Relacion Estructural y Propiedades

➔Relación Estructural y Propiedades

Para comprender las propiedades de los materiales, es necesario comprender su estructura a escala atómica y/o microscópica. Virtualmente casi cada propiedad principal de los materiales es resultado directo de los mecanismos que tienen lugar a escala atómica o microscópica.

Existe un tipo especial de arquitectura asociada a estas escalas diminutas. La arquitectura a escala atómica de disposiciones cristalinas de átomos (regulares, repetitivas), y no cristalinas (irregulares aleatorias). Esto se puede apreciar en la imagen, de lado izquierdo se tienen unos ejemplos de estructuras no cristalinas o amorfas, y de lado derecho un ejemplo de estructura cristalina

En la siguiente imagen se muestra la naturaleza de la arquitectura a escala microscópica, en la que las fibras de refuerzo de un material compuesto de alta resistencia contrastan con la matriz polimérica que las rodea. 

Debe tenerse en cuenta la diferencia de escala entre los niveles atómico y microscópico. La estructura representada en la imagen anterior a una fotografía tomada a 1000 aumentos, mientras que la primera imagen correspondería a 10 000 000 de aumentos.

La influencia determinante que la estructura tiene en las propiedades se aprecia bien en dos ejemplos, uno a escala atómica y otro a escala microscópica. Se debe considerar que algunas aleaciones son relativamente dúctiles, mientras que otras son relativamente frágiles. Las aleaciones de aluminio son característicamente dúctiles, mientras que las aleaciones de magnesio son típicamente frágiles. Esta diferencia fundamental está directamente relacionada con su estructura cristalina, el aluminio corresponde a un empaquetamiento cúbico y el magnesio a un empaquetamiento hexagonal. La ductilidad depende de la facilidad con que se produce la deformación mecánica a escala atómica, y que hay cuatro veces más mecanismos para que exista deformación en el caso de la estructura cristalina del aluminio que en el magnesio. Esto es equivalente a tener cuatro veces más posibilidades o caminos disponibles para la ductilidad en aleaciones base aluminio que en aleaciones de magnesio. 

Un avance significativo es en el desarrollo de cerámicos transparentes, lo que ha hecho posible obtener nuevos productos y mejoras apreciables en otros (por ejemplo, en la iluminación comercial).

Ejemplo

Para convertir los cerámicos tradicionalmente opacos (Al2O3) )  en materiales ópticamente transparentes se precisa un cambio fundamental en la arquitectura a escala microscópica

Las cerámicas tradicionales contienen una gran cantidad de porosidad provoca una pérdida de la capacidad para transmitir luz visible ya que es  un mecanismo de dispersión de la luz. La eliminación de la porosidad se consigue añadiendo una pequeña cantidad de impureza que hace que el proceso de densificación a alta temperatura de los polvos de Al2O3 se complete totalmente. La microestructura resultante, libre de poros, produce un material prácticamente transparente.