Ciencia e Ingeniería
de los Materiales
Los hombres
primitivos confiaron en los materiales naturales, pero aprendimos con el paso
de los milenios que el fuego podría convertir arcilla en cerámica,
minerales en metales y la arena en vidrio, y desarrollamos un surtido amplio de
materiales con el cual hacer nuestros utensilios, decoraciones, herramientas y
armas. El progreso fue lento, sin embargo, en el siglo XVII, Robert Boyle concibio el moderno concepto de elementos químicos. Por el
siglo XIX alrededor de 100 elementos de la tabla periódica habían sido
identificados, proporcionando una base sólida para la Revolución Industrial. Y
la tecnología de hoy, de los ordenadores ,del laser,los motores a reacción y
las sondas espaciales,entre otros, se basan en la ciencia de los materiales.
La ciencia de los materiales es
posiblemente una de las disciplinas más importantes de la ingeniería actual.
Los materiales siempre han cumplido una posicion clave para el avance de la
civilización: eras enteras son denominadas por los mismos. Después del
desarrollo de la Edad de Piedra siguio la del Bronce
y luego la del Hierro y ahora en la era moderna tenemos un número enorme de
materiales adaptados para nuestro provecho. Realmente vivimos en la Edad de
Materiales.
Por ejemplo, la manera el
que los materiales son procesados es a menudo importante. Los pueblos en la
Edad del Hierro descubrieron esto cuando aprendieron que el hierro al ser
calentado y luego rápidamente enfriado hacen del mismo un material con una
dureza como para arar la tierra; y la misma estrategia es usada hoy para hacer
aleaciones de aluminio de gran fuerza para el motor de un avión. Hoy exigimos
más de nuestros materiales ,en fuerza mecánica, en propiedades eléctricas,
ópticas, y magnéticas, las cuales son cruciales para muchas aplicaciones. La
ciencia de materiales se concentra en cerámica, polímeros, y semiconductores, así
como en los metales y cristales, que tienen una larga historia de empleo.
Los siguientes son ejemplos de las
aplicaciones de las ciencias de los materiales:
El empleo de luz en la tecnología de las
comunicaciones requiere de materiales nuevos, transparentes que interactúan con
la luz. Los materiales nuevos transmiten eficientemente la luz por medio una
fibra de vidrio. Y nuevas fuentes de luz son desarrolladas: en vez de una
lampara de filamento, se usan los diodos electroluminescentes que son más
fiables y consumen menos potencia.
La industria de la informática depende de la ciencia
de los materiales; nuevos materiales magnéticos pueden conducir a discos duros
tan pequeño que podrían ser usados para proporcionar teléfonos móviles con
memorias del orden del gigabyte.
La revolución en curso de la biotecnología implica la
creación de nuevos materiales que ayudarán a prolongar y mejorar la calidad de
vida. Tal como un nuevo cemento de cerámica para la reparación de los hueso, o
un andamio de polímero para el crecimiento de célula y la ingeniería del tejido
para crear órganos de reemplazo.
Se ha estimado que aproximadamente el 60
por ciento de toda la gente quien es empleado como químicos o ingenieros
químicos tarde o temprano trabajarán sobre materiales de polímero. La industria
informática entera es construída, esencialmente, sobre un solo material - el
silicio - y la tecnología del ordenador se conducen por el desarrollo de
materiales nuevos; puede llegar aquel día en que el microprocesador será
construído del plástico.
La edad del Bronce se sitúa generalmente en Europa entre el 1800 y el 700 a.C., son características las puntas de flecha, los punzones y objetos de adorno. El descubrimiento del cobre primero, del estaño y bronce después, hicieron que algunos pueblos acudieran a puntos lejanos de sus asentamientos en busca de estos metales, llevando consigo sus tendencias culturales y sus técnicas.
La utilización del metal llevo consigo el crecimiento de la complejidad de la estructura social de cada comunidad, y aparecieron las luchas entre los distintos grupos y tribus.
El dominio de la técnica de los metales o su posesión determinaban el poder y la riqueza, dando origen a una minoría de privilegiados, frente a una mayoría de subordinados, incluso es posible que de esclavos.
Las culturas neolíticas vivían en
llanos y apenas poseían armas. Ahora la lucha por los metales, las ambiciones
de poder y riqueza, las nuevas estructuras sociales, y otras causas
desconocidas, crea intereses contrapuestos entre grupos que provocan las
guerras. Desde antes del 1.700 a.C. las necesidades defensivas de los grupos
pasan a primer plano, y construyen sus hábitats en lugares de fácil defensa; en
las tumbas empiezan a abundar las armas.
El bronce fue precedido por el cobre, que los metalúrgicos aprendieron a endurecer más tarde con estaño. Más tarde algunos pueblos usaron directamente el bronce sin haber conocido el cobre, o usaron ambos metales. Los pueblos metalúrgicos usaban los metales en función de los que existían en sus territorios, o de aquellos de los que disponían.
El uso del cobre se remonta a una fecha anterior al año 4.000 a.C. (quizás hacia el 5.000 a.C.) en Oriente Medio. La aleación considerada correcta era 90-10 pero en un alto porcentaje de hallazgos la proporción es siempre inferior a 94-6.
El cobre se logro en épocas diferentes y en diversos puntos. El cobre era abundante en Chipre, que antiguamente se llamada Alashiya, y cambio su nombre por el de Chipre derivado de la palabra “cobre” (la semejanza se percibe incluso en latín, en que cobre es cuprum, mientras Chipre se llamaba Cyprium).
Posiblemente posterior al cobre y anterior al bronce es el oro (que incluso podría ser anterior al cobre). También en la misma época aparece la plata y el mercurio; seguidamente fueron descubiertos el estaño, el cinc, el hierro y el plomo. Primeramente el estaño se uso para endurecer el cobre, usándose también después una mezcla con zinc. En cambio aun no se domina la técnica para fundir el hierro.
El cobre se obtenía de la malaquita y de la azurita, y raramente de los sulfuros de cobre. Se obtenía los llamados cobre negro, cobre en bruto y otras variedades.
El cobre funde a mil doscientos grados, o sea a menos que la plata, pero a mas que el oro.
El cobre se encontraba en la cuprita (cobre rojo), la tenorita (cobre negro), la chalcorina y la covelina (combinada con azufre). Las piritas de cobre (erubescita, bornitas y tetraedritas) eran combinación de cobre con sulfuros metálicos.
También había cobre en muchos minerales, y en algunas sales (entre ellas la azurita y la malaquita).
Los fundidores de bronce utilizaban moldes de piedra. El molde constaba de dos partes: una de ellas donde se había hecho el hueco (extremadamente afinado y preciso) del objeto a crear, así como una hendidura separada. En el hueco se arrojaba el metal fundido y encima se colocaba una piedra plana a modo de tapa. Cuando el metal fundido se enfriaba se introducía una cuña en la hendidura para separar de nuevo el molde de la tapa, y se extraía la figura moldeada.
No obstante no existen muchas piezas de bronce. El material no era abundante. Se dominaba la técnica pero muchos instrumentos no se elaboraban en bronce por falta de materia prima.
LA EDAD DEL HIERRO.
La Edad del Hierro viene
caracterizada por la utilización del hierro como metal, utilización importada
de Oriente a través de la emigración de tribus indoeuropeas, que a partir del
1.200 a.C. empiezan a llegar a Europa Occidental, aunque no atravesaron los
Pirineos hasta probablemente después del 900 a.C.
Eduardo Ghershman ,20.4.2002 enlace a CIENCIA