Guía completa de clasificación de materiales en ingeniería

En este artículo analizaremos la Clasificación de Materiales en Ingeniería. Todo lo que usamos está hecho de algún material. Agrupados según ciertas propiedades. Entendamos la clasificación claramente.

Clasificación de Materiales

Los materiales sólidos se agrupan convenientemente en tres clasificaciones básicas: metales, cerámicos y polímeros. Este esquema se basa principalmente en composición química y estructura atómica, y la mayoría de materiales caen en uno u otro grupo, aunque existen algunos intermedios.

Además, hay tres grupos más de materiales de ingeniería importantes: compuestos, semiconductores y biomateriales.

Los compuestos combinan dos o más materiales distintos; los semiconductores se usan por sus características eléctricas inusuales; los biomateriales se implantan en el cuerpo humano. A continuación, breve explicación de los tipos y características representativas.

Clasificación de Materiales con Descripción

1. Metales

Los materiales metálicos son normalmente combinaciones de elementos metálicos. Tienen gran número de electrones no localizados; es decir, no están ligados a átomos particulares. Muchas propiedades de los metales se atribuyen directamente a estos electrones. Los metales son excelentes conductores de electricidad y calor y no son transparentes a la luz visible; una superficie metálica pulida tiene aspecto lustroso. Además, son bastante resistentes y deformables, lo que explica su amplio uso en aplicaciones estructurales.

2. Cerámicos

Los cerámicos son compuestos entre elementos metálicos y no metálicos; frecuentemente óxidos, nitruros y carburos. La amplia gama incluye cerámicos de minerales de arcilla, cemento y vidrio. Son típicamente aislantes frente a electricidad y calor, y más resistentes a altas temperaturas y entornos agresivos que metales y polímeros. Respecto a comportamiento mecánico, son duros pero muy frágiles.

3. Polímeros

Otra clasificación son los polímeros. Incluyen plásticos y cauchos familiares. Muchos son compuestos orgánicos basados químicamente en carbono, hidrógeno y otros no metales; además, tienen estructuras moleculares muy grandes. Típicamente tienen bajas densidades y pueden ser extremadamente flexibles.

4. Compuestos (Composites)

Se han diseñado materiales compuestos que consisten en más de un tipo de material. La fibra de vidrio es ejemplo conocido: fibras de vidrio embebidas en matriz polimérica. Un compuesto está diseñado para mostrar combinación de las mejores características de cada componente. La fibra de vidrio obtiene resistencia del vidrio y flexibilidad del polímero. Muchos desarrollos recientes involucran materiales compuestos.

5. Semiconductores

Los semiconductores tienen propiedades eléctricas intermedias entre conductores y aislantes. Además, sus características eléctricas son extremadamente sensibles a concentraciones mínimas de átomos de impureza, controlables en regiones espaciales muy pequeñas. Los semiconductores han posibilitado la llegada de circuitos integrados que han revolucionado las industrias electrónica e informática (y nuestras vidas) en las últimas dos décadas.

6. Biomateriales

Los biomateriales se emplean en componentes implantados en el cuerpo humano para reemplazar partes enfermas o dañadas. No deben producir sustancias tóxicas y deben ser compatibles con tejidos corporales (no causar reacciones biológicas adversas). Todos los materiales anteriores —metales, cerámicos, polímeros, compuestos, semiconductores— pueden usarse como biomateriales.

Materiales del futuro

Adición a la clasificación en ingeniería, ya que la ciencia y tecnología evolucionan constantemente.

Los materiales inteligentes (smart) son una clase de vanguardia en desarrollo que tendrá gran impacto en muchas tecnologías. «Inteligente» sugiere que detectan cambios en su entorno y responden de forma preestablecida —características también vistas en seres vivos. Además, la noción «inteligente» se extiende a sistemas más complejos que combinan materiales inteligentes y tradicionales.

Componentes de un material (o sistema) inteligente: sensor (detecta señal de entrada) y actuador (realiza función de respuesta y adaptación).

En reacción a cambios de temperatura, campos eléctricos y/o magnéticos, los actuadores pueden alterar forma, posición, frecuencia natural o características mecánicas. Los materiales más prevalentes en actuadores: aleaciones con memoria de forma, cerámicos piezoeléctricos, materiales magnetostrictivos y fluidos electrorreológicos/magnetorreológicos.

Las aleaciones con memoria de forma son metales que, al cambiar temperatura, recuperan su forma original tras deformarse. Los cerámicos piezoeléctricos se expanden y contraen ante campo eléctrico aplicado (o voltaje); al cambiar dimensiones, también generan campo eléctrico.

Conclusión

Estos fueron los tipos de materiales que encontramos y usamos en la vida diaria. Basándose en esta clasificación de materiales, los investigadores intentan mejorar la calidad o facilitan su estudio más conveniente.