presentación MATERIALES 2013 def [Modo de compatibilidad]

FÍSICA DE MATERIALES
FÍSICA DE MATERIALES
Asignatura Optativa de segundo curso: Grado en Física: 6ECTS
Profesor Responsable:
Miguel Ángel Rodríguez Pérez
Profesores colaboradores:
Eusebio Solórzano
Ester Laguna
Alberto López
Belén Notario
Daniel Velasco
Departamento Física de la Materia Condensada, Cristalografía y
Mineralogía, Despacho B244.
Tel: 983 184035
email: [email protected]
Física de Materiales
Organización Microscópica
Propiedades Macroscópicas
Puente
Científico
Aplicaciones
dureza
Brinell
C
H
2
8
2
0
4
02
0
10
6
01
2
0
8
0
perlita fina
perlita
gruesa
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
composición porcentual en C
Polímeros
Cerámicas
Metales
Propiedad:
Nexo común
Materiales
compuestos
Tratamiento descriptivo
Función de naturaleza
atómica + distribución
espacial
Física de Materiales
ESTRUCTURA A NIVEL
ATÓMICO
Clasificación
en términos
de la
estructura
MATERIALES
ORDENADOS
CRISTAL IDEAL
ENTRE EL ORDEN Y EL
DESORDEN
POLÍMEROS
Técnicas Experimentales
MATERIALES
DESORDENADOS
DIFRACCIÓN DE RAYOX X,
MICROSCOPIAS DE CAMPO
PRÓXIMO
AMORFOS
CARACTERIZACIÓN
ESTRUCTURAL
CRISTAL REAL
TÉCNICAS DE
ANÁLISIS TÉRMICO
PROPIEDADES
MECÁNICAS
Tipos de
materiales
METALES
CERÁMICAS
FIBRAS
MATERIALES COMPUESTOS
Ejemplos
materiales
industriales
MATERIALES INDUSTRIALES
DISEÑO DE
MATERIALES
PLÁSTICOS
PROPIEDADES
TÉRMICAS
Física de Materiales
Capítulo 1. Introducción (Miguel Ángel Rodríguez)
Capítulo 2. El cristal ideal (Eusebio Solórzano)
Clasificación en
términos de la
estructura
Capítulo 3. El cristal real (Eusebio Solórzano)
Capítulo 4. Sólidos no cristalinos. El estado
amorfo (Miguel Ángel Rodríguez)
Capítulo 5. Entre el orden y el desorden (Miguel
Ángel Rodriguez)
Capítulo 5. Entre el orden y el desorden (Eusebio
Solórzano)
Tipos de materiales
Capítulo 6. Diagramas de fases en aleaciones
metálicas (Eusebio Solórzano)
Capítulo 7. Fibras, Cerámicas y Materiales
Compuestos (Eusebio Solórzano)
Ejemplos
materiales
industriales
Capítulo 8. Diseño y selección de Materiales
(Miguel Angol Rodríguez)
FÍSICA de MATERIALES
BIBLIOGRAFÍA :
J.A. de Saja, M.A. Rodriguez-Perez, M.L. Rodriguez-Mendez,
Materiales: Estructura, Propiedades y aplicaciones, Thomson Paraninfo,
2005
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
* Callister W.D., Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los
Materiales, Ed. Reverté, 1995.
* Askeland D.R., La Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Grupo
Editorial Iberoamericano, 1987.
* Saja J.A. de, Introducción a la Física de los Materiales, Servicio
Publicaciones Universidad de Valladolid, 2000.
Transparencias usadas en las clases disponibles en la web
Programa Detallado Física de Materiales
Introducción
1.
Introducción
1.1. Revisión de conceptos
1.2. Relación enlace–propiedades
1.3. Clasificación de los materiales
1.4. Estrategia en la elección de los
materiales
1.5. Papel del físico en la Ciencia de
los Materiales
Programa Detallado Física de Materiales
Materiales ordenados
2. El cristal ideal
2.1. Materiales ordenados, periódicos y aperiódicos
2.2. Orden periódico: simetría de traslación
2.3. Redes de Bravais
2.4. Estructura cristalina
2.4.1. Algunos ejemplos importantes de
estructuras cristalinas
2.5. Notaciones cristalográficas: Indices de Miller
2.6. La red recíproca
2.6.1. Funciones periódicas
2.6.2. El espacio recíproco
2.6.3. Representación matricial
2.6.4. Otras propiedades de la red recíproca
2.7. Difracción de Rayos X
2.7.1. Condiciones de difracción de Laue
2.7.2. Ley de Bragg
2.7.3. La construcción de Ewald
2.7.4. Factor de estructura geométrica
2.7.5. Métodos experimentales de difracción
2.8. Microscopía de campo próximo (SPM)
2.8.1. Microscopía de efecto túnel (STM)
2.8.2. Microscopía de Fuerza Atómica (AFM)
3. El cristal real
3.1. Imperfecciones en los sólidos
3.1.1. Defectos puntuales: vacantes e
intersticiales
3.1.2. Defectos lineales: dislocaciones
3.1.3. Defectos superficiales
3.1.4. Influencia de las dislocaciones en las
propiedades de los metales
3.2. Difusión
3.2.1. Ecuaciones de Fick
3.2.2. Mecanismos de difusión
3.2.3. Cálculo en la constante D
Programa Detallado Física de Materiales
Materiales desordenados
4. Sólidos no cristalinos: el estado amorfo
4.1. Características generales
4.2. Transformación de un líquido en un sólido amorfo
4.2.1. Métodos de preparación de materiales amorfos
4.3. La difracción de rayos X en materiales amorfos
4.3.1. La función de distribución radial
4.3.2. Experimentos de rayos-X
4.4. Los movimientos atómicos en un cuerpo amorfo
4.5. La temperatura de transición vítrea (Tg)
4.6. Interés tecnológico de los materiales amorfos
Programa Detallado Física de Materiales
Entre el orden y el desorden
5. Entre el orden y el desorden
5.1. Los polímeros plásticos
5.2. La matriz polimérica
5.2.1. Arquitectura de las cadenas
5.2.2. Una clasificación física de los polímeros
5.3. El estado sólido de los polímeros semicristalinos
5.3.1. Cristalización desde una disolución. Laminillas Cristalinas
5.3.2. Cristalización desde el fundido. Esferulitas
5.3.3. Parámetros fundamentales que caracterizan la estructura de un polímero semicristalino
5.4. Caracterización de los polímeros semicristalinos
5.4.1. Difracción de rayos X a ángulos altos (WAXD). Caracterización de la celdilla unidad
5.4.2. Difracción de Rayos X a ángulos bajos (SAXD). Caracterización de laminillas y fase amorfa
5.4.3. Microscopía electrónica de barrido (SEM)
5.4. 4. Determinación del índice de cristalinidad
5.5. Propiedades mecánicas de los polímeros
Programa Detallado Física de Materiales
Tipos de materiales:
Metales, Cerámicas, Fibras y Compuestos
6. Diagramas de fases en aleaciones metálicas
6.1. Conceptos fundamentales
6.2. Ejemplos de diagramas de fases
6.2.1. Sistemas isomórficos binarios
6.2.2. Endurecimiento por dispersión. Reacciones
de tres fases.
6.2.3. Sistemas eutécticos binarios
6.3. Diagramas de fases de interés industrial
6.3.1. El sistema hierro–carbono
6.3.2. El factor tiempo en las transformaciones de
fase
6.3.3. Diagramas temperatura-tiempotransformación (T.T.T.)
6.3.4. Diagramas de transformación por
enfriamiento continuo (C.C.T.)
6.3.5.Propiedades mecánicas de los diferentes
microconstituyentes del acero
6.3.6. Tratamientos térmicos de los aceros
7. Cerámicas, fibras y materiales compuestos
7.1. Cerámicas
7.1.1. Algunas estructuras cerámicas
7.1.2. Métodos de fabricación
7.1.3. Aplicaciones de las cerámicas
7.2. Fibras
7.2.1. Tipos de Fibras
7.2.2. Métodos de Fabricación
7.2.2. Celulosa. Caracterización estructural
7.2.3. Propiedades mecánicas de las fibras.
7.3. Materiales compuestos
7.3.1. Matrices
7.3.2. Refuerzos
7.3.3. Materiales celulares
Programa Detallado Física de Materiales
Ejemplos de Materiales Industriales y
Diseño de Materiales
8. Diseño y selección de materiales
8.1. Introducción
8.2. Metodología del diseño
8.3. Herramientas de diseño
8.3.1. Bases de datos
8.3.2. Programas de selección
8.4. Ejemplos prácticos
Materiales resistentes y ligeros
Aislantes térmico baratos
Materiales para construcción
Formación adicional
¿Qué pedirá la Sociedad a los Físicos?
Capacidad de trabajo en equipo
Capacidad de autoformación
Amplios conocimientos de Física
Idiomas
Capacidad para desenvolverse en el
laboratorio.
Capacidad de redacción de informes técnicos
y de hacer presentaciones en público
Distribución del temario: Física de Materiales
FÍSICA DE MATERIALES; 6ECTS
40 horas de clases teóricas:
12 horas de problemas,
seminarios y tutorías
Clases de Lunes a Jueves.
Viernes se reservan para seminarios y
tutorías
+
Prácticas de laboratorio
Horario: Comienzan en Noviembre
(días 4, 5 y 6 de Noviembre)
Distribución del temario: Física de Materiales
Clases teóricas:
Explicación del temario
Resolución de ejercicios
Seminarios:
1) Seminarios sobre diversos temas (títulos preliminares. Fechas por determinar,
aproximadamente uno por mes)
La carrera científica (MA Rodriguez) (15/11/2013)
Técnicas de cálculo por elementos finitos aplicadas a materiales (B. Notario) (13/12/2013)
Experiencias con radiación sincrotrón en ciencia de materiales (E.Solorzano) (10/01/2014)
Bioplásticos (A. López-Gil) (29/11/2013)
2) Tutorías conjuntas
Habrá tutorías conjuntas al finalizar los temas 3 (día 8/11/2013) , 5 y 8
3) Realización de vistas a laboratorios de materiales
Prácticas en Física de Materiales
Práctica: Caracterización de Materiales compuestos.
⇒ Objetivo fundamental:
•Caracterización de materiales usando técnicas
comunes en el análisis e la composición, estructura
y propiedades de materiales (Densidad, SEM, DSC,
TGA, FTIR)
• Identificación de un material desconocido
⇒ Objetivos adicionales:
• Toma de contacto con equipos
• Toma de contacto con personal
investigador y técnicos de laboratorio
• Manejo bibliografía
• Practicar en la presentación oral de
resultados
Prácticas en Física de Materiales.
Materiales (ejemplos)
Materiales compuestos de matriz polimérica. Ejemplos de cursos pasados:
PS reforzado con nanopartículas
PP ignifugado
Bioplástico formulado para cristalizar rápidamente
Poliolefina formulada para generar un material celular
Técnicas Experimentales de caracterización
1. Determinación de la densidad
2. Determinación de las propiedades térmicas, TGA, DSC.
3. Espectroscopia IR
4. Otras técnicas adicionales que se necesiten dependiendo de la naturaleza del material
considerado.
Prácticas en Física de Materiales
Fase 1: Meses de Noviembre y Diciembre: Caracterización de los materiales
Fase 3. Mes de Diciembre y Enero: análisis y discusión de resultados y
preparación de la presentación
Los resultados se presentaran oralmente al resto de la clase en una
presentación de 30 minutos que incluya.
1. Objetivo del estudio realizado
2. Técnicas de caracterización utilizadas. Descripción de las mismas
3. Metodología experimental utilizada
4. Resultados obtenidos y discusión
5. Conclusiones
Fecha de presentación:
Se acordará con los alumnos.
Será después de los exámenes del primer cuatrimestre
Prácticas en Física de Materiales
Programación:
• Día 4/11/2013, día 5/11/2013 y día 6/11/2013: De 13 a 14 horas.
• Se explicarán in-situ en los laboratorios como se procesan los
materiales y las técnicas de caracterización usadas.
• Cada grupo aproximadamente 8 horas más con su tutor para realizar la
caracterización de los materiales. Fechas y horario se acuerdan con el
tutor.
Prácticas en Física de Materiales
Apellidos, nombre
TUTOR
ABRIL BAYÓN, GUILLERMO
G1
ÁLVAREZ QUINTANA, SARA
CARRO ARDILA, YUMAR
GRUPO
G1
ALBERTO LOPEZ
G1
CAVIEDES VELASCO, DAVID
G1
CUADRA RODRÍGUEZ, DANIEL
G1
DOMINGO MENDEZ, JAVIER DE
G2
GARCÍA ALONSO, ROWENA
G2
ALBERTO LOPEZ
GARCÍA HERVÁS, ROBERTO
G2
GONZÁLEZ IGLESIAS, LAURA MARÍA
G2
Prácticas en Física de Materiales
TUTOR
Apellidos, nombre
GONZÁLEZ PÉREZ, DAVID
GRUPO
G3
GRANDE DE MIGUEL, JORGE
G3
ESTER LAGUNA
HERMOSA VARA, PABLO
G3
LOPEZ REYES, PALOMA
G3
MADRID QUINTO, ÁLVARO
MAGDALENO
JAVIER
DE
BENITO,
G4
ÁLVARO
G4
ESTER LAGUNA
MÁRQUEZ SANZ, MARÍA CRISTINA
G4
MARTÍN SÁNCHEZ, PATRICIA
G4
Prácticas en Física de Materiales
TUTOR
Apellidos, nombre
GRUPO
MARTINEZ LATORRE, PABLO
G5
MONTAÑO
JAVIER
G5
GARCÍA,
FRANCISCO
BELEN NOTARIO
MUMUN AHMED, MOUSTAFÁ RIDVÁN
G5
NÚÑEZ LAGUNA, JAVIER
G5
OLMO DÍAZ, JOSÉ FERNANDO DEL
G6
PÉREZ CALLEJO, GABRIEL
BELEN NOTARIO
G6
PISADOR CAÑIBANO, CARLOS
G6
RIOL TRIVIÑO, ALEJANDRO
G6
Prácticas en Física de Materiales
Apellidos, nombre
TUTOR
RIVERO ARRANZ, VÍCTOR
RODRÍGUEZ GUTIÉRREZ, JOSÉ
ÁNGEL
GRUPO
G7
G7
DANIEL VELASCO
RODRÍGUEZ MARTÍN, LUIS MIGUEL
G7
SÁENZ DE MIERA ANSOLA, ASIER
G7
SARDIÑA DEL DEDO, ALBERTO
G8
SARMENTERO MEDINA, ELENA
VALDAVIDA APARICIO, ADRIÁN
VASALLO FERNÁNDEZ, ENRIQUE
G8
DANIEL VELASCO
G8
G8
Evaluación Física de Materiales
Examen:
Cuestiones relacionadas con
la teoría y prácticas de aula
Evaluacion:
60% examen final
40% práctica de laboratorio
10% participación en seminarios y tutorías y
sesiones de evaluación del aprendizaje