Clasificación de los materiales: Materiales naturales- Son aquellas sustancias que se encuentran en la naturaleza, a partir de las cuales se fabrican el resto de los productos, pueden ser renovables o no renovables. Materiales sintéticos- Son materiales creados por el hombre, resultado de reacciones químicas y físicas provocadas de forma intencionada, con ello se consigue transformar los materiales naturales en productos totalmente nuevos, con propiedades diferentes. Otra forma de clasificación la podemos hacer en función de su naturaleza (esquema).

Elección de los materiales: para elegir un material para realizar una aplicación determinada tenemos que tener en cuenta varios factores: primero y esencial, las propiedades que necesita el material de esa aplicación, segundo el precio y tercero la disponibilidad de ese material.

Propiedades

Las propiedades de un material son las carácterísticas que presenta ese material, y nos informan del comportamiento del material, ante determinados efectos, o situaciones a las que se somete al material. Las propiedades de los materiales se pueden clasificar agrupadas: Propiedades físicas- cómo se comporta el material ante la luz, el calor, la electricidad y otras interacciones físicas. Propiedades químicas- nos informan de cómo se comporta ese material en contacto con determinados materiales o compuestos. Propiedades mecánicas- nos aportan información del comportamiento del material al aplicar determinadas fuerzas sobre él. Propiedades tecnológicas- nos informan del comportamiento del material al aplicar en el mismo determinados procesos de fabricación. Propiedades ecológicas- nos informan de cómo afecta el material a nivel medioambiental.

Propiedades físicas:

Densidad

Se denomina densidad a la relación entre la masa de una cantidad de material y el volumen que ocupa. Para determinadas aplicaciones, como por ejemplo en el caso de la navegación aérea, estas propiedades resultan determinantes para elegir uno u otro material. A menor peso del elemento de transporte menor cantidad de energía es necesaria para efectuar un viaje. Los materiales más densos son los metales, los menos densos los líquidos y los gases.

Propiedades eléctricas

La resistividad es la facilidad de un material para afectar al flujo de la corriente. La conductividad es el inverso de la resistividad.

Dependiendo de su resistividad los materiales se dividen en conductores (baja resistividad, alta conductividad eléctrica), aislantes (resistividad muy alta para impedir el paso de la electricidad), semiconductores (se emplean para convertir la luz del sol en electricidad, nuevos materiales mejoran la eficiencia y el rendimiento de estos dispositivos, también se emplean en la construcción de componentes electrónicos y en el desarrollo de nuevos materiales). Generalmente los metales son buenos conductores de la electricidad. Los compuestos cerámicos y los polímeros, son materiales aislantes ya que presenta unos valores muy altos de la resistividad.

Propiedades térmicas:

Calor específico-

indica la cantidad de calor que es capaz de absorber un material. El calor especifico del agua es de 1cal/gCº. El agua es una buena sustancia para absorber energía sin aumentar mucho su temperatura, es una de las razones por las cuales se emplea como medio de transporte de energía de las calderas a las turbina en centrales térmicas.

Dilatación térmica-

estudia el aumento de las dimensiones que sufre un material al someterlo a aumentos de temperatura. El aumento de temperatura aumenta la energía de vibración de los átomos, aumentando la distancia entre ellos y la longitud del material. Existen valores del coeficiente de dilatación lineal, que nos da información sobre el aumento de longitud de un material. Este apartado es muy importante en la construcción de elementos longitudinales, que pueden sufrir un aumento considerable de sus dimensiones, y si no hay espacio para ese cambio de dimensión, entonces pueden romperse los objetos. Los puentes o los raíles tienen que llevar juntas de dilatación para permitir esos cambios de longitud.

Temperatura de fusión-

 nos informa de a que temperatura el material pasa de estado sólido a líquido. Esta propiedad es importante para todos aquellos materiales que tengan que realizar su función a temperaturas elevadas. Los materiales que presentan un punto de fusión más elevado son los metales y los materiales cerámicos.

Conductividad térmica-

es una propiedad que nos indica la facilidad que tienen los materiales en trasmitir el calor. En unas aplicaciones necesitaremos materiales que transporten fácilmente el calor (materiales conductores) y en otros casos que impidan el paso del calor a través de ellos (materiales aislantes). Esta propiedad está íntimamente ligada a la conductividad eléctrica.

Propiedades magnéticas:

Esta propiedad nos informa de cuál es el comportamiento de los diferentes materiales en presencia de campos magnéticos. Los materiales se dividen en diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos. El valor que determina su comportamiento se llama permeabilidad magnética(μ). Por su utilidad, los más empleados son los materiales diamagnéticos y ferromagnéticos. Los materiales diamagnéticos son repelidos por los campos magnéticos, pero algunos materiales especiales, que son diamagnéticos perfectos, repelen totalmente los campos magnéticos, las líneas magnéticas no pueden atravesar el material, lo rodean formando una especie de jaula. Los materiales ferromagnéticos son aquellos que son fuertemente atraídos por los imanes y además pueden convertirse en imanes. Son el hierro, el níquel, el cobalto y sus aleaciones. Estos materiales sirven para múltiples aplicaciones eléctricas, como motores, alternadores o transformadores. Se seguirán investigando para encontrar materiales para imanes más potentes.

Propiedades ópticas: Son las que regulan la emisión, absorción, transmisión, reflexión y refracción de la luz. Si los fotones de la luz ceden su energía son absorbidos, el objeto se ve opaco; Si los fotones son transmitidos, el material es transparente; Si los fotones son transmitidos sólo en parte el material es translúcido; Si los fotones tienen baja energía y la superficie del cuerpo es tersa los fotones serán reflejados. Color– Los materiales reflejaran sólo un cierto intervalo de longitudes de onda y absorben los fotones de las longitudes de onda restantes. Sólo se ven los colores de la luz reflejada.

Propiedades químicas: Los materiales están expuestos continuamente a diversos ambientes, lo cual provoca en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Los mecanismos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, cerámicos o polímeros (plásticos). En los materiales metálicos, el proceso de deterioro se denomina oxidación y corrosión. En los cerámicos las condiciones para el deterioro han de ser extremas, y hablaremos también de corrosión. En los materiales polímeros se denomina degradación. La lucha contra la corrosión es un problema complejo que origina fallos en las instalaciones ocasionando elevadas cuantías económicas y enormes dificultades porque depende de varios factores y cada caso requiere una solución diferente. Oxidación y corrosión: Uno de los factores que limitan la vida de las piezas metálicas es el ataque físico-químico que sufren por el medio que las rodea. Los dos componentes básicos del aire son el nitrógeno (78%) y el oxígeno (21%) y ambos tienen influencia sobre el medio. El nitrógeno apenas es activo, pero el O2es el responsable máximo de casi todos los procesos de oxidación y corrosión que se dan en los materiales expuestos a su acción. Dependiendo de la forma de actuar, el oxígeno puede hacerlo: En ambiente seco y cálido, así se provoca la oxidación. En ambiente húmedo y se origina la corrosión.

Oxidación: La oxidación es la reacción de un material con el ambiente, pero en ausencia de líquido. Es la reacción de un material con el oxígeno. El producto de la reacción es un óxido. Si ese óxido es estable, se va a formar una capa en la superficie. Es decir que el material aumenta su peso y volumen. En muchos materiales, a temperatura ambiente, este proceso es muy lento y no ocasiona problemas, pero sí a temperaturas altas.

Corrosión: es la reacción de un material con su ambiente pero en presencia de una solución líquida. Basta solamente con la humedad ambiental por ejemplo, que forma en los materiales una pequeña capa. Hay muchos tipos de corrosión. En el caso de los metales, el metal pasa a su estado oxidado y se disuelve en la solución (en el líquido que se dio la reacción) es decir que se va perdiendo material. Los efectos más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, especialmente en el hierro, el acero, el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Corrosión química: provocada por sustancias químicas corrosivas como ácidos y álcalis. Muy importante a tener en cuenta esta propiedad en depósitos y envases de esas sustancias indicadas. Es importante tener en cuenta, que los efectos de oxidación y corrosión, comienzan de forma habitual en fallos superficiales del material, como grietas, fisuras o incrustaciones.

Protección contra la oxidación y la corrosión: Si es posible, emplear materiales resistentes como los aceros inoxidables, los materiales cerámicos o los polímeros. Mejorar las uniones soldadas que remachadas. No mezclar dos metales en la misma estructura, o usar elementos aislantes entre ellos, para evitar la corrosión galvánica, por los diferentes potenciales de cada material. Empleando protecciones, las dos más importantes son:

Protección por recubrimiento:

crear una capa o barrera que aislé el metal del entorno. Recubrimientos no metálicos: Pinturas y barnices: Es económico y exige que la superficie esté limpia de óxidos y grasas; Plásticos: Son muy resistentes a la oxidación y son flexibles, pero apenas resisten el calor. El más empleado es el PVC; Esmaltes y cerámicos: Tiene la ventaja de resistir las altas temperaturas y el desgaste. Recubrimientos metálicos: Recubrimientos de la pieza en un baño fundido del metal protector como el galvanizado o el estañado, estructuras para naves industriales o envases para alimentación; Por electrolisis, como el cromado o niquelado de diversos metales.
Empleando protección catódica en la cual se une el metal a proteger con un cable conductor, a otro material metálico con menor potencial electroquímico. Este segundo material se ve sometido a un proceso corrosivo, y la corrosión no afecta al otro material. Se usa para protección de tuberías o depósitos enterrados.

Propiedades mecánicas: Resistencia mecánica-

nos dice que fuerzas es capaz de soportar un material antes de romperse. Conocer este valor es primordial cada vez que diseñamos una estructura. Existen muchas fuerzas diferentes. El principal ensayo que se realiza para conocer la resistencia de un material es el ensayo de tracción, que consiste en alargar una probeta de geometría normalizada, con una longitud L0, que ha amarrado por sus extremos con unas mordazas de una máquina que dispone de sistemas de medida que registran la fuerza aplicada y la deformación producida. Al efectuar el ensayo de tracción de un material, la máquina calcula en todo momento la fuerza aplicada, la tensión que sufre el material, y el alargamiento de la pieza ensayada.

Dureza-

Nos informa de la resistencia de un material a ser rayado o penetrado por otro. Dureza Brinell: Se aplica en materiales blandos, esfera de acero de diámetro 10mm.

Dureza Vickers: Se aplica en materiales duros, pirámide (con base cuadrangular) de diamante

Resiliencia:

 propiedad que nos informa de la resistencia que tienen los materiales a soportar los impactos. Cuando un material resiste bien los impactos decimos que es un material tenaz. Tenacidad es la propiedad opuesta a la fragilidad. La resiliencia de un material se determina mediante el ensayo Charpy. En este ensayo, se deja caer un péndulo, que golpea una probeta del material a estudiar.
 

Propiedades tecnológicas: Son aquellas propiedades que definen el comportamiento de un material frente a diversos métodos de trabajo. Algunas de ellas son: Maleabilidad- facilidad que presentan algunos materiales para extenderse en láminas cuando se los comprime. Ductilidad: es la capacidad que presentan algunos materiales de transformarse en hilos cuando se estiran. Fusibilidad: es la capacidad que tienen algunos materiales para pasar de estado sólido a líquido. Soldabilidad: es la facilidad que presentan algunos materiales para ser soldados. Forjabilidad: es la capacidad que posee un material para ser forjado. Maquinabilidad: capacidad que posee un material frente al arranque de viruta.

Propiedades ecológicas: Toxicidad- carácter nocivo de los materiales para el medio ambiente o los seres vivos. Reciclabilidad: capacidad de los materiales de poder ser fabricados de nuevo. Biodegrabilidad: capacidad de los materiales de descomponerse con el paso del tiempo de forma natural en sustancias mas simples.