Ciència de materials

De Viquipèdia

Reflexa les diferents disciplines d'aquesta ciència. Estructura, Procés, Funcionamient y Propietats

La ciència de materials implica investigar la relació entre l'estructura i les propietats dels materials. D'altra banda, l'enginyeria de materials es fonamenta en les relacions propietats-estructura i disenya o projecta l'estructura d'un material per aconseguir un conjunt predeterminat de propietats. Convé matitzar aquesta diferència, donat que sovint es presta a confusió.

La ciència de materials és un camp multidisciplinar que estudia coneixements fonamentals sobre les propietats físiques macroscópiques dels materials i els aplica en diverses àrees de la ciència i l'enginyeria, aconseguint que aquests puguin ser utilitzats en obres, màquines i eines diverses, o convertits en productes necessaris o requerits per la societat.

Inclou elements de la física aplicada i la química, així com les enginyeries química, mecànica, civil i elèctrica. En els últims anys també s'hi ha afegit la nanociència i la nanotecnologia, gràcies a les investigacions i als avenços tecnològics.

Tot i els espectaculars progresos en el coneixement i en el desenvolupament dels materials en els últims anys, el constant desafiament tecnològic requereix materials cada cop més sofisticats i especialitzats.

[edita] Història

Històricament, el desenvolupament i l'evolució de les societats han estat íntimament vinculats a la capacitat dels seus membres per produïr i conformar els materials necessaris per satisfer llurs necessitats. En efecte, les primeres civilitzacions es coneixen amb el nom del material característic que utilitzaven (Edat de Pedra, Edat de Bronze)

L'home primitiu només tingué accès a un nombre molt reduït de materials presents en la naturalesa: pedres, fustes, fang, cuïr... Amb el transcurs del temps, va descobrir técniques per produir materials amb noves propietats superiors a les dels naturals (principalment aliatges).

Fa relativament poc temps que els científics han arribat a comprendre la relació entre elements estructurals dels materials i llurs propietats. Aquest coneixement, adquirit en els últims 200 anys aproximadament, els ha capacitat per modificar o adaptar les característiques dels materials. Potser un dels científics més rellevants en aquest camp hagi estat Willard Gibbs al demostrar la relació entre les propietats d'un material i llur estructura.

S'han desenvolupat desenes de milers de materials diferents amb característiques molt especials per satisfer les necessitats de la nostra moderna i complexa societat, es tracta de metalls, plàstics, vidres i fibres.

Es pot afirmar que una de les grans revolucions d'aquesta ciència ha estat el descobriment de les diferents fases tèrmiques dels metalls, i en especial de l'acer.

Actualment els avenços electrònics més sofisticats es basen en components denominats materials semiconductors.

[edita] Classificació

Exemple de l'estructura d'un polímer, concretament el polietilè

La ciència de materials classifica a tots els materials en funció de les seves propietats i la seva estructura atòmica. Son els següents:

• Metalls

• Ceràmics

• Polímers

• Materials composits

• Semiconductors

Alguns autors fan classificacions més exhaustives, tot i que amb aquestes qualsevol element es pot classificar.

[edita] Aplicacions i relació amb la indústria

Una de les tècniques relacionades amb aquesta ciència és el fabricar lingots.

Els avenços radicals en els materials poden conduir a la cració de nous productes o noves indústries, però les indústries actuals també necessiten científics de materials per incrementar les millores i localitzar les possibles averíes dels materials que estan en ús. Les aplicacions industrials de la ciència de materials inclouen l'elecció del material, llur cost-benefici per obtenir el material, les tècniques de processat i les tècniques d'anàlisis.

A més de la caracterització del material, el científic o enginyer de materials (tot i que hi hagi diferència, molts cops l'enginyer és científic i viceversa) també ha de tractar l'extracció i llur posterior conversió en materials útils. L'emmotllament de lingots, tècniques de fosa, extracció en alt forn, extracció electrolítica, etc., son part del coneixement requerit en un enginyer metal·lúrgic per exemple.

Deixant a banda els metalls, polímers i ceràmiques son també molt importants en aquesta ciència. Els polímers son un material primari usat per conformar o fabricar plàstics. Els plàstics son el producte final després de que diversos polímers i additius hagin estat processats i conformats en la seva forma final. El PVC, polietilè, etc., son exemples de plàstics.

I pel que respecta a les ceràmiques, es pot citar l'argila, així com el seu modelat, assecament i cuita per obtenir un material refractari.

[edita] Àmbits

L'estructura cristal·lina és una part essencial en aquesta ciència. Aquesta per exemple és una FCC

La ciència de materials abasta molts temes, des de l'estructura atòmica, propietats dels diferents materials, processos i tractaments.

Aquest seria un resum a gran escala:

• Estructura atòmica i enllaços interatòmics
• Estructura de sòlids cristal·lins
• Imperfeccions en estructures cristal·lines
• Processos de difusió atòmica
• Propietats dels materials
• Dislocacions i mecanismes d'enduriment
• Trencament
• Diagrames de fases
• Transformacions de fases
• Tractaments tèrmics
• Aliatges

[edita] Fonts

• Callister, W.D. (1997), Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Barcelona: Editorial Reverté, S.A.. 84-291-7253X.
• Smith, W.F. (1992), Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, McGraw-Hill / Interamericana de España, S.A.. 84-7615-940-4.
• Shackelford, J.F. (2005), Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros, Pearson Alhambra. 84-205-4451-5.

[edita] Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Ciència de materials