WorksheetsBanco de preguntas — Propiedades estructurales de los materiales
Total questions: 91
Worksheet time: 46mins
¿Cuáles son las tres categorías básicas de materiales en ingeniería?
Metales, cerámicas y polímeros
Metales, maderas y hormigones
Cerámicas, vidrios y compuestos
Polímeros, semiconductores y fibras
¿Qué propiedades generales caracterizan a los metales?
Alta rigidez y resistencia, buena tenacidad y excelente conductividad eléctrica y térmica
Baja rigidez, baja densidad y alta transparencia óptica
Alta fragilidad, mala conductividad y resistencia únicamente a compresión
Muy baja tenacidad, alta porosidad y baja conductividad térmica
¿Cómo se clasifican los metales?
Ferrosos y no ferrosos
Dúctiles y frágiles
Ligeros y pesados
Puros y aleados
¿Cuáles son las tres configuraciones principales de la estructura cristalina de los metales?
BCC (cúbica centrada en el cuerpo), FCC (cúbica centrada en las caras) y HCP (hexagonal compacta)
BCC, BCT y ortorrómbica
FCC, tetragonal y monoclínica
HCP, amorfa y vítrea
¿Qué factor explica que algunos metales cambien su estructura cristalina según la temperatura?
La tendencia a adoptar la estructura de menor energía según la temperatura
El aumento del contenido de impurezas con el calentamiento
La expansión térmica que rompe enlaces iónicos
La difusión de electrones que genera fases amorfas
¿Qué limita el uso de metales puros en ingeniería y cómo puede mejorarse su desempeño?
Sus propiedades limitadas; se mejoran mediante aleaciones agregando otros elementos
Su exceso de resistencia; se reduce mediante recocido para ablandarlos
Su reactividad nula; se activa con catalizadores
Su baja densidad; se incrementa con tratamientos térmicos
¿Cuáles son las dos categorías principales de las cerámicas?
Tradicionales e industriales (de ingeniería o finas)
Vítreas y poliméricas
Naturales y sintéticas
Amorfas y cristalinas
¿Por qué el tamaño de grano influye de manera importante en la resistencia de las cerámicas?
Los granos finos reducen defectos internos y distribuyen tensiones más uniformemente
Los granos grandes mejoran la ductilidad por deslizamiento de dislocaciones
Los granos finos aumentan la porosidad y facilitan el inicio de grietas
El tamaño de grano no afecta a la resistencia de las cerámicas
¿Cuál es el papel de la arcilla (caolinita) en las cerámicas tradicionales y por qué es fácilmente moldeable cuando está húmeda?
Tiene estructura laminar; el agua entre capas confiere hidroplasticidad y deslizamiento
Actúa como agente espumante; el agua genera poros que facilitan el moldeo
Es un aglutinante orgánico; el agua provoca reticulación rápida
Se vuelve vítrea al mojarse; el agua la funde parcialmente
¿Qué son los carburos?
Compuestos cerámicos formados entre carbono y un metal
Aleaciones metálicas con alto contenido de silicio
Óxidos metálicos con alta dureza
Fases intermetálicas ricas en nitrógeno
¿Qué es un cermet y por qué es valioso en manufactura?
Un material compuesto con fase cerámica y fase metálica que combina resistencia a la oxidación y tenacidad
Un vidrio templado con inclusiones poliméricas que mejora la transparencia
Un polímero reforzado con fibras naturales para reducir densidad
Una aleación amorfa de alta entropía para mejorar la conductividad
¿Qué es el vidrio y cuál es el contenido mínimo de sílice requerido comercialmente?
Un sólido inorgánico amorfo superenfriado; al menos 50% de sílice
Un cristal iónico transparente; al menos 25% de sílice
Un polímero termoestable transparente; al menos 70% de sílice
Una fase metálica amorfa; al menos 10% de sílice
¿Qué proceso químico ocurre en los termoestables al calentarse que evita que puedan moldearse repetidamente?
Reticulación (cross-linking)
Fusión reversible
Cristalización parcial
Sublimación
¿Qué enlace primario fuerte mantiene unidos los monómeros a lo largo de la cadena principal del polímero?
Enlace covalente
Enlace iónico
Puente de hidrógeno
Interacciones de Van der Waals
Además de la polimerización, ¿qué característica del monómero permite la formación de la cadena?
Doble enlace entre átomos de carbono
Enlace triple entre carbono y oxígeno
Anillos aromáticos preformados
Presencia de grupos hidroxilo terminales
La polimerización por etapas se denomina a menudo condensación. ¿Qué subproducto condensa comúnmente en esta reacción?
Agua H2O
Oxígeno O2
Dióxido de carbono CO2
Amoniaco NH3
¿Qué efecto general tiene un mayor grado de polimerización sobre las propiedades mecánicas del polímero sólido?
Aumenta la resistencia mecánica
Disminuye la resistencia y aumenta la solubilidad
No produce cambios apreciables
Vuelve al material más frágil y menos tenaz
¿Cuál de las tres estructuras tácticas es la aleatoria que da lugar a un polímero más blando?
Atáctica
Isotáctica
Sindiotáctica
Mesotáctica
¿Cuáles son las tres estructuras principales de los polímeros?
Lineal, ramificada y reticulada
Amorfa, cristalina y vítrea
Semiconductora, dieléctrica y conductora
Elástica, plástica y frágil
¿Qué tipo de polímero se ablanda al calentarse y puede moldearse de nuevo?
Termoplástico
Termoestable
Elastómero únicamente
Copolímero en bloque
¿Qué tipo de polímero forma una estructura rígida y no puede remodelarse después del curado?
Polímero termoestable
Termoplástico
Elastómero termoplástico
Copolímero aleatorio
¿Para qué se usa la vulcanización?
Para fortalecer el caucho mediante el reticulado de sus moléculas
Para disolver polímeros en disolventes orgánicos
Para cristalizar polímeros y hacerlos transparentes
Para reducir el peso molecular mediante hidrólisis
¿Cuál es la diferencia principal entre termoplásticos y termoestables?
Los termoplásticos pueden fundirse de nuevo; los termoestables no
Los termoestables se pueden reciclar por fusión; los termoplásticos no
Los termoplásticos siempre son amorfos; los termoestables siempre cristalinos
No existe diferencia en el comportamiento térmico
Nombra dos polímeros termoestables importantes.
Epoxi y resina fenólica
Polietileno y polipropileno
Nylon y PET
Silicona fluida y látex natural
¿Cuáles son las tres formas en que pueden producirse los polisiloxanos?
Fluidos, elastómeros y resinas termoestables
Películas, fibras y espumas
Termoplásticos, termoestables y metales
Fases vítreas, cerámicas y metálicas
El caucho natural se deriva de ________, una sustancia lechosa producida por diversas plantas, principalmente el árbol del caucho.
Látex
Resina de pino
Savia de abedul
Brea
¿Cuál es la materia prima predominante para los cauchos sintéticos?
Petróleo
Carbón vegetal
Celulosa
Arena silícea
Un ____________ es un sistema de material compuesto por dos o más fases físicamente distintas cuya combinación produce propiedades agregadas diferentes a las de sus constituyentes. ¿Qué término completa la definición?
Material compuesto
Solución sólida
Aleación amorfa
Monocristal
¿Qué son los compuestos tradicionales?
Aquellos que ocurren en la naturaleza o han sido producidos por civilizaciones durante muchos años
Materiales fabricados exclusivamente con polímeros modernos
Composites desarrollados en el siglo XXI con nano-refuerzos
Aleaciones metálicas endurecidas por precipitación
¿Qué término indica un material homogéneo en el que todos los granos tienen la misma estructura cristalina, o un polímero sin cargas?
Fase
Grano
Textura
Defecto puntual
Principales categorías de materiales de ingeniería.
Metales, cerámicas y polímeros
Metales, compuestos y aleaciones de hierro
Cerámicas, vidrios y maderas
Polímeros, maderas y hormigón
¿Qué es un metal? Selecciona las propiedades principales.
Dúctil y maleable
Brillante y buen conductor de calor y electricidad
Baja resistencia y baja rigidez
Alta resistencia, rigidez y tenacidad
Elige la afirmación que describe correctamente a los metales ferrosos.
Contienen base de hierro (por ejemplo, acero, hierro fundido)
No contienen hierro en su base (por ejemplo, aluminio, cobre, titanio)
Son siempre no magnéticos
Contienen únicamente hierro puro sin carbono
¿Qué es el acero?
Una aleación hierro–carbono con 0.02–2.11% de carbono, a menudo con Cr, Ni, Mn o Mo
Una aleación hierro–carbono con 2–4% de carbono y silicio
Hierro puro sin aleantes
Una aleación de aluminio con silicio
¿Qué es el hierro fundido?
Aleación hierro–carbono con 2–4% de carbono, más silicio, fácil de colar
Aleación hierro–carbono con menos de 0.02% de carbono
Aleación hierro–carbono con 0.02–2.11% de carbono
Aleación de cobre con zinc
¿Cómo afecta la estructura atómica a las propiedades de los metales?
El arreglo atómico controla dureza, ductilidad, resistencia y el comportamiento bajo calor y deformación
Solo determina el color del metal
No tiene efecto apreciable en propiedades mecánicas
Únicamente afecta a la conductividad eléctrica pero no a la mecánica
¿Qué es una celda unitaria en un cristal?
La estructura repetitiva más pequeña que muestra cómo se ordenan los átomos
Un grano completo del material
Una impureza dentro de la red cristalina
Un defecto lineal en el cristal
Estructuras cristalinas de metales. Relaciona cada estructura con la característica indicada.
FCC
Alta ductilidad (p. ej., Al, Cu)
BCC
Alta resistencia a temperatura (Fe a temperatura ambiente)
HCP
Estructura densa con baja ductilidad (p. ej., Mg, Zn)
¿Qué es el alotropismo?
Capacidad de un metal de cambiar su estructura cristalina con la temperatura
Tendencia de un metal a oxidarse en presencia de agua
Formación de soluciones sólidas entre dos metales
Proceso de recristalización por deformación en frío
Otros factores que afectan el comportamiento de los metales. Selecciona todos los que apliquen.
Composición
Impurezas
Tamaño de grano
Límites de grano
Ambiente
¿Qué son las cerámicas?
Compuestos de elementos metálicos y no metálicos; duros, frágiles, resistentes al calor y de baja conductividad eléctrica
Aleaciones metálicas con alta ductilidad y buena conductividad
Polímeros con alta elasticidad y baja densidad
Vidrios amorfos con alta tenacidad
Elige el grupo que corresponde a cerámicas tradicionales frente a cerámicas de ingeniería.
Tradicionales: ladrillos, azulejos, alfarería; Ingeniería: herramientas de corte, partes de turbina, implantes médicos
Tradicionales: herramientas de corte, implantes; Ingeniería: ladrillos y azulejos
Tradicionales: aceros y fundiciones; Ingeniería: polímeros y compuestos
Tradicionales: vidrio templado; Ingeniería: madera y hormigón
¿Por qué las cerámicas son duras pero frágiles?
Por enlaces iónicos/covalentes fuertes que impiden la deformación plástica
Porque tienen gran cantidad de dislocaciones móviles
Debido a su estructura amorfa siempre
Porque contienen gran porcentaje de hierro
Efecto del tamaño de grano en cerámicas: selecciona la afirmación correcta.
Granos más pequeños implican mayor resistencia y tenacidad
Granos más grandes siempre mejoran la tenacidad
El tamaño de grano no afecta a la resistencia
Granos más pequeños reducen la resistencia a temperatura ambiente
Carburos, nitruros y cermets. Relaciona cada categoría con el ejemplo o descripción correspondiente.
Carburos
WC o SiC usados en herramientas de corte
Nitruros
Si3N4 o TiN, fuertes y resistentes al calor
Cermets
Combinación cerámica + metal (p. ej., WC con Co)
Propiedades que diferencian a las cerámicas de los metales. Selecciona todas las que apliquen.
Alta dureza
Baja tenacidad
Alta resistencia a temperatura
Baja conductividad
Alta ductilidad
¿Qué es el vidrio según el documento?
Un sólido amorfo formado por enfriamiento rápido de un fundido, basado principalmente en sílice
Un cristal perfecto de cuarzo puro
Un metal con óxidos dispersos
Un polímero termoestable altamente reticulado
Tipos de vidrio comercial. Selecciona todas las opciones correctas.
Vidrio sodocálcico
Vidrio de borosilicato
Sílice fundida
Vidrio plomo‑alcalino
Acero al silicio
¿Qué es un polímero y qué es una mer?
Un polímero es una cadena larga de unidades repetitivas llamadas meres
Un polímero es un agregado cristalino de granos; una mer es un átomo de metal
Un polímero es una mezcla amorfa; una mer es una impureza
Un polímero es una fibra cerámica; una mer es una molécula de agua
Termoplásticos, termoestables y elastómeros. Relaciona cada tipo con su comportamiento.
Termoplásticos
Funden y solidifican repetidamente
Termoestables
Endurecen permanentemente; no se pueden volver a fundir
Elastómeros
Altamente elásticos, con comportamiento tipo goma
Polimerización por adición frente a condensación. Relaciona cada mecanismo con su descripción.
Adición
Las cadenas crecen añadiendo monómeros; sin subproductos
Condensación
Los monómeros reaccionan por etapas formando subproductos (p. ej., agua)
Grado de polimerización (DP). Selecciona la afirmación correcta.
Es el número medio de meres por cadena; un DP más alto suele aumentar la resistencia pero dificulta el procesado
Es la fracción cristalina del polímero
Es la temperatura a la que el polímero se funde
Es el contenido de impurezas medido en ppm
Isotáctico, sindiotáctico y atáctico. Relaciona cada término con la disposición de los grupos laterales.
Isotáctico
Grupos laterales en el mismo lado
Sindiotáctico
Lados alternos
Atáctico
Arreglo aleatorio
Polímeros lineales, ramificados y reticulados. Relaciona cada tipo con su descripción.
Lineales
Cadenas largas sin enlaces cruzados (típicos termoplásticos)
Ramificados
Cadenas con ramas laterales
Reticulados
Cadenas conectadas entre sí; típico de termoestables y elastómeros
Cristalinidad en polímeros: selecciona la opción correcta.
Son regiones ordenadas; mayor cristalinidad aumenta resistencia, rigidez, densidad y punto de fusión
Es el grado de entrecruzamiento; más cristalinidad reduce el punto de fusión
Es el contenido de impurezas; mayor cristalinidad reduce la densidad
Es la orientación aleatoria de cadenas; mayor cristalinidad disminuye la resistencia
Relación entre Tg y Tm . Empareja cada término con su definición.
Tg
Temperatura a la que un polímero amorfo se vuelve gomoso
Tm
Punto de fusión de un polímero cristalino
Ejemplos de termoplásticos y sus usos. Selecciona todas las combinaciones correctas.
Polietileno (PE): bajo coste y resistencia química → botellas y bolsas
Polipropileno (PP): alto punto de fusión → contenedores y piezas automotrices
Polietileno (PE): alto punto de fusión → frenos de disco
Polipropileno (PP): se usa como resina epoxi termoestable
Polímeros termoestables (ejemplos). Elige la opción correcta.
Epoxis, fenólicos y resinas de poliéster
Polietileno y polipropileno
Cauchos naturales únicamente
Nailon y PET
¿Qué son los elastómeros?
Polímeros ligeramente reticulados con cadenas largas y enrolladas que permiten gran deformación elástica
Polímeros cristalinos con alto punto de fusión y sin elasticidad
Cerámicas con enlaces iónicos
Metales con estructura BCC
¿Qué es un material compuesto? Define matriz y refuerzo.
Un material con dos fases para mejorar propiedades; matriz: fase continua (polímero, metal o cerámica); refuerzo: fibras o partículas que aportan resistencia, rigidez o tenacidad
Un metal aleado con un solo elemento; matriz: disolvente; refuerzo: soluto
Un material homogéneo sin fases; matriz: vapor; refuerzo: agua
Un polímero que no contiene aditivos
Tipos de compuestos. Relaciona cada sigla con el ejemplo correspondiente.
PMC
Fibra de carbono + epoxi
MMC
Aluminio con fibras de SiC
CMC
Fibras de SiC en matriz cerámica
¿Cuáles son las cuatro categorías principales de materiales de ingeniería?
Metales, cerámicas, polímeros y materiales compuestos
Metales, maderas, vidrios y aleaciones ligeras
Cerámicas, semiconductores, fibras naturales y metaloides
¿Qué conjunto de propiedades caracteriza en general a los metales?
Alta ductilidad y maleabilidad, brillo, buena conductividad térmica y eléctrica, y buena resistencia mecánica
Baja densidad, total transparencia y nula conductividad eléctrica
Estructura amorfa, extrema fragilidad y baja conductividad térmica
¿Cuál es la diferencia esencial entre metales ferrosos y no ferrosos?
Los ferrosos contienen hierro como componente principal; los no ferrosos incluyen aluminio, cobre, magnesio y titanio
Los ferrosos no contienen hierro; los no ferrosos sí contienen hierro en pequeña cantidad
¿Qué contenido de carbono distingue al acero del hierro fundido?
Acero: 0.02%–2.11% C; Hierro fundido: 2%–4% C
Acero: 2%–4% C; Hierro fundido: 0.02%–2.11% C
¿Qué describe la estructura cristalina de un metal?
El arreglo de átomos al solidificar, formando celdas unitarias como BCC, FCC o HCP
El número de impurezas por grano sin relación con el arreglo atómico
Relaciona cada estructura cristalina con un ejemplo de metal.
BCC
Hierro alfa
FCC
Aluminio
HCP
Magnesio
¿Qué es la alotropía en los metales?
La capacidad de adoptar diferentes estructuras cristalinas según la temperatura (por ejemplo, hierro cambiando de BCC a FCC)
La tendencia a formar capas de óxido en presencia de aire
¿Por qué se alean los metales?
Para aumentar dureza, resistencia y tenacidad, y mejorar la resistencia a la corrosión o a alta temperatura
Para disminuir su punto de fusión y hacerlos siempre más frágiles
¿Qué son las cerámicas y cómo están compuestas?
Compuestos de elementos metálicos y no metálicos que forman materiales duros, resistentes al calor y frágiles
Aleaciones metálicas dúctiles con alta conductividad eléctrica
¿Cómo difieren las cerámicas tradicionales de las industriales o de ingeniería?
Las tradicionales incluyen arcillas, ladrillos y alfarería; las industriales incluyen materiales avanzados para turbinas, herramientas de corte y electrónica
No hay diferencias; ambas se usan solo en arte
¿Por qué las cerámicas son frágiles?
Porque los enlaces iónicos y covalentes limitan la deformación plástica y facilitan la propagación de grietas
Porque tienen estructura FCC altamente dúctil
¿Qué es la hidroplasticidad de la arcilla?
La capacidad de volverse moldeable al absorber agua debido a su estructura en capas
La pérdida de agua por evaporación a alta temperatura
¿Qué son los carburos? Elige la opción con dos ejemplos correctos.
Cerámicos formados por metal + carbono; ejemplos: WC y SiC
Aleaciones de aluminio + silicio; ejemplos: AlSi10 y AlSi12
¿Qué es un nitruro? Selecciona el ejemplo industrial correcto.
Cerámico de metal + nitrógeno; TiN usado como recubrimiento duro para herramientas de corte
Compuesto orgánico nitrogenado; urea usada como ablandador de polímeros
¿Qué son los cermets?
Combinaciones de una fase cerámica con una fase metálica, con alta resistencia a temperatura y cierta tenacidad
Polímeros con refuerzos de fibra de vidrio
¿Por qué el vidrio se considera un sólido amorfo?
Porque carece de estructura cristalina y presenta un arreglo atómico desordenado
Porque está compuesto solo por moléculas orgánicas
¿Qué es un polímero?
Un material formado por largas cadenas de unidades moleculares repetidas llamadas meros
Un agregado de granos cerámicos sin enlaces
¿Cuál es la diferencia entre termoplásticos y termoestables?
Los termoplásticos pueden fundirse y solidificarse repetidamente; los termoestables se endurecen permanentemente y no pueden volver a fundirse
Ambos se funden y solidifican indefinidamente sin cambios
¿Qué son los elastómeros?
Polímeros con bajo entrecruzamiento que pueden estirarse hasta alrededor del 500% y recuperar su forma original
Cerámicas porosas de alta rigidez y nula deformación elástica
¿Qué es la polimerización por adición?
Proceso en el que dobles enlaces en monómeros se abren para crear largas cadenas sin subproductos
Reacción entre dos monómeros que genera cadenas y agua como subproducto
¿Qué es la polimerización por condensación?
Reacción entre monómeros que forma cadenas y un subproducto (usualmente agua)
Apertura de dobles enlaces sin formación de subproductos
¿Qué es el grado de polimerización (DP)?
El número medio de unidades repetitivas en una cadena polimérica; un DP mayor suele aumentar resistencia y viscosidad
La fracción cristalina de un polímero a temperatura ambiente
Relaciona la arquitectura del polímero con su descripción.
Lineal
Cadenas rectas
Ramificado
Cadenas principales con cadenas laterales
Entrecruzado
Cadenas interconectadas formando redes
¿Qué es un copolímero?
Un polímero formado por dos tipos distintos de unidades repetitivas
Un polímero hecho de un solo monómero
Relaciona el tipo de copolímero con su patrón de repetición.
Alternante
A–B–A–B
Aleatorio
Orden al azar
En bloque
Segmentos largos de A y de B
¿Cómo afecta la cristalinidad a un polímero?
Aumenta rigidez, resistencia, densidad y resistencia al calor; disminuye la transparencia
Disminuye rigidez y densidad, y aumenta transparencia siempre
¿Qué es la temperatura de transición vítrea Tg ?
La temperatura a la que un polímero amorfo pasa de rígido a gomoso
La temperatura de fusión de un polímero semicristalino
¿Qué es la vulcanización?
La adición de azufre al caucho para crear enlaces cruzados y aumentar elasticidad, resistencia y resistencia al calor
La incorporación de plastificantes a termoplásticos para reducir su Tg
¿Qué es un material compuesto?
Un material formado por dos o más fases (matriz + refuerzo) con propiedades combinadas superiores
Una aleación binaria con solidificación eutéctica
Selecciona todas las afirmaciones correctas sobre ventajas y desventajas típicas de los materiales compuestos.
Alta relación resistencia–peso
Buena resistencia a la fatiga
Alta rigidez específica
Propiedades anisotrópicas que pueden ser una desventaja en diseño
Coste elevado
