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Historia y evolución de los Materiales

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David Gordo Pérez

on 20 January 2013

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HISTORIA Y EVOLUCIÓN
DE LOS MATERIALES Desde los primeros tiempos el hombre ha tenido que utilizar materiales que le permitieron cubrir sus necesidades básicas, por esto la transformación de sustancias por procesos físicos y químicos forma parte de los conocimientos más antiguos.
El origen de la historia de las civilizaciones se puede describir como la historia del dominio de los materiales, conociéndose la primera época como la Prehistoria, dividida a su vez en Edad de Piedra y Edad de los Metales. EDAD DE
PIEDRA La Edad de Piedra o también llamado Lítica, es el período de la Prehistoria que abarca desde que los seres humanos empezaron a elaborar herramientas de piedra hasta el descubrimiento y uso de metales. La madera, los huesos y otros materiales también fueron utilizados pero la piedra fue utilizada para fabricar herramientas y armas, de corte o percusión.
Los materiales que los pobladores del Paleolítico utilizaron para hacer sus primeras herramientas pertenecen a un conjuntos de rocas y minerales poco variados con propiedades en común como la variedad materiales de silicio en su composición.
En zonas donde este material no era accesible se talló caliza, este hecho permitió la transformación de la naturaleza. PALEOLÍTICO NEOLÍTICO Se descubre el fuego, que permitió al hombre transformar la naturaleza.

Se desarrollaron las "técnicas de tallar", con las que se llegó al apogeo de la tecnología junto a la utilización de materiales como los huesos, la madera o la arcilla para la fabricación herramientas.

La creación de materiales se basaba en un principio tan simple como es la supervivencia. Se sigue utilizando la piedra para la perfección de instrumentos como las hoces de sílex.
Se inventa la cerámica, calcinando arcilla.
Se empieza a utilizar el betún como adhesivo, como también la cola de colágeno obtenida de huesos de animales.
Se utiliza también, con diversos fines, las fibras vegetales. NUEVOS MATERIALES TIPOS DE MATERIALES:
Clasificación Titanio En el año 20 a.C un arquitecto romano descubrió un método para obtener hormigón, que junto con el uso de materiales pétreos (como por ejemplo el granito) dieron lugar a multitud de futuras construcciones.
Más tarde se descubrieron otros materiales como el níquel, cromo, titanio y el aluminio; también se descubrió el nailon (fibra sintética)
Posteriormente se desarrolló la fibra óptica, en la década de los 70. Materiales metálicos: sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos.
Materiales poliméricos (plásticos): materiales de origen orgánico constituidos por macromoléculas naturales o sintéticas cuyo principal componente es el carbono.
Materiales cerámicos: materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos.
Aglomerantes: aquellos mezclados con el agua que forman una masa plástica.
Materiales pétreos: obtenidos de rocas. MADERA Sustancia fibrosa y parcialmente dura que se encuentra en los troncos de los árboles debajo de la corteza y es una de las materias básicas primas; es un material muy resistente.
Ya los Antiguos Egipcios curvaban la madera después de haberla calentado utilizando el vapor. La técnica de curvatura con el vapor ha sido desarrollada hasta alcanzar su apogeo al principio de la 1º Guerra Mundial. VIDRIO Sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice fundida a alta temperatura; también se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la oxidiana, un material volcánico. No es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización. Suele ser transparente pero también puede ser traslúcido u opaco.
Se fabricó por primera vez antes del 2000 a.C. Vidrio soluble: es vidrio con elevado contenido en sodio, que se puede disolver en agua para formar un líquido viscoso
Vidrio al plomo: el vidrio fino empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal. Es el resultado de fórmulas que combinan sindicato de potasio con óxido de plomo.
Vidrio de borosilicato: este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, juntos con sílice álcali. HORMIGÓN Material artificial utilizado en ingenieria que se obtiene mezclando cemento Portland, agua, algunos materiales bastos (como la grava) y otros refinados, y una pequeña cantidad de aire. El hormigón es casi el único material de construcción que llega en bruto a la obra.

Puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores. Es resistente, de bajo costo y larga duración. Si se mezcla con los materiales adecuados, puede soportar fuerzas de compresión elevada. ACERO Es una aleación que contiene una pequeña cantidad de carbono y a la que se le añaden elementos como níquel, cromo, magnesio, silicio o vanadio, entre otros.
Se obtiene eliminando las impurezas del arrabio producto de función de los altos hornos. La principal dificultad para la fabricación del acero es su elevada 1400ºC, que impide utilizar combustibles y hornos covencionales ALUMINIO Es el elemento metálico más abundante de la corteza terrestre. Entre sus compuestos más importantes está el óxido, el hidróxido, el sulfato y el sulfato mixto.
Se utiliza en reactores nucleares a baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones. Con el frío el aluminio se hace más resistente. Se moldea fácilmente.
También resiste la corrosión del agua, por lo que se utiliza para fabricar cascos de barco de otros mecanismos.
Los principales países productores son: E.E.U.U, Rusia, Canadá, China y Australia. Se tienen indicios de uso del hierro, cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los sumerios y egipcios.
En el segundo y tercer milenio, antes de Cristo, van apareciendo cada vez más objetos de hierro en Mesopotamia, Anatolia y Egipto. Su uso fue ceremonial. Era un metal muy caro, más que el oro.
Entre 1600 a.C. y 1200 a.C. va aumentando su uso en Oriente Medio, pero no sustituye al predominante uso del bronce.
Entre los siglos XII a. C. y X a.C. se produce una rápida transición en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera debida a la falta de estaño. Este periodo se denomina Edad de Hierro, sustituyendo a la Edad de Bronce. En Grecia comenzó a emplearse en torno al año 1000 a.C. y no llegó a Europa occidental hasta el siglo VII a.C. La sustitución del bronce por el hierro fue paulatina, pues era difícil fabricar piezas de hierro: localizar el mineral, luego fundirlo a temperaturas altas para finalmente forjarlo.
En Europa Central, surgió en el siglo IX a.C. la cultura de Hallstatt (sustituyendo a la primera Edad de Hierro, que coincide con la introducción de este metal.
Hacia el 450 a.C. se desarrolló la cultura de La Tène, también denominada segunda Edad de Hierro. El hierro se usa en herramientas, armas y joyería, aunque siguen encontrándose objetos de bronce.
Junto con esta transición del bronce al hierro se descubrió el proceso de carburización, consistente en añadir carbono al hierro. El hierro se obtenía como una mezcla de hierro y escoria, con algo de carbono, y era forjado, quitando la escoria y oxidando el carbono. Este hierro forjado tenía un contenido en carbono muy bajo y no se podía endurecer fácilmente al enfriarlo en agua. Se observó que se podía obtener un producto mucho más duro calentando la pieza de hierro forjado en un lecho de carbón vegetal, para entonces sumergirlo en agua o aceite. El producto resultante, que tenía una superficie de acero, era más duro y menos frágil que el bronce, al que comenzó a reemplazar.
En China el primer hierro que se utilizó también procedía de meteoritos, habiéndose encontrado objetos de hierro forjado en el noroeste, cerca de Xinjiang, del sigloVIII a.C. El procedimiento era el mismo que el utilizado en Oriente Medio y Europa. En los últimos años de la Dinastía Zhou (550 a.C.) se consigue obtener hierro colado. El mineral encontrado allí presenta un alto contenido en fósforo, con lo que funde a temperaturas menores que en Europa y otros sitios.
El hierro colado tardó más en Europa, pues no se conseguía la temperatura suficiente. Algunas de las primeras muestras de hierro colado se han encontrado en Suecia, del 1150 a 1350. Se forma aleando el mineral de cobre (calcopirita o malaquita) con el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El carbono del carbón vegetal reducía los minerales a cobre y estaño que se fundían con el 5 al 10% en peso de estaño. El conocimiento metalúrgico de la fabricación de bronce dio origen a la Edad de Bronce.
Inicialmente las impurezas naturales de arsénico permitían obtener una aleación natural superior, el bronce arsenical. Con no menos del 2% de arsénico, se utilizaba durante la Edad de Bronce para la fabricación de armas y herramientas, teniendo en cuenta que el estaño, no era frecuente en muchas regiones, y debía ser importado de parajes lejanos.
La presencia de arsénico hace a esta aleación altamente tóxica, ya que produce —entre otros efectos patológicos— atrofia muscular y pérdida de reflejos.
Las aleaciones basadas en estaño más antiguas que se conocen datan del cuarto milenio a.C. en Susa, (actual Irán) y otros sitios arqueológicos en Mesopotamia.
Aunque el cobre y el estaño pueden alearse con facilidad, raramente se encuentran minas mixtas (excepciones en antiguos yacimientos en Irán y Tailandia). El forjado regular del bronce el comercio del estaño. Algunos arqueólogos sospechan que uno de los disparadores de la Edad del hierro se debió a alguna interrupción seria en el comercio de ese mineral alrededor de 1200 a.C. La principal fuente de estaño en Europa fue Gran Bretaña. Se sabe que ya los fenicios llegaron hasta sus costas con mercancías del Mediterráneo para intercambiarlas por estaño.
En el Antiguo Egipto la mayoría de los elementos metálicos que se elaboraban consistían en aleaciones de cobre con arsénico, estaño, oro y plata. En tumbas del Imperio Nuevo, se encuentran bajorrelieves mostrando una fundición datada en el siglo XV a.C.
En el caso de la Grecia clásica, se sabe que desarrollaron igualmente técnicas de fundición de bronce avanzadas, como los bronces de Riace, en el siglo V a.C.
En India, la plenitud artística de la dinastía Chola produjo esculturas notables entre los siglos X y XI de nuestra era, representando al dios Siva y otras deidades.
Las civilizaciones de la América prehispánica conocían todas el uso de las aleaciones de bronce, si bien muchos utensilios y herramientas continuaban fabricándose en piedra. Se han hallado aleaciones binarias de cobre-plata, cobre-estaño, cobre-plomo e incluso latón (cobre-cinc). Ya en la época colonial, las fundiciones más importantes se encontraban en Perú y en Cuba, dedicadas principalmente a la fabricación de campanas y cañones.
El bronce siguió en uso porque el acero de calidad no estuvo ampliamente disponible hasta muchos siglos después, a inicios de la Edad Media en Europa, cuando se obtuvo acero más barato y resistente, eclipsando al bronce en muchas aplicaciones. BRONCE HIERRO Fue descubierto en 1791 por William Gregor. En 1946 se descubre un método para producirlo de forma comercial. La relación entre peso y resistencia permitió su uso en la tecnología aeroespacial. Se encuentra principalmente en rocas ígneas y en sus sedimentos.
Es un metal blanco y plateado con brillo, es dúctil y un buen conductor eléctrico. Su símbolo en la tabla periódica se encuentra en la posición nº 22.
Es muy utilizado en aleaciones con el aluminio, manganeso, hierro, etc… Se utiliza aleado con aluminio para fabricar puertas de incendios, la capa exterior, las protecciones del motor enlos aviones. También es usado como sustituto de huesos y cartílagos Polímeros Macromoléculas formadas artificialmente por la unión de otras más pequeñas llamadas monómeros.
Ejemplos de polímeros son el almidón, la seda, el ADN, el caucho o la celulosa.
En 1839, Charle Goodyear, en el trabajo con caucho descubrió la vulcanización, un proceso por el cual el caucho conservaba su elasticidad.
En la experimentación con la celulosa Hyatt desarrolló el celuloide, que sustituiría al carey, el nácar y el marfil Algunas de sus propiedades son el electrocromismo, cambio de color cuando se aplica una carga, la luminiscencia, los polímeros emiten una “luz fría” (emsión de luz por baja temperatura) o la fotoluminiscencia, es una luminiscenca de origen electromagnético.Algunas de sus aplicaciones son la fabricación de contenedores , tubos, botellas, etc.. Baquelita Es el primer plástico completamente sintético. Fue descubierta en 1909 por Baekeland y tuvo muchas aplicaciones como en teléfonos, peines, botones, etc… Es un plástico de elevada rigidez, gran resistencia mecánica, de elevado poder aislante y un gran aislante de temperatura ( soporta hasta 110 ºC)La baquelita se utilza como aislante eléctrico, para pértigas y protección de tornillos o como soporte para carretes Nailon Fibra óptica La fibra óptica es un hilo muy fino compuesto de vidrio o materiales plásticos.
Se utiliza principalmente para telecomunicaciones, pero también es usado para sensores como el sónar o para iluminación.Sus principales características son la posibilidad de contracción o estiramiento a parte de la capacidad de enrollarse. Materiales cerámicos Son materiales inorgánicos que tienen un grado de fusión muy elevado a la vez que es un material de mucha fragilidad.
La clasificación de los materiales cerámicos viene dada por la arcilla empleada y las técnicas de cocción utlizadas. Se vitrifican la arena y el cuarzo.
Se pueden distinguir el gres cerámico común y el gres cerámico fino o la porcelana No se funde cuarzo con la arena.
Es permeable a gases, líquidos y grasas.
Dentro de las cerámicas son las arcillas cocidas, las lozas italianas e inglesas y los refractarios. Porosos Impermeables y semipermeables Sustancias inorgánicas unidas mediante enlaces covalentes.
Son principalmente el Silício y el germanio Materiales electrónicos Es un elemento químico situado en el nº 14 en la tabla periódica. Es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Se utiliza principalmente en aleaciones, siliconas y en la industria cerámica Elemento químico situado en el nº32 de la tabla periódica. Es duro, cristalino, de color blanco, quebradizo y conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Se utiliza en las fibras ópticas, en espectroscopios, en lentes o en quimioterapia Silicio Germanio EDAD DE LOS
METALES La Edad de Piedra termina con el período Neolítico, a continuación dará comienzo la metalurgia, avance tecnológico decisivo que definirá la nueva etapa cultural.
La primera fase se denomina Calcolítico (calcos, corbre; litos, piedra) en la que se descubre y empieza a trabajar el cobre; la segunda etapa es la Edad del Bronce, momento en el que empiezan a realizarse aleaciones de cobre y estaño, y por último, se desarrolla la Edad de Hierro.
A continuación, el trabajo con los primeros metales: Se desarrolló el distintos lugares, principalmente en los lugares donde era fácil encontrar cobre nativo en pepitas.
La primera reacción de la química metalúrgica se produjo al reducirse menas de cobre en fuego abierto con leña, aunque tan solo se soldaron pedazos de forja.
Se utilizaron materiales como la malaquita o la cuprita como minerales de cobre. COBRE ORO Dada su maleabilidad se obtuvieron anillos, brazaletes y collares sin llegar a fundirlo.
Se desarrollaron tecnologías muy avanzadas debido a que los antiguos egipcios apreciaban mucho las joyas.
Para su construcción se fabricaron hileras de madera con las que se realizó el trefilado, y moldes de piedra, practicando así el recocido (tratamiento térmico con finalidad de ablandamiento) PLATA La primera aparición de este material se dio en Etiopía, y se comerció a numerosas ciudades

En ocasiones aparece mezclada con el plomo, como es en el caso de la galena, y la técnica para separarla se adapta a los hornos de cobre. Es una fibra sintética descubierta por Wallace Hume Carothers. Fue introducida en la producción de plásticos por la empresa DuPont en 1939.
El nailon es un material duro con capacidad amortiguadora y un a gran resistenca al desgaste, el calor y la abrasión. También es un material antiadherente e inflamable.
Los usos más comunes del nailon son las cedras de los cepillos de dientes, el hilo de pescar, chaquetas, cremalleras o tornillos. TIPOS DE VIDRIO
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