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