6. Hierros fundidos maleables 435
9.9. Aleaciones de magnesio, titanio y níquel 436
9.9.1. Aleaciones de magnesio 436
9.9.2. Aleaciones de titanio 438
9.9.3. Aleaciones de níquel 440
9.10. Aleaciones para propósitos especiales y sus aplicaciones 441
9.10.1. Intermetálicos 441
9.10.2. Aleaciones con memoria de forma 442
9.10.3. Metales amorfos 446
9.11. Metales en aplicaciones biomédicas: biometales 448
9.11.1. Aceros inoxidables 449
9.11.2. Aleaciones a base de cobalto 449
9.11.3. Aleaciones de titanio 451
9.12. Algunos puntos a considerar sobre la aplicación ortopédica de los metales 452
CAPITULO 10. Materiales poliméricos 468
10.1. Introducción 469
10.1.1. Termoplástico 470
10.1.2. Plásticos termofijos 470
10.2. Reacciones de polimerización 471
10.2.1. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno 471
10.2.2. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno activada 472
10.2.3. Reacción general para la polimerización de polietileno y grado de polimerización 473
10.2.4. Pasos de la polimerización en cadena 473
10.2.5. Peso molecular promedio de los termoplásticos 475
10.2.6. Funcionalidad de un monómero 476
10.2.7. Estructura de los polímeros lineales no cristalinos 476
10.2.8. Polímeros de vinilo y vinilideno 478
10.2.9. Homopolímeros y copolimeros 479
10.2.10. Otros métodos de polimerización 482
10.3. Métodos industriales de polimerización 484
10.4. Cristalinidad y estereoisomerismo en algunos termoplásticos 486
10.4.1. Solidificación de termoplásticos no cristalinos 486
10.4.2. Solidificación de termoplásticos parcialmente cristalinos 486
10.4.3. Estructura de los materiales termoplásticos parcialmente cristalinos 488
10.4.4. Estereoisomerismo en los termoplásticos 489
10.4.5. Catalizadores de Ziegler y Natta 490
10.5. Procesado de los materiales plásticos 491
10.5.1. Procesos utilizados con los materiales termoplásticos 492
10.5.2. Procesos utilizados con los materiales termofijos 496
10.6. Temoplásticos de uso general 498
10.6.1. Polietileno 500
10.6.2. Policloruro de vinilo y copolímeros 503
10.6.3. Polipropileno 505
10.6.4. Poliestireno 505
10.6.5. Poliacrilonitrilo 506
10.6.6. Estireno-acrilonitrilo (SAN) 507
10.6.7. ABS 507
10.6.8. Polimetil metacrilato (PMMA) 509
10.6.9. Fluoroplásticos 510
10.7. Termoplásticos de ingeniería 511
10.7.1. Poliamidas (nailon) 512
10.7.2. Policarbonato 515
10.7.3. Resinas de fenileno a base de óxido 516
10.7.4. Acetales 517
10.7.5. Poliésteres termoplásticos 518
10.7.6. Sulfúro de polifenileno 519
10.7.7. Polieterimida 520
10.7.8. Aleaciones de polímeros 521
10.8. Plásticos no deformables por calor (termofijos) 521
10.8.1. Fenólicos 521
10.8.2. Resinas epóxicas 525
10.8.3. Poliésteres insaturados 527
10.8.4. Resinas amínicas (ureas y melaminas) 529
10.9. Elastómeros (cauchos) 531
10.9.1. Caucho natural 531
10.9.2. Cauchos sintéticos 534
10.9.3. Propiedades de los elastómeros de policloropreno 536
10.9.4. Vulcanización de los elastómeros de policloropreno 536
10.10. Deformación y refuerzo de los materiales plásticos 539
10.10.1. Mecanismos de deformación para los termoplásticos 539
10.10.2. Refuerzo de los termoplásticos 541
10.10.3. Refuerzo de plásticos termofijos 545
10.10.4. Efecto de la temperatura sobre la resistencia de los materiales plásticos 545
10.11. Fluencia y fractura de los materiales poliméricos 546
10.11.1. Fluencia de los materiales poliméricos 546
10.11.2. Relajación de esfuerzos de los materiales poliméricos 547
10.11.3. Fractura de los materiales poliméricos 550
10.12. Polímeros en aplicaciones biomédicas: biopolímeros 552
10.12.1. Aplicaciones cardiovasculares de los polímeros 553
10.12.2. Aplicaciones oftálmicas 554
10.12.3. Sistemas de administración de medicamentos 555
10.12.4. Materiales de sutura 556
10.12.5. Aplicaciones ortopédicas 556
CAPITULO 11. Cerámicas 572
11.1. Introducción 573
11.2. Estructuras cristalinas de cerámicas simples 575
11.2.1. Enlace iónico y covalente en compuestos cerámicos simples 575
11.2.3. Estructura cristalina del cloruro de cesio, (CsCl) 579
11.2.4. Estructura cristalina del cloruro de sodio (NaCl) 580
11.2.5. Espacios intersticiales en redes cristalinas FCC y HCP 584
11.2.6. Estructura cristalina de blenda de zinc (ZnS) 586
11.2.7. Estructura cristalina del fluoruro de calcio (CaF2) 588
11.2.8. Estructura cristalina de la antifluorita 590
11.2.9. Estructura cristalina del corindón (Al203) 590
11.2.10. Estructura cristalina del espinel (MgAl204) 590
11.2.11. Estructura cristalina de la perovskita (CaTi03) 590
11.2.12. El carbono y sus alótropos 591
11.3. Estructuras de silicatos 595
11.3.1. Unidad estructural básica de las estructuras de silicatos 595
11.3.2. Estructuras insular cadena y anillo de silicatos 595
11.3.3. Estructuras laminares de silicatos 595
11.3.4. Redes de silicato 597
11.4. Procesamiento de cerámicas 598
11.4.1. Preparación de materiales 599
11.4.2. Moldeado 599
11.4.3. Tratamientos térmicos 604
11.5. Cerámicas tradicionales y de ingeniería 606
11.5.1. Cerámicas tradicionales 606
11.5.2. Cerámicas de ingeniería 609
11.6. Propiedades mecánicas de las cerámicas 611
11.6.1. Generalidades 611
11.6.2. Mecanismos para la deformación de materiales cerámicos 611
11.6.3. Factores que afectan la resistencia de los materiales cerámicos 612
11.6.4. Tenacidad de los materiales cerámicos 613
11.6.6. Falla por fatiga de cerámicos 615
11.6.7. Materiales abrasivos cerámicos 617
11.7. Propiedades térmicas de las cerámicas 618
11.7.1. Materiales cerámicos refractarios 619
11.7.2. Refractarios ácidos 620
11.7.3. Refractarios básicos 620
11.7.4. Losetas cerámicas aislantes para el transbordador espacial 620
11.8. Vidrios 620
11.8.1. Definición de vidrio 622
11.8.2. Temperatura de transición vítrea 622
11.8.3. Estructura de los vidrios 623
11.8.4. Composición de diversos vidrios 624
11.8.5. Deformación viscosa de vidrios 626
11.8.6. Métodos de formación para vidrios 628
11.8.7. Vidrio templado 630
11.8.8. Vidrio reforzado químicamente 630
11.9. Recubrimientos cerámicos e ingeniería de superficies 632
11.9.1. Vidrios de silicato 632
11.9.2. Oxidos y carburos 632
11.10. Cerámicas en aplicaciones biomédicas 634
11.10.1. La alúmina en implantes ortopédicos 634
11.10.2. La alúmina en implantes dentales 636
11.10.3. Conectividad de implantes cerámicos y tejidos 636
11.11. Nanotecnología y cerámica 637
CAPITULO 12. Materiales compuestos 648
12.1. Introducción 649
12.2. Fibras para materiales compuestos de plástico reforzado 651
12.2.1. Fibras de vidrio para reforzar resinas de plástico 651
12.2.2. Fibras de carbono para plásticos reforzados 653
12.2.3. Fibras de aramida para reforzar resinas de plástico 654
12.3. Materiales compuestos de plástico reforzado con fibra 657
12.3.2. Materiales compuestos de plásticos reforzados con fibras 657
12.4.1. Proceso de colocación manual de capas 667
12.4.2. Proceso de aspersión 667
12.4.3. Proceso de bolsa de vacío en autoclave 668
12.4.4. Proceso de embobinado del filamento 670
12.5.1. Moldeo por compresión e inyección 672
12.5.2. El proceso del compuesto para moldeo de placas (CMP) 672
12.5.3. Proceso de pulirusión continua 674
12.6. Concreto 674
12.6.1. Cemento Pórtland 675
12.6.2. Agua para mezclar con el concreto 678
12.6.3. Agregados para concreto 679
12.6.4. Oclusión de aire 679
12.6.5. Resistencia del concreto a la compresión 679
12.6.6. Proporciones de las mezclas de concreto 679
12.6.7. Concreto armado y preesforzado 682
12.6.8. Concreto preesforzado 683
12.7. Asfalto y mezclas de asfalto 684
12.8. Madera 685
12.8.1. Macroestructura de la madera 685
12.8.2. Microestructura de las maderas blandas 688
12.8.3. Microestructura de las maderas duras 689
12.8.4. Ultraestructura de la pared celular 690
12.8.5. Propiedades de madera 692
12.9. Estructuras multicapas 695
12.9.1. Estructura tipo sándwich con panal 695
12.9.2. Estructuras metálicas recubiertas 695
12.10. Compuestos con matriz de metal y matriz de cerámica 696
12.10.1. Compuestos con matriz de metal (CMM) 696
12.10.2. Compuestos con matriz de cerámica (CMC) 700
12.10.3. Compuestos de cerámica y nanotecnología 703
12.11. Hueso: un material compuesto natural 703
12.11.1. Composición 703
12.11.2. Macroestructura 703
12.11.3. Propiedades mecánicas 705
12.11.4. Biomecánica de la fractura de un hueso 706
12.11.5. Viscoelasticidad del hueso 707
12.11.6. Remodelación del hueso 707
12.11.7. Nanotecnología y reparación de huesos 708
CAPÍTULO 13. Corrosión 718
13.1. Aspectos generales 719
13.2. Corrosión electroquímica de los metales 720
13.2.1. Reacciones oxidación-reducción 720
13.2.2. Electrodo estándar de potencial de media celda para metales 722
13.3. Celdas galvánicas 724
13.3.4. Corrosión microscópica de celdas galvánicas en un electrodo 729
13.3.5. Celdas galvánicas de concentración 730
13.4. Velocidades (cinética) de la corrosión 735
13.4.1. Velocidad de la corrosión uniforme o electrodepositación de un metal en una solución acuosa 736
13.4.2. Reacciones de corrosión y de polarización 739
13.4.3. Pasivación 742
13.4.4. La serie galvánica 743
13.5. Tipos de corrosión 745
13.5.1. Ataque corrosivo uniforme o general 745
13.5.2. Corrosión de dos metales o galvánica 745
13.5.3. Corrosión por picaduras 746
13.5.4. Corrosión por agrietamiento 749
13.5.5. Corrosión intergranular 751
13.5.6. Corrosión por esfuerzo 753
13.5.7. Corrosión por erosión 756
13.5.8. Daño por cavitación 756
13.5.9. Corrosión por desgaste 757
13.5.10. Fugas selectivas 757
13.5.11. Daño por hidrógeno 758
13.6. Oxidación de metales 759
13.6.1. Películas de óxido protectoras 759
13.6.2. Mecanismo de oxidación 761
13.6.3. Velocidad de oxidación (cinética) 762
13.7. Control de la corrosión 764
13.7.1. Selección de materiales 764
13.7.2. Recubrimientos 765
13.7.3. Diseño 766
13.7.4. Alteración del ambiente 767
13.7.5. Protección anódica y catódica 768
CAPITULO 14. Propiedades eléctricas de materiales 778
14.1. Conducción eléctrica en metales 779
14.1.1. El modelo clásico de la conducción eléctrica en metales 779
14.1.2. Ley de Ohm 781
14.1.3. Velocidad de arrastre de electrones en un metal conductor 785
14.1.4. Resistividad eléctrica de metales 786
14.2. Modelo de bandas de energía para la conducción eléctrica 790
14.2.1. Modelo de bandas de energía para metales 790
14.2.2. Modelo de bandas de energía para aislantes 792
14.3. Semiconductores intrínsecos 792
14.3.1. El mecanismo de la conducción eléctrica en semiconductores intrínsecos 792
14.3.2. Transporte de carga eléctrica en la red cristalina de silicio puro 793
14.3.3. Diagrama de bandas de energía para semiconductores elementales intrínsecos 794
14.3.5. Efecto de la temperatura en la semiconductividad intrínseca 797
14.4. Semiconductores extrínsecos 799
14.4.1. Semiconductores extrínsecos tipo n (tipo negativo) 799
14.4.2. Semiconductores extrínsecos tipo p (tipo positivo) 801
14.4.3. Impurificación de material semiconductor de silicio extrínseco 803
14.5. Dispositivos semiconductores 809
14.5.1. La unión pn 810
14.5.2. Algunas aplicaciones de los diodos de unión pn 813
14.5.3. El transistor de unión bipolar 815
14.6. Microelectrónica 816
14.6.1. Transistores bipolares planos microelectrónicos 818
14.6.2. Transistores de efecto de campo planos microelectrónicos 819
14.6.3. Fabricación de circuitos integrados microelectrónicas 821
14.7. Semiconductores compuestos 828
14.8. Propiedades eléctricas de cerâmicas 831
14.8.1. Propiedades básicas de los dieléctricos 831
14.8.2. Materiales aisladores cerámicos 834
14.8.3. Materiales cerámicos para capacitares 835
14.8.4. Semiconductores cerámicas 836
14.8.5. Cerámicas ferroeléctricas 838
14.9. Nanoelectrónica 841
CAPITULO 15. Propiedades ópticas y materiales superconductores 852
15.1. Introducción 853
15.2. La luz y el espectro electromagnético 853
15.3. Refracción de la luz 856
15.3.1. Indice de refracción 856
15.3.2. Ley de Snell de la refracción de la luz 857
15.4. Absorción, transmisión y reflexión de la luz 859
15.4.1. Metales 859
15.4.2. Vidrios de silicato 859
15.4.3. Plásticos 862
15.4.4. Semiconductores 862
15.5. Luminiscencia 863
15.5.1. Fotoluminiscencia 864
15.5.2. Catodoluminiscencia 864
15.6. Radiación de emisión estimulada y láser 866
15.6.1. Tipos de láser 868
15.7. Fibras ópticas 870
15.7.1. Pérdidas de luz en fibras ópticas 870
15.7.2. Fibras ópticas unimodo y multimodo 871
15.7.3. Fabricación de fibras ópticas 872
15.7.4. Sistemas modernos de comunicación de fibra óptica 874
15.8. Materiales superconductores 875
15.8.1. El estado superconductor 875
15.8.2. Propiedades magnéticas de superconductores 876
15.8.3. Flujo de corriente y campos magnéticos en superconductores 878
15.8.4. Superconductores de alto campo y alta corriente 879
15.8.5. Óxidos superconductores de alta temperatura crítica (Tc) 881
CAPITULO 16. Propiedades magnéticas 888
16.1. Introducción 889
16.2. Campos y cantidades magnéticas 889
16.2.1. Campos magnéticos 889
16.2.2. Inducción magnética 892
16.2.3. Permeabilidad magnética 892
16.2.4. Susceptibilidad magnética 894
16.3. Tipos de magnetismo 894
16.3.1. Diamagnetismo 895
16.3.2. Paramagnetismo 895
16.3.3. Ferromagnetismo 895
16.3.4. Momento magnético de un electrón del átomo no apareado 897
16.3.5. Antiferromagnetismo 899
16.3.6. Ferrimagnetismo 899
16.4. Efecto de la temperatura en el ferromagnetismo 899
16.5. Dominios ferromagnéticos 900
16.6.1. Energía de intercambio 902
16.6.2. Energía magnetoestática 903
16.6.3. Energía de anisotropía magnetocristalina 903
16.6.4. Energía de la pared del dominio 904
16.6.5. Energía magnetoestrictiva 905
16.7. La magnetización y desmagnetización de un metal ferromagnético 907
16.8. Materiales magnéticos blandos 908
16.8.1. Propiedades deseables de materiales magnéticos blandos 909
16.8.2. Pérdidas de energía para materiales magnéticos blandos 909
16.8.3. Aleaciones de hierro-silicio 910
16.8.4. Vidrios metálicos 911
16.8.5. Aleaciones de níquel-hierro 912
16.9. Materiales magnéticos duros 915
16.9.1. Propiedades de materiales magnéticos duros 915
16.9.2. Aleaciones de alnico 917
16.9.3. Aleaciones de tierras raras 919
16.9.4. Aleaciones magnéticas de niodimio-hierro-boro 921
16.9.5. Aleaciones magnéticas de hierro-cromo cobalto 921
16.10. Ferritas 923
16.10.1. Ferritas magnéticamente blandas 923
16.10.2. Ferritas magnéticamente duras 928
APENDICE I. Propiedades importantes de materiales de ingeniería seleccionados 937
APENDICE II. Algunas propiedades de elementos seleccionados 992
APENDICE III. Radios iónicos de los elementos 994
APENDICE IV. Cantidades físicas selectas y sus unidades 997
Referencias para estudios adicionales por capítulo 999
Glosario 1002
Respuestas a problemas seleccionados 1013
Indice analítico 1016
9789701056387
CIENCIAS DE LOS MATERIALES
ESTRUCTURA ATOMICA
ENLACES
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
ESTRUCTURAS AMORFAS
METALES-PROPIEDADES
ALEACIONES
POLIMEROS
CERAMICAS
MATERIALES COMPUESTOS
CORROSION
MATERIALES-PROPIEDADES
620.22 SM68 2006
Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales / William F. Smith, Javad Hashemi. - 4ta. - México : McGraw-Hill, 2006. - 1032 p. + 1 CD Rom.
Incluye CD-ROM N°I RE0324, RE0325, RE0549
CONTENIDO
CAPITULO 1. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales 2
1.1. Los materiales y la ingeniería 3
1.2. Ciencia e ingeniería de los materiales 6
1.3. Tipos de materiales 8
1.3.1. Materiales metálicos 8
1.3.2. Materiales poliméricos 10
1.3.3. Materiales cerámicos 11
1.3.4. Materiales compuestos 13
1.3.5. Materiales electrónicos 15
1.4. Competencia entre materiales 16
1.5. Avances recientes en la ciencia y tecnología de los materiales y tendencias futuras 18
1.5.1. Materiales inteligentes 18
1.5.2. Nanomateriales 19
CAPITULO 2. Estructura atómica y enlace 24
2.1. La estructura de los átomos 25
2.2. Números atómicos y masas atómicas 26
2.2.1. Números atómicos 26
2.2.2. Masas atómicas 26
2.3. La estructura electrónica de los átomos 29
2.3.1. El átomo de hidrógeno 29
2.3.2. Números cuánticos de los electrones atómicos 33
2.3.3. Estructura electrónica de átomos multielectrónicos 35
2.3.4. Estructura electrónica y reactividad química 39
2.4. Tipos de enlaces atómicos y enlaces moleculares 41
2.4.1. Enlaces atómicos primarios 42
2.4.2. Enlaces atómicos secundarios y moleculares 42
2.5. Enlace iónico 42
2.5.1. Enlace iónico en general 42
2.5.2. Fuerzas interiónicas para un par de iones 43
2.5.3. Energías interiónicas para un par de iones 46
2.5.4. Disposición de los iones en sólidos iónicos 47
2.5.5. Energías de enlace de sólidos iónicos 48
2.6. Enlace covalente 49
2.6.1. Enlace covalente en la molécula de hidrógeno 49
2.6.2. Enlace covalente en otras moléculas biatómicas 50
2.6.3. Enlace covalente en el carbono 51
2.6.4. Enlace covalente en moléculas que contienen carbono 53
2.6.5. Benceno 53
2.7. Enlace metálico 55
2.8. Enlaces secundarios 59
2.8.1. Dipolos inducidos 60
2.8.2. Dipolos permanentes 61
2.9. Enlaces mixtos 62
2.9.1. Enlace mixto iónico-covalente 62
2.9.2. Enlace mixto metálico-covalente 63
2.9.3. Enlace mixto metálico iónico 64
CAPITULO 3. Estructuras cristalinas y amorfas en los materiales 72
3.1. Las redes espaciales y la celda unitaria 73
3.2. Sistemas cristalinos y redes de Bravais 74
3.3. Principales estructuras cristalinas metálicas 75
3.3.1. Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) 77
3.3.2. Estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC) 80
3.3.3. Estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) 81
3.4. Posiciones del átomo en celdas unitarias cúbicas 83
3.5. Direcciones en las celdas unitarias cúbicas 84
3.6. Indices de Miller para los planos cristalográficos en celdas unitarias cúbicas 88
3.7. Planos cristalográficos y direcciones en la estructura cristalina hexagonal 93
3.7.1. Indices para los planos cristalinos en celdas unitarias HCP 93
3.7.2. Indices de dirección en las celdas unitarias HCP 94
3.8. Comparación de las estructuras cristalinas FCC, HCP y BCC 96
3.8.1. Estructuras cristalinas FCC y HCP 96
3.8.2. Estructura cristalina BCC 98
3.9. Cálculos de la densidad volumétrica, planar y lineal de las celdas unitarias 98
3.9.1. Densidad volumétrica 98
3.9.2. Densidad atómica planar 99
3.9.3. Densidad atómica lineal 101
3.10. Polimorfismo o alotropía 102
3.11. Análisis de las estructuras cristalinas 103
3.11.1. Fuentes de rayos X 104
3.11.2. Difracción de rayos X 105
3.11.3. Análisis por difracción de rayos X de las estructuras cristalinas 107
3.12. Materiales amorfos 113
CAPITULO 4. Solidificación e imperfecciones cristalinas 124
4.1. Solidificación de metales 125
4.1.1. Formación de núcleos estables en metales líquidos 127
4.1.2. Crecimiento de cristales de un metal líquido y formación de una estructura granular 132
4.1.3. Estructura granular de las fundiciones industriales 133
4.2. Solidificación de monocristales 134
4.3. Soluciones sólidas metálicas 138
4.3.1. Soluciones sólidas sustitucionales 139
4.3.2. Soluciones sólidas intersticiales 141
4.4. Imperfecciones cristalinas 143
4.4.1. Defectos puntuales 143
4.4.2. Defectos lineales (dislocaciones) 144
4.4.3. Defectos planares 147
4.4.4. Defectos volumétricos 150
4.5. Técnicas experimentales para la identificación de microestructuras y defectos 151
4.5.1. Metalografía óptica, tamaño de grano según la ASTM y determinación del diámetro de grano 151
4.5.2. Microscopia electrónica de barrido (SEM) 156
4.5.3. Microscopio electrónica de transmisión (TEM) 158
4.5.4. Microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) 159
4.5.5. Microscopios de sonda de barrido y resolución atómica 161
CAPITULO 5. Procesos activados por temperatura y difusión en los sólidos 172
5.1. Cinética en los procesos sólidos 173
5.2. Difusión atómica en sólidos 177
5.2.1. Difusión en sólidos en general 177
5.2.2. Mecanismos de la difusión 177
5.2.3. Difusión en estado estacionario 180
5.2.4. Difusión en estado no estacionario 182
5.3. Aplicaciones industriales de los procesos de difusión 184
5.3.1. Endurecimiento superficial del acero por carburización con gas 184
5.3.2. Difusión de impurezas en obleas de silicio para circuitos integrados 188
5.4. Efecto de la temperatura en la difusión en los sólidos 191
CAPITULO 6. Propiedades mecánicas de metales I 200
6.1. El proceso de metales y aleaciones 201
6.1.1. La fundición de metales y aleaciones 201
6.1.2. Laminación en caliente y en frío de metales y aleaciones 203
6.1.3. Extrusión de metales y aleaciones 208
6.1.4. Forja 209
6.1.5. Otros procesos de conformado de metales 211
6.2. Tensión y deformación en metales 212
6.2.1. Deformación elástica y plástica 213
6.2.2. Tensión de ingeniería y deformación convencional 213
6.2.3. Coeficiente de Poisson 216
6.2.4. Tensión de cizalladura y deformación de cizalladura 216
6.3. El ensayo de tracción y el diagrama-tensión de formación convencional 217
6.3.2. Comparación de curvas tensión deformación convencional para algunas aleaciones seleccionadas 225
6.3.3. Tensión real y deformación real 225
6.4. Dureza y ensayo de dureza 227
6.5. Deformación plástica de monocristales metálicos 229
6.5.1. Bandas de deslizamiento en líneas de deslizamiento en la superficie de cristales metálicos 229
6.5.2. Deformación plástica de cristales metálicos por el mecanismo de deslizamiento 232
6.5.3. Sistemas de deslizamiento 234
6.5.4. Tensión de cizalladura crítica en monocristales metálicos 235
6.5.5. Ley de Schmid 237
6.5.6. Maclado 240
6.6. Deformación plástica de metales policristalinos 242
6.6.1. Efecto de los límites de grano sobre la resistencia de los metales 242
6.6.2. Efecto de la deformación plástica en la forma de los granos y en el ordenamiento de dislocaciones 244
6.6.3. Efecto de la deformación plástica en frío en el incremento de la resistencia de los metales 246
6.7. Endurecimiento de los metales por disolución sólida 247
6.8. Recuperación y recristalización de los metales deformados plásticamente 249
6.8.1. Estructura de un metal fuertemente deformado en frío antes del tratamiento térmico 250
6.8.2. Recuperación 251
6.8.3. Recristalización 252
6.9. Superplasticidad en metales 257
6.10. Metales nanocristalinos 259
CAPITULO 7. Propiedades mecánicas de metales II 270
7.1. Fractura de los metales 271
7.1.1. Fractura dúctil 272
7.1.2. Fractura frágil 273
7.1.3. Tenacidad y prueba de impacto 276
7.1.4. Temperatura de transición de dúctil a frágil 276
7.1.5. Resistencia a la fractura 279
7.2. Fatiga de los metales 281
7.2.1. Esfuerzos cíclicos 285
7.2.2. Cambios estructurales básicos que tienen lugar en un metal dúctil durante el proceso de fatiga 286
7.2.3. Factores de importancia que afectan la resistencia a la fatiga de los metales 287
7.3. Velocidad de propagación de las fisuras por fatiga 288
7.3.1. Correlación entre la propagación de la fisura por fatiga con esfuerzo y la longitud de la fisura 288
7.3.3. Cálculos de los ciclos de resistencia a la fatiga 292
7.4. Fluencia y esfuerzo de ruptura en los metales 294
7.4.1. La fluencia en los metales 294
7.4.2. La prueba de fluencia 296
7.4.3. Prueba de ruptura por fluencia 297
7.6. Caso para el estudio de fallas en componentes metálicos 300
7.7. Adelantos recientes y perspectivas en la optimización del desempeño mecánico de metales 303
7.7.1. Optimización simultánea de la ductilidad y la resistencia 303
7.7.2. Comportamiento de fatiga en metales nanocristalinos 305
CAPITULO 8. Diagramas de fase 310
8.1. Diagramas de fase de sustancias puras 311
8.2. Regla de las fases de Gibbs 313
8.3. Curvas de enfriamiento 314
8.4. Sistemas de aleaciones binarias isomórficas 315
8.5. Regla de la palanca 318
8.6. Solidificación fuera del equilibrio de las aleaciones 322
8.7. Sistemas de aleaciones binarias eutécticas 326
8.8. Sistemas de aleaciones binarias peritécticas 333
8.9. Sistemas binarios monotécticos 338
8.10. Reacciones invariantes 339
8.11. Diagramas de fases con fases y compuestos intermedios 341
8.12. Diagramas de fases temarios 345
CAPITULO 9. Aleaciones para ingeniería 358
9.1. Producción de hierro y acero 360
9.1.1. Producción de arrabio en un alto horno 360
9.1.2. Fabricación de acero y procesamiento de formas importantes de productos de ese material 361
9.2. El sistema hierro-carbono 363
9.2.1. Diagrama de fases hierro-hierro carburo 363
9.2.2. Fases sólidas en el diagrama de fases de Fe-Fe3C 363
9.2.3. Reacciones invariantes en el diagrama dejases Fe-Fe3C 364
9.2.4. Enfriamiento lento de aceros al carbono simples 366
9.3. Tratamiento calórico de aceros al carbono simples 373
9.3.1. Martensita 373
9.3.2. Descomposición isotérmica de la austenita 378
9.3.3. Diagrama de transformación por enfriamiento continuo para un acero al carbono simple eutectoide 383
9.3.4. Recocido y normalización de aceros al carbono simples 386
9.3.5. Revenido de aceros al carbono simples 387
9.3.6. Clasificación y propiedades mecánicas típicas de aceros al carbono simples 391
9.4. Aceros de baja aleación 392
9.4.1. Clasificación de aceros de aleación 392
9.4.2. Distribución de los elementos contenidos en los aceros de aleación 394
9.4.3. Efectos de los elementos contenidos en una aleación sobre la temperatura eutectoide de los aceros 395
9.4.4. Templabilidad 396
9.4.5. Propiedades mecánicas y aplicaciones típicas de aceros de baja aleación 401
9.5. Aleaciones de aluminio 401
9.5.1. Endurecimiento por precipitación (endurecimiento) 403
9.5.2. Propiedades generales del aluminio y su producción 410
9.5.3. Aleaciones de aluminio forjado 411
9.5.4. Aleaciones de fundición de aluminio 416
9.6. Aleaciones de cobre 418
9.6.1. Propiedades generales del cobre 418
9.6.2. Producción del cobre 419
9.6.3. Clasificación de las aleaciones de cobre 419
9.6.4. Aleaciones de cobre forjado 422
9.7. Aceros inoxidables 424
9.7.1. Aceros inoxidables ferríticos 424
9.7.2. Aceros inoxidables martensíticos 425
9.7.3. Aceros inoxidables austeníticos 427
9.8. Hierros fundidos 429
9.8.1. Propiedades generales 429
9.8.2. Tipos de hierros fundidos 429
9.8.3. Hierro fundido blanco 429
9.8.4. Hierro fundido gris 431
9.8.5. Hierros fundidos dúctiles 432
9.8.6. Hierros fundidos maleables 435
9.9. Aleaciones de magnesio, titanio y níquel 436
9.9.1. Aleaciones de magnesio 436
9.9.2. Aleaciones de titanio 438
9.9.3. Aleaciones de níquel 440
9.10. Aleaciones para propósitos especiales y sus aplicaciones 441
9.10.1. Intermetálicos 441
9.10.2. Aleaciones con memoria de forma 442
9.10.3. Metales amorfos 446
9.11. Metales en aplicaciones biomédicas: biometales 448
9.11.1. Aceros inoxidables 449
9.11.2. Aleaciones a base de cobalto 449
9.11.3. Aleaciones de titanio 451
9.12. Algunos puntos a considerar sobre la aplicación ortopédica de los metales 452
CAPITULO 10. Materiales poliméricos 468
10.1. Introducción 469
10.1.1. Termoplástico 470
10.1.2. Plásticos termofijos 470
10.2. Reacciones de polimerización 471
10.2.1. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno 471
10.2.2. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno activada 472
10.2.3. Reacción general para la polimerización de polietileno y grado de polimerización 473
10.2.4. Pasos de la polimerización en cadena 473
10.2.5. Peso molecular promedio de los termoplásticos 475
10.2.6. Funcionalidad de un monómero 476
10.2.7. Estructura de los polímeros lineales no cristalinos 476
10.2.8. Polímeros de vinilo y vinilideno 478
10.2.9. Homopolímeros y copolimeros 479
10.2.10. Otros métodos de polimerización 482
10.3. Métodos industriales de polimerización 484
10.4. Cristalinidad y estereoisomerismo en algunos termoplásticos 486
10.4.1. Solidificación de termoplásticos no cristalinos 486
10.4.2. Solidificación de termoplásticos parcialmente cristalinos 486
10.4.3. Estructura de los materiales termoplásticos parcialmente cristalinos 488
10.4.4. Estereoisomerismo en los termoplásticos 489
10.4.5. Catalizadores de Ziegler y Natta 490
10.5. Procesado de los materiales plásticos 491
10.5.1. Procesos utilizados con los materiales termoplásticos 492
10.5.2. Procesos utilizados con los materiales termofijos 496
10.6. Temoplásticos de uso general 498
10.6.1. Polietileno 500
10.6.2. Policloruro de vinilo y copolímeros 503
10.6.3. Polipropileno 505
10.6.4. Poliestireno 505
10.6.5. Poliacrilonitrilo 506
10.6.6. Estireno-acrilonitrilo (SAN) 507
10.6.7. ABS 507
10.6.8. Polimetil metacrilato (PMMA) 509
10.6.9. Fluoroplásticos 510
10.7. Termoplásticos de ingeniería 511
10.7.1. Poliamidas (nailon) 512
10.7.2. Policarbonato 515
10.7.3. Resinas de fenileno a base de óxido 516
10.7.4. Acetales 517
10.7.5. Poliésteres termoplásticos 518
10.7.6. Sulfúro de polifenileno 519
10.7.7. Polieterimida 520
10.7.8. Aleaciones de polímeros 521
10.8. Plásticos no deformables por calor (termofijos) 521
10.8.1. Fenólicos 521
10.8.2. Resinas epóxicas 525
10.8.3. Poliésteres insaturados 527
10.8.4. Resinas amínicas (ureas y melaminas) 529
10.9. Elastómeros (cauchos) 531
10.9.1. Caucho natural 531
10.9.2. Cauchos sintéticos 534
10.9.3. Propiedades de los elastómeros de policloropreno 536
10.9.4. Vulcanización de los elastómeros de policloropreno 536
10.10. Deformación y refuerzo de los materiales plásticos 539
10.10.1. Mecanismos de deformación para los termoplásticos 539
10.10.2. Refuerzo de los termoplásticos 541
10.10.3. Refuerzo de plásticos termofijos 545
10.10.4. Efecto de la temperatura sobre la resistencia de los materiales plásticos 545
10.11. Fluencia y fractura de los materiales poliméricos 546
10.11.1. Fluencia de los materiales poliméricos 546
10.11.2. Relajación de esfuerzos de los materiales poliméricos 547
10.11.3. Fractura de los materiales poliméricos 550
10.12. Polímeros en aplicaciones biomédicas: biopolímeros 552
10.12.1. Aplicaciones cardiovasculares de los polímeros 553
10.12.2. Aplicaciones oftálmicas 554
10.12.3. Sistemas de administración de medicamentos 555
10.12.4. Materiales de sutura 556
10.12.5. Aplicaciones ortopédicas 556
CAPITULO 11. Cerámicas 572
11.1. Introducción 573
11.2. Estructuras cristalinas de cerámicas simples 575
11.2.1. Enlace iónico y covalente en compuestos cerámicos simples 575
11.2.3. Estructura cristalina del cloruro de cesio, (CsCl) 579
11.2.4. Estructura cristalina del cloruro de sodio (NaCl) 580
11.2.5. Espacios intersticiales en redes cristalinas FCC y HCP 584
11.2.6. Estructura cristalina de blenda de zinc (ZnS) 586
11.2.7. Estructura cristalina del fluoruro de calcio (CaF2) 588
11.2.8. Estructura cristalina de la antifluorita 590
11.2.9. Estructura cristalina del corindón (Al203) 590
11.2.10. Estructura cristalina del espinel (MgAl204) 590
11.2.11. Estructura cristalina de la perovskita (CaTi03) 590
11.2.12. El carbono y sus alótropos 591
11.3. Estructuras de silicatos 595
11.3.1. Unidad estructural básica de las estructuras de silicatos 595
11.3.2. Estructuras insular cadena y anillo de silicatos 595
11.3.3. Estructuras laminares de silicatos 595
11.3.4. Redes de silicato 597
11.4. Procesamiento de cerámicas 598
11.4.1. Preparación de materiales 599
11.4.2. Moldeado 599
11.4.3. Tratamientos térmicos 604
11.5. Cerámicas tradicionales y de ingeniería 606
11.5.1. Cerámicas tradicionales 606
11.5.2. Cerámicas de ingeniería 609
11.6. Propiedades mecánicas de las cerámicas 611
11.6.1. Generalidades 611
11.6.2. Mecanismos para la deformación de materiales cerámicos 611
11.6.3. Factores que afectan la resistencia de los materiales cerámicos 612
11.6.4. Tenacidad de los materiales cerámicos 613
11.6.6. Falla por fatiga de cerámicos 615
11.6.7. Materiales abrasivos cerámicos 617
11.7. Propiedades térmicas de las cerámicas 618
11.7.1. Materiales cerámicos refractarios 619
11.7.2. Refractarios ácidos 620
11.7.3. Refractarios básicos 620
11.7.4. Losetas cerámicas aislantes para el transbordador espacial 620
11.8. Vidrios 620
11.8.1. Definición de vidrio 622
11.8.2. Temperatura de transición vítrea 622
11.8.3. Estructura de los vidrios 623
11.8.4. Composición de diversos vidrios 624
11.8.5. Deformación viscosa de vidrios 626
11.8.6. Métodos de formación para vidrios 628
11.8.7. Vidrio templado 630
11.8.8. Vidrio reforzado químicamente 630
11.9. Recubrimientos cerámicos e ingeniería de superficies 632
11.9.1. Vidrios de silicato 632
11.9.2. Oxidos y carburos 632
11.10. Cerámicas en aplicaciones biomédicas 634
11.10.1. La alúmina en implantes ortopédicos 634
11.10.2. La alúmina en implantes dentales 636
11.10.3. Conectividad de implantes cerámicos y tejidos 636
11.11. Nanotecnología y cerámica 637
CAPITULO 12. Materiales compuestos 648
12.1. Introducción 649
12.2. Fibras para materiales compuestos de plástico reforzado 651
12.2.1. Fibras de vidrio para reforzar resinas de plástico 651
12.2.2. Fibras de carbono para plásticos reforzados 653
12.2.3. Fibras de aramida para reforzar resinas de plástico 654
12.3. Materiales compuestos de plástico reforzado con fibra 657
12.3.2. Materiales compuestos de plásticos reforzados con fibras 657
12.4.1. Proceso de colocación manual de capas 667
12.4.2. Proceso de aspersión 667
12.4.3. Proceso de bolsa de vacío en autoclave 668
12.4.4. Proceso de embobinado del filamento 670
12.5.1. Moldeo por compresión e inyección 672
12.5.2. El proceso del compuesto para moldeo de placas (CMP) 672
12.5.3. Proceso de pulirusión continua 674
12.6. Concreto 674
12.6.1. Cemento Pórtland 675
12.6.2. Agua para mezclar con el concreto 678
12.6.3. Agregados para concreto 679
12.6.4. Oclusión de aire 679
12.6.5. Resistencia del concreto a la compresión 679
12.6.6. Proporciones de las mezclas de concreto 679
12.6.7. Concreto armado y preesforzado 682
12.6.8. Concreto preesforzado 683
12.7. Asfalto y mezclas de asfalto 684
12.8. Madera 685
12.8.1. Macroestructura de la madera 685
12.8.2. Microestructura de las maderas blandas 688
12.8.3. Microestructura de las maderas duras 689
12.8.4. Ultraestructura de la pared celular 690
12.8.5. Propiedades de madera 692
12.9. Estructuras multicapas 695
12.9.1. Estructura tipo sándwich con panal 695
12.9.2. Estructuras metálicas recubiertas 695
12.10. Compuestos con matriz de metal y matriz de cerámica 696
12.10.1. Compuestos con matriz de metal (CMM) 696
12.10.2. Compuestos con matriz de cerámica (CMC) 700
12.10.3. Compuestos de cerámica y nanotecnología 703
12.11. Hueso: un material compuesto natural 703
12.11.1. Composición 703
12.11.2. Macroestructura 703
12.11.3. Propiedades mecánicas 705
12.11.4. Biomecánica de la fractura de un hueso 706
12.11.5. Viscoelasticidad del hueso 707
12.11.6. Remodelación del hueso 707
12.11.7. Nanotecnología y reparación de huesos 708
CAPÍTULO 13. Corrosión 718
13.1. Aspectos generales 719
13.2. Corrosión electroquímica de los metales 720
13.2.1. Reacciones oxidación-reducción 720
13.2.2. Electrodo estándar de potencial de media celda para metales 722
13.3. Celdas galvánicas 724
13.3.4. Corrosión microscópica de celdas galvánicas en un electrodo 729
13.3.5. Celdas galvánicas de concentración 730
13.4. Velocidades (cinética) de la corrosión 735
13.4.1. Velocidad de la corrosión uniforme o electrodepositación de un metal en una solución acuosa 736
13.4.2. Reacciones de corrosión y de polarización 739
13.4.3. Pasivación 742
13.4.4. La serie galvánica 743
13.5. Tipos de corrosión 745
13.5.1. Ataque corrosivo uniforme o general 745
13.5.2. Corrosión de dos metales o galvánica 745
13.5.3. Corrosión por picaduras 746
13.5.4. Corrosión por agrietamiento 749
13.5.5. Corrosión intergranular 751
13.5.6. Corrosión por esfuerzo 753
13.5.7. Corrosión por erosión 756
13.5.8. Daño por cavitación 756
13.5.9. Corrosión por desgaste 757
13.5.10. Fugas selectivas 757
13.5.11. Daño por hidrógeno 758
13.6. Oxidación de metales 759
13.6.1. Películas de óxido protectoras 759
13.6.2. Mecanismo de oxidación 761
13.6.3. Velocidad de oxidación (cinética) 762
13.7. Control de la corrosión 764
13.7.1. Selección de materiales 764
13.7.2. Recubrimientos 765
13.7.3. Diseño 766
13.7.4. Alteración del ambiente 767
13.7.5. Protección anódica y catódica 768
CAPITULO 14. Propiedades eléctricas de materiales 778
14.1. Conducción eléctrica en metales 779
14.1.1. El modelo clásico de la conducción eléctrica en metales 779
14.1.2. Ley de Ohm 781
14.1.3. Velocidad de arrastre de electrones en un metal conductor 785
14.1.4. Resistividad eléctrica de metales 786
14.2. Modelo de bandas de energía para la conducción eléctrica 790
14.2.1. Modelo de bandas de energía para metales 790
14.2.2. Modelo de bandas de energía para aislantes 792
14.3. Semiconductores intrínsecos 792
14.3.1. El mecanismo de la conducción eléctrica en semiconductores intrínsecos 792
14.3.2. Transporte de carga eléctrica en la red cristalina de silicio puro 793
14.3.3. Diagrama de bandas de energía para semiconductores elementales intrínsecos 794
14.3.5. Efecto de la temperatura en la semiconductividad intrínseca 797
14.4. Semiconductores extrínsecos 799
14.4.1. Semiconductores extrínsecos tipo n (tipo negativo) 799
14.4.2. Semiconductores extrínsecos tipo p (tipo positivo) 801
14.4.3. Impurificación de material semiconductor de silicio extrínseco 803
14.5. Dispositivos semiconductores 809
14.5.1. La unión pn 810
14.5.2. Algunas aplicaciones de los diodos de unión pn 813
14.5.3. El transistor de unión bipolar 815
14.6. Microelectrónica 816
14.6.1. Transistores bipolares planos microelectrónicos 818
14.6.2. Transistores de efecto de campo planos microelectrónicos 819
14.6.3. Fabricación de circuitos integrados microelectrónicas 821
14.7. Semiconductores compuestos 828
14.8. Propiedades eléctricas de cerâmicas 831
14.8.1. Propiedades básicas de los dieléctricos 831
14.8.2. Materiales aisladores cerámicos 834
14.8.3. Materiales cerámicos para capacitares 835
14.8.4. Semiconductores cerámicas 836
14.8.5. Cerámicas ferroeléctricas 838
14.9. Nanoelectrónica 841
CAPITULO 15. Propiedades ópticas y materiales superconductores 852
15.1. Introducción 853
15.2. La luz y el espectro electromagnético 853
15.3. Refracción de la luz 856
15.3.1. Indice de refracción 856
15.3.2. Ley de Snell de la refracción de la luz 857
15.4. Absorción, transmisión y reflexión de la luz 859
15.4.1. Metales 859
15.4.2. Vidrios de silicato 859
15.4.3. Plásticos 862
15.4.4. Semiconductores 862
15.5. Luminiscencia 863
15.5.1. Fotoluminiscencia 864
15.5.2. Catodoluminiscencia 864
15.6. Radiación de emisión estimulada y láser 866
15.6.1. Tipos de láser 868
15.7. Fibras ópticas 870
15.7.1. Pérdidas de luz en fibras ópticas 870
15.7.2. Fibras ópticas unimodo y multimodo 871
15.7.3. Fabricación de fibras ópticas 872
15.7.4. Sistemas modernos de comunicación de fibra óptica 874
15.8. Materiales superconductores 875
15.8.1. El estado superconductor 875
15.8.2. Propiedades magnéticas de superconductores 876
15.8.3. Flujo de corriente y campos magnéticos en superconductores 878
15.8.4. Superconductores de alto campo y alta corriente 879
15.8.5. Óxidos superconductores de alta temperatura crítica (Tc) 881
CAPITULO 16. Propiedades magnéticas 888
16.1. Introducción 889
16.2. Campos y cantidades magnéticas 889
16.2.1. Campos magnéticos 889
16.2.2. Inducción magnética 892
16.2.3. Permeabilidad magnética 892
16.2.4. Susceptibilidad magnética 894
16.3. Tipos de magnetismo 894
16.3.1. Diamagnetismo 895
16.3.2. Paramagnetismo 895
16.3.3. Ferromagnetismo 895
16.3.4. Momento magnético de un electrón del átomo no apareado 897
16.3.5. Antiferromagnetismo 899
16.3.6. Ferrimagnetismo 899
16.4. Efecto de la temperatura en el ferromagnetismo 899
16.5. Dominios ferromagnéticos 900
16.6.1. Energía de intercambio 902
16.6.2. Energía magnetoestática 903
16.6.3. Energía de anisotropía magnetocristalina 903
16.6.4. Energía de la pared del dominio 904
16.6.5. Energía magnetoestrictiva 905
16.7. La magnetización y desmagnetización de un metal ferromagnético 907
16.8. Materiales magnéticos blandos 908
16.8.1. Propiedades deseables de materiales magnéticos blandos 909
16.8.2. Pérdidas de energía para materiales magnéticos blandos 909
16.8.3. Aleaciones de hierro-silicio 910
16.8.4. Vidrios metálicos 911
16.8.5. Aleaciones de níquel-hierro 912
16.9. Materiales magnéticos duros 915
16.9.1. Propiedades de materiales magnéticos duros 915
16.9.2. Aleaciones de alnico 917
16.9.3. Aleaciones de tierras raras 919
16.9.4. Aleaciones magnéticas de niodimio-hierro-boro 921
16.9.5. Aleaciones magnéticas de hierro-cromo cobalto 921
16.10. Ferritas 923
16.10.1. Ferritas magnéticamente blandas 923
16.10.2. Ferritas magnéticamente duras 928
APENDICE I. Propiedades importantes de materiales de ingeniería seleccionados 937
APENDICE II. Algunas propiedades de elementos seleccionados 992
APENDICE III. Radios iónicos de los elementos 994
APENDICE IV. Cantidades físicas selectas y sus unidades 997
Referencias para estudios adicionales por capítulo 999
Glosario 1002
Respuestas a problemas seleccionados 1013
Indice analítico 1016
9789701056387
CIENCIAS DE LOS MATERIALES
ESTRUCTURA ATOMICA
ENLACES
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
ESTRUCTURAS AMORFAS
METALES-PROPIEDADES
ALEACIONES
POLIMEROS
CERAMICAS
MATERIALES COMPUESTOS
CORROSION
MATERIALES-PROPIEDADES
620.22 SM68 2006