Revista Conocimiento 60

l 30 d

Director Luis Eugenio Todd

NanomatarialesMiguel José Yacamán Eduardo Pérez Tijerina Sergio Mejía RosalesPágina 51

Los materiales en la historiaRafael David Mercado SolísDavid Alejandro Díaz RomeroPágina 3

El vidrio como materialRoberto Cabrera LlanosAlfredo Martínez SotoPágina 9

Uso de nuevos aceros formables en la industria automotrizRafael ColásPágina 17

Algunas aplicaciones de los plásticos en las industrias del empaque y automotrizCarlos A. Guerrero S.Virgilio A. González G.Página 21

Plásticos comunes adquieren mayor valor a travésde sus compósitosJaime BonillaAlejandra de la Vega OyervidesPágina 25

Procesamiento de aleaciones aeroespacialesOctavio Covarrubias AlvaradoPágina 36

Materiales para la alta temperaturaJorge Alejandro Manríquez FrayrePágina 44

MaterialesLa ciencia de los

Nanotubo

Ingeniero Juan Celada Salmón,creador del hierro esponja.

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Re ConocimientoJuan Roberto Zavala

[email protected]

A personajes nuestros en investigación y desarrollo de materiales

Doctor Jaime Bonilla RíosCon importantes participaciones en proyectos de investigación en el área de compósitos poliméricos, tanto para el Centro de Sistemas de Manufactura del ITESM, como otros en colaboración con el Departamento de Ciencias de Materiales de la Rice University, en los Estados Unidos, Jaime Bonilla Ríos es profesor y director de Relaciones con Egresados del ITESM. Ha sido consultor para Industrias del Álcali, S.A., Manufacturas y Procesos Industriales, S.A. y CYDSA, e impartido cursos en el área de polímeros

en empresas como MABE (Monterrey); Thompson, de Ciudad Juárez, y ATOFINA, de Houston.

Es licenciado en Ciencias Químicas por el ITESM y tiene una Maestría en Ingeniería Química, de la Rice University. Su Doctorado en Ingeniería Interdisciplinaria, con énfasis en Reología de Polímeros, es de la Texas A&M University. En el campus Monterrey del ITESM ha sido director de la Licenciatura en Ciencias Químicas y director de Investigación y Extensión.

Doctor Hugo Guajardo MartínezExperto en la investigación y desarrollo de procesos de manufactura de superaleaciones, especialmente base níquel y titanio, Hugo Guajardo Martínez es el Metalúrgico Senior en la empresa Frisa Aerospace- División Acero, donde se fabrican anillos rolados para turbinas de avión, en su mayoría localizados en la sección del abanico y compresor, que son los de titanio y/o la zona de combustión-salida, de base níquel y cobalto. Las piezas son elaboradas para los

principales fabricantes de turbinas en el mundo: General Electric, Rolls Royce, Praff&Whitney y Snecma.

Es ingeniero mecánico electricista, y tiene una Maestría en Ciencias de Materiales, ambos grados académicos de la UANL. Su Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales es de la Universidad de Toronto. Ha sido catedrático en la FIME de la UANL y es coautor del libro Effects of Large Reductions and Heating Temperatura-Times on Grain Size Control of Alloy 718 Rolled Rings, publicado en 2005 por TMS.

Doctor Zygmunt Haduch SuskiAvecindado en nuestro país desde 1985, y con importantes trabajos de investigación en las áreas de ingeniería de materiales, especialmente en tribología y tratamiento térmico, Zygmunt Haduch Suski ha logrado, con base en un proceso de tratamiento de acero a temperaturas bajas (-196º C ), prolongar más de 300 por ciento la vida útil de herramientas de corte. Es coautor de tres libros y de 67 artículos científicos publicados en memorias de congresos y

revistas especializadas. Ha sido catedrático en la Universidad Politécnica de Cracovia, y actualmente es profesor en la Universidad de Monterrey.

Nació en Plowce-Sanok, Polonia. Es ingeniero mecánico, y tiene una Maestría en Mecánica, ambos grados académicos de la Universidad Politécnica de Cracovia. Su Doctorado en Ciencias Técnicas es de esta misma universidad. En la Universidad de Monterrey hizo una especialización en docencia. Ha recibido numerosos premios, de los que sólo mencionamos: en 2000 dos premios Tecnos y en 2000 el “Premio Nacional del Acero”, que otorga la Cámara Nacional del Acero.

Doctor Virgilio Ángel González GonzálezAutor y coautor de 72 artículos científicos publicados en memorias de congresos y revistas indexadas, y diversos premios recibidos, como el “Premio de Investigación”, que en 2001 le otorgó la UANL en la categoría de Ingeniería y Tecnología, Víctor Ángel González González ha realizado investigación en las áreas de las relaciones entre la estructura, morfología y las propiedades de polímeros; la obtención de materiales especiales y en la aplicación de la geometría

de fractales al estudio de los materiales. Es presidente de la Academia Mexicana de Ciencias, Sección Noreste.

Es químico industrial; tiene una Maestría en Ciencias, con especialidad en Química Orgánica y un Doctorado en Ingeniería de Materiales, los tres grados académicos de la UANL. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores nivel II, y ha sido catedrático en la Universidad Autónoma de Coahuila, y en las facultades de Ciencias Químicas e Ingeniería Mecanica y Eléctrica, de la UANL.

Doctor Ubaldo Ortiz MéndezCon una destacada trayectoria en la investigación de materiales ferrosos y no ferrosos y asesor en esa rama de proyectos para industrias como Hylsa, NEMAK, Galvak y Metalsa, Ubaldo Ortiz Méndez es profesor investigador en FIME y, desde 2003, secretario académico de la UANL. El año 2002 fue profesor invitado en la Université Paul Sabatier, en Toulouse, Francia. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores nivel I, y de la Academia Mexicana de Ciencias. Es autor del libro Metodología Científica, y

de numerosas ponencias y artículos científicos publicados en memorias de congresos y revistas indexadas.

Es licenciado en Física por la UANL y tiene una Maestría en Ciencias de los Materiales, de la Universidad Claude Bernard, en Lyon I, Francia. Su Doctorado en Ingeniería de Materiales es del Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas, del mismo país. Los años 1996, 2000 y 2001 la UANL le otorgó los “Premios de investigación” en las áreas de Ciencias Exactas e Ingeniería y Tecnología y el año 2000 el Gobierno del Estado de Nuevo León le dio el “Reconocimiento al Mérito del Desarrollo Tecnológico”.

Maestro José Jaime Taha TijerinaInvestigador en el campo de la nanotecnología, especialmente en polímeros reforzados con nanofibras de carbono, en los que ha realizado estudios de propiedades viscoelásticas y térmicas en los materiales, José Jaime Taha Tijerina ha realizado también diversas investigaciones de caracterización con metales como aluminio, acero y cobre. Actualmente labora en el Centro de Tecnología Aplicada de PROLEC-GE.

Es ingeniero mecánico administrador, por la Universidad de Monterrey, y tiene Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica, con especialización en Materiales, de la Universidad de Texas, campus PanAmerican en Edinburg, Texas. Es autor de diversas ponencias y artículos publicados en memorias de congresos y en revistas especializadas. Los años 1999, 2000 y 2001 la UDEM le otorgó el Premio a la Investigación Vinculada a la Docencia.

Pienso, luego existo DESCARTES1596 a 1650

PresidenteIngeniero Juan Antonio González Aréchiga

Director de Comunicación Social del Gobierno del Estado

Licenciado Omar Cervantes RodríguezIngeniero Xavier Lozano MartínezM. C. Silvia Patricia Mora CastroDoctor Mario César Salinas CarmonaDoctora Diana Reséndez PérezDoctor Alan Castillo RodríguezIngeniero Jorge Mercado Salas

Director del Programa Ciudad Internacional Del Conocimiento

Ingeniero Antonio Zárate Negrón

Director GeneralDoctor Luis Eugenio Todd

SubdirectorLicenciado Juan Roberto Zavala

Director EditorialFélix Ramos Gamiño

Secretario EditorialMaestro Rodrigo Soto

EducaciónProfesor Ismael Vidales Delgado

Ciencias Económicas y SocialesDoctor Jorge N. Valero Gil

Ciencias Básicas y del AmbienteDoctor Juan Lauro Aguirre

Desarrollo Urbano y SocialIngeniero Gabriel Todd

Ciencias MédicasDoctor David Gómez Almaguer

Ciencias Políticas y/o de Administración Pública

Contador Público José Cárdenas CavazosCiencias de la Comunicación

Doctora Patricia Liliana Cerda PérezLa Ciencia es Cultura

Licenciado Jorge Pedrazae ingeniera Claudia Ordaz

Educación Física y DeporteDoctor Óscar Salas Fraire

Las Universidades y la CienciaDoctor Mario César Salinas

RedacciónLicenciada Alma TrejoLicenciado Carlos Joloy

DiseñadorLicenciado Víctor Eduardo Armendáriz Ruiz

Arte GráficoArquitecto Rafael Adame Doria

Circulación y AdministraciónProfesor Oliverio Anaya Rodríguez

LA REVISTA CONOCIMIENTO ES EDITADA POR LA COORDINACIÓN DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE NUEVO LEÓN, Y ABRE SUS PÁGINAS A LAS INSTITUCIONES DE EDUCACIÓN SUPERIOR PARA LA PUBLICACIÓN DE ARTÍCULOS Y NOTICIAS DE CARÁCTER CIENTÍFICO. TELÉFONOS EN LA REDACCIÓN: 83 46 74 99 Y 83 46 73 51 [email protected] REGISTRO SOLICITADO PREVIAMENTE CON EL NOMBRE DE CONOCIMIENTO.

LAS OPINIONES EXPRESADAS EN LOS ARTÍCULOS SON RESPONSABILIDAD EXCLUSIVADE SUS AUTORES.

El espíritu de los materialesEsta edición está dedicada a los materiales. Los lectores podrían pensar

que este tema es totalmente pragmático y sin ninguna ilustración filosófica, pero los nanomateriales tienen también un alma noble

que representa un nuevo universo que desborda el interés monetario del liberalismo económico.

En esta ocasión se habla de los grandes materiales, como el acero, el vidrio y la cerámica, pero también se ilustran las nuevas tendencias que tienen que ver con el acero y el plástico. Igualmente, se abordan las corrientes relacionadas con los nanotubos de carbón y con las nuevas concepciones de materiales dedicados a la computación y a la ilustración digital. Ésta es una nueva revolución.

Los nanomateriales representan un universo distinto, porque tienen que ver con concepciones diferentes de la vida, así como del hacer nuevas infraestructuras distintas de las fórmulas convencionales de los materiales clásicos.

En esta ocasión, se seleccionó este tema para hablar del pasado, el presente y el futuro de la materia que va a poder ser representada por lo que aquí se describe, que son fórmulas pragmáticas y convencionales de cómo se está modificando en la época actual la materia que originalmente fue clásica y sencilla, y que ahora, con los nanotubos se convierte en algo más difícil de analizar en el pensamiento normal convencional.

Aquí convergen personajes tan valiosos como los que inventaron el fierro esponja, pero también los que sueñan, como en las facultades de Ciencias Físico-Matemáticas e Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León y del Tecnológico de Monterrey, con ese nuevo mundo, que el que esto escribe llamaría “de la materia terciaria” y que incluye una expresión distinta de la materia, viéndola no sólo como resistencia, sino como una nueva expectativa a través de los nanomateriales.

Esperamos que esta edición cumpla su cometido de hacer surgir una inquietud acerca de la nanotecnología, que es la visión moderna de un nuevo universo.

Hay tres universos: el de las estrellas, el de la Tierra y el del nanofirmamento.

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Cultura y ciencia

Los materiales en la historiaDoctor Rafael David Mercado SolísDoctor David Alejandro Díaz Romero

El vidrio como materialIngeniero Roberto Cabrera LlanosIngeniero Alfredo Martínez Soto

Vidrio: un material histórico, con nuevos usos revolucionarios Maestro Jorge Loredo

Minerales de fierro, materia prima para la producción de aceroIngeniero Ricardo Viramontes

Uso de nuevos aceros formables en la industria automotrizIngeniero Rafael Colás

Algunas aplicaciones de los plásticos en las industrias del empaque y automotrizDoctor Carlos A. Guerrero S.Doctor Virgilio A. González G.

Plásticos comunes adquieren mayor valor a través de sus compósitosDoctor Jaime Bonilla Ingeniera Alejandra de la Vega Oyervides

Polímeros y fármacos: una combinación ganadoraMaestro Jesús Ángel Valencia Gallegos

Cerámica de alta tecnologíaDoctor Tushar Kanti Das Roy

Prospectiva tecnológica de los materiales cerámicos para el Tercer MilenioDoctor Guadalupe Alan Castillo Rodríguez

Procesamiento de aleaciones aeroespacialesDoctor Octavio Covarrubias Alvarado

Biomateriales: características y aplicacionesDoctor Zygmunt HaduchDoctor Marco A. L. Hernández-Rodríguez

Materiales para la alta temperaturaDoctor Jorge Alejandro Manríquez Frayre

Magnetismo en nanopartículasDoctor Moisés HinojosaMaestro Marco Antonio Garza Navarro

Descubrimiento y manejo de materiales, el gran reto de la humanidadDoctora Patricia Liliana Cerda Pérez

Nanomatariales: Actualidad y futuroDoctor Miguel José Yacamán Doctor Eduardo Pérez Tijerina Doctor Sergio Mejía Rosales

El material didácticoProfesor Ismael Vidales Delgado

La seda, un monopolio de siglosIngeniera Claudia Ordaz

Cultura

CienciayAlma Trejo

Carlos Joloy

Presentan libro de Monseñor Tapia Méndez sobre “Gonzalitos”

En la presentación del libro Doctor José Eleuterio González, Benemérito de Nuevo León, obra

de monseñor Aureliano Tapia Mén-dez, editado por la UANL y el Centro de Investigaciones Históricas de Nuevo León, se insistió en la trascendencia del protagonista, considerado una destacada figura del siglo XIX.

José Eleuterio González, “Gonzalitos”, fue declarado Benemérito de Nuevo León, y su nombre está escrito con letras de oro en el Congreso del Esta-do; fue considerado “Bienhechor de la humanidad”, “Patriota desinteresado”, estudioso de la historia, amigo de las ciencias médicas, maestro y, en su honor, la antigua Hacienda de Ramos se convirtió en el Municipio de Doctor González, son datos relevantes de su personalidad que se muestran en la investigación realizada por el padre Tapia.

EDICIÓN CORREGIDA Y AUMENTADAEn el evento efectuado el 1 de agosto en el Aula Magna del Centro Cultural Universitario Colegio Civil, con la presencia del gobernador José Natividad González Parás, y del rector de la UANL, José Antonio González Treviño, fue presentada la segunda edición, corregida y aumentada, de la obra que fue editada por primera vez hace más de 30 años.

“José Eleuterio González es una de las piezas fundamentales de nuestra institución. En el marco de los festejos del 175 aniversario de la universidad, y de otra significación importante, la creación de la institución del Colegio Civil, el cual cumple 150 años, coincide con poner en marcha el Centro Cultural Universitario”, señaló González Treviño.

En su mensaje, el gobernador dijo que no podía faltar a la presentación de esta obra del padre Tapia, ya que aparte de ser su amigo, quería escuchar la obra de “Gonzalitos”, un gran hombre, que tuvo entre otras misiones en la vida la de ser gobernador del Estado.

Al referirse a Tapia Méndez, presente en la ceremonia, González Parás lo calificó como un “pastor de almas”, un hombre comprometido de manera profunda con la historia y particularmente con la historia de Nuevo León.

LOS COMENTARISTASPor su parte, el licenciado Jorge Pedraza Salinas destacó la importancia del sacerdote de origen michoacano, historiador, cronista de la Arquidiócesis de Monterrey, quien se ha dedicado puntualmente a estudiar importantes sucesos del siglo XIX en la entidad.

“Ha sido presidente de la Sociedad Seminario Cultura Mexicana, de la Asociación de Escritores de México, todo además de la labor religiosa.

Un retrato de Nicolás Rendón, realizado en 1911 por Eligio Fernández, es la pieza del

mes de agosto que se exhibe en la Pinacoteca de Nuevo León.

La señora Elvira Lozano de Todd, directora de la Pinacoteca, invitó al público a apreciar esta obra, con la que también se conmemora el natalicio del pintor.

Fernández fue un notable artista que dotó de retratos a las familias regiomontanas pudientes del siglo XIX; también realizó cuadros de temas religioso y urbano, así como trabajos diversos en el Teatro Juárez, el Templo del Roble y la Parroquia del Sagrado Corazón.

La Pinacoteca de Nuevo León recuerda a este pionero de la plástica nuevoleonesa. La Pinacoteca se ubica en el Colegio Civil, Centro Cultural Universitario, situado en Washington y Juárez, en el centro de Monterrey. El horario de visitas es de 10:00 a 20:00 horas de lunes a domingo. El martes permanece cerrado. La entrada es libre.

Exhibe la Pinacoteca pieza del mes

Retrato de “Nicolás Rendón”, realizado por Eligio Fernández.

www.conocimientoenlinea.com Número 60, del 17 al 30 de agosto de [email protected]

Materiales

La ciencia de los materiales

Cultura y Ciencia

Fórum universal de las Culturas 2007

Diálogos serán eje centraldel Fórum de las Culturas

Presentan libro de Monseñor Tapia Méndez sobre “Gonzalitos

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MaterialesFó

Más de cuatro mil 200 profesio-nales de la ciencia e ingeniería de los materiales, provenientes

de 68 países, se dieron cita en la reunión anual de The Minerals, Methods and Materials Society 2007 (TMS, por sus siglas en inglés), celebrada en Florida, a principios de este año. Durante este importante evento, se dieron a conocer los “Diez Momentos más Grandiosos de los Materiales en la Historia”, elegidos mediante una votación pública en Internet, a partir de una lista inicial de cien nominaciones. Dicha lista iniciaba alrededor del año 28000 a.C., e incursionaba progresivamente hacia tiempos modernos, postulando eventos como el descubrimiento del buckminsterfulereno en 1985 y el descubrimiento de los nanotubos en 1991, avances científicos fundamentales para el desarrollo actual de la nanotecnología.

Como resultado final de la votación, el Momento más Grandioso de los Materiales en la Historia estuvo a cargo del químico Ruso Dmitri Mendeleev, quien en 1864 concibió la primera clasificación de los elementos de acuerdo con sus propiedades y características químicas. La Tabla Periódica de los Elementos de Mendeleev constituye hoy en día una de las herramientas de referencia

Doctor Rafael David Mercado Solís Profesor-investigador. Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales FIME / [email protected]

Doctor David Alejandro Díaz Romero

Los materiales en la historia

científica más importantes jamás creadas [1, 2]. Sin lugar a dudas, un ejercicio como éste nos permite reflexionar acerca de la gran tras-cendencia que han tenido los materiales para el desarrollo del ser

humano a lo largo de su historia. “La Edad de Piedra”, “la Edad del Cobre”, “la Edad del Bronce” y “la Edad del Hierro” son términos típicamente utilizados por los historiadores, para marcar cronológicamente la evolución

La Tabla Periódica de los Elementos de Mendeleev.

ANUNCIAN PROPUESTA ESCÉNICAEntre los eventos multidisciplinarios de las artes escénicas destaca la presentación de compañías teatrales de todo el mundo, que lo mismo disfrutarán niños, jóvenes y adultos. Estos grupos artísticos enmarcarán sus propuestas en los ejes temáticos del evento: diversidad cultural, conocimiento, paz y sustentabilidad.

En el evento que se realizará a partir del 20 de septiembre, participarán 189 grupos; el 30 por ciento de ellos, mexicanos. De estos grupos, hay 17 españoles, 14 franceses, seis italianos y de otros países, los cuales se presentarán en 19 espacios, como la Carpa Teatro, Carpa Títeres, Marionetas Acuáticas, Teatro de los Sentidos, Teatro de las Artes, ubicados dentro del Parque Fundiera; así como en el Aula Magna, el Auditorio Luis Elizondo y en espacios públicos como el Paseo Santa Lucia, la Plaza Zaragoza y la Plaza 400 años.

Katzir Meza, director de Expresiones Culturales del Fórum, habló de la programación de artes escénicas, junto con Eber Banda, del grupo “Rincón de la Palabra”; César Tavera, de la “Carpa de los Títeres”, y la maestra Araceli Guerrero,

quien está a cargo de los espectáculos “Las Niñas de la Guerra” y “Del Ombligo de la Luna”.

Entre la oferta disponible estarán las presentaciones de Stockbridge Pipe Band, de Inglaterra; la Orquesta del Principado de Asturias, de España; los Tambores Yamato, de Japón, y el Ballet Folclórico Nacional Bafona, de Chile, que se presentarán en espacios como la Plaza 400 años del Museo de Historia Mexicana o en el Paseo Santa Lucía.

Meza puntualizó que quienes asistan al Fórum podrán presenciar gratuitamente montajes de calidad internacional; en escenarios como la Cineteca y el Auditorio Luis Elizondo se cobrará en base a los ‘usos y costumbres’ del espacio con tarifas que varían entre 30 y 60 pesos. En esos lugares, además, se realizarán conciertos, espectáculos masivos y teatro callejero, así como los conciertos de “Latidos del Mundo” en que participarán 35 grupos musicales. Las personas interesadas en acudir a los eventos libres deberán registrarse previamente vía electrónica, pues todos los accesos estarán controlados.

Los interesados pueden registrarse en las oficinas del Fórum, en el Parque Fundidora, Avenida Fundidora y Adolfo Prieto, S/n, Col. Obrera, Monterrey, N.L., o en el EGADE, en Avenida Fundadores y Rufino Tamayo, Col. Valle Oriente, San Pedro Garza García, N.L. Tels.: 8625-6188 y 8625-6170 o en [email protected]. Como requisito de asistencia es necesario el registro previo: vía electrónica a través de la página del Fórum; por medio de un Call Center que se abrirá, y en un módulo que se instalará próximamente en Cintermex.

ESPECTÁCULO EMBLEMÁTICOCon el Horno 3 como escenario, el espectáculo “La Fragua del Mundo” abrirá los trabajos del Fórum Universal de las Culturas Monterrey 2007, la tarde del 20 de septiembre. A casi un mes del arranque del evento, la ciudad se prepara con instalaciones y en la logística de la programación.

“La Fragua del Mundo” constituye el Espectáculo Emblemático del Fórum Monterrey 2007 y se proyecta para ser uno de sus grandes atractivos permanentes del evento, explicó el creador Jorge Vargas. El espectáculo no es sólo visual, sino que lleva un mensaje del Fórum como la universalidad del humano, indicó. En el montaje se invirtieron 25 millones de pesos.

BUSCAN LÍDERES DEL CAMBIOEl Fórum Monterrey 2007, la EGADE del Tec de Monterrey y la empresa Syntony Quest invitan a participar como “Líder de Cambio”, a través del cual se seleccionará a 100 representantes de la comunidad regiomontana para que participen en los Diálogos del Forum Monterrey 2007. El reto y compromiso de los Líderes de Cambio es dejar un legado de desarrollo y bienestar en nuestra ciudad.

Las personas seleccionadas recibirán capacitación y apoyo para que, durante el Fórum, emprendan un proyecto de beneficio económico, social o ambiental en su comunidad. Se busca un grupo compuesto por hombres y mujeres con diferentes ocupaciones, capacidades y preparación. Los requisitos son: residen-cia en la zona metropolitana de Monterrey o en cualquier otro municipio de Nuevo León, disponibilidad para participar en un proceso de desarrollo de liderazgo que incluye capacitación, sesiones de aprendizaje e inclusión en los Diálogos del Forum de agosto de 2007 a marzo de 2008. La edad es entre 18 y 99 años de edad, con motivación e ideas para mejorar el entorno social y ambiental.

Ciencia y tecnología, derechos humanos, diversidad y salud,algunos de los temas que se abordarán durante el Fórum

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Cultura y ciencia

Cultura

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Carlos Joloy

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les Fórum

del hombre. Quizá se trate de una terminología un tanto somera; pero, al mismo tiempo, contundente, para poner de manifiesto que pocas cosas podrían estar tan ligadas al desarrollo de la civilización como lo están los materiales.

LA EDAD DE PIEDRA Y EL HOMBRE PREHISTÓRICO (HASTA ~3000 A. C.)El hombre de la Edad de Piedra, inmerso en un ambiente hostil de animales salvajes, climas extremos y terrenos desfavorables, tuvo que ser práctico, creativo e inventivo, para lograr su propia supervivencia. La piedra, un elemento que abunda en la superficie terrestre, fue el material más utilizado por el hombre primitivo, quien desarrolló una gran destreza para crear armas punzo-cortantes, tales como cuchillos, arpones, flechas y lanzas, para defenderse de las bestias y a la vez alimentarse de ellas.

De igual manera, el hombre prehistórico comenzó a explotar los recursos naturales que se encontraban a su alcance, tales como la madera, hojas, fibras

vegetales, conchas, piel y hueso, para utilizarlos en la fabricación de herramientas, ornamentos, vestido y para la construcción. El hombre del neolítico descubrió que la arcilla (barro) se ablandaba al mezclarse con agua, y se endurecía al secarse. Este ciclo de ablandamiento-endurecimiento se podía repetir una y otra vez al ir añadiendo agua. Cuando se introducían los bloques de arcilla húmeda dentro de una hoguera por un determinado tiempo, éstos quedaban permanentemente endurecidos al enfriarse y eran resistentes al agua.

Figurines en forma de humanos y de animales, tablillas, ladrillos, vasijas y diversos ornamentos han sido encontrados en las montañas de Moravia.

Se cree que estos artefactos fueron producidos hace unos 30 mil años, y constituyen los hallazgos más antiguos de utensilios de cerámica creados por el ser humano. El hombre de esta época se encontraba frente a uno de sus primeros inventos: la alfarería, la cual a su vez dio origen a los primeros

conceptos del procesamiento de materiales, aún vigentes en nuestros días.

LA EDAD DEL COBRE Y LOS ORÍGENES DE LA METALURGIA (~5000 A.C.~1500 A.C.)El hombre neolítico descubrió que el cobre natural podía ser suavizado al calentarlo, y endurecido al deformarlo mediante martilleo. Debido a su versatilidad para ser trabajado y a su mayor durabilidad, el cobre desplazó progresivamente a la piedra y se posicionó como el material preferido por el hombre para la fabricación de herramientas y objetos ceremoniales. Sin embargo, una vez que el cobre natural escaseó, el hombre se vio obligado a poner su atención en los metales contenidos en los minerales.

Así, los antiguos habitantes de Anatolia (hoy Turquía) y sus alrededores, descubrieron que era posible extraer cobre líquido si calentaban un mineral compuesto principalmente por óxido de cobre: la malaquita. Además, notaron que el metal líquido extraído presentaba una gran facilidad de ser vaciado en moldes con formas variadas. De esta manera, el hombre de aquella época inventó el forjado, el recocido, la fundición, el moldeo y la extracción de metales a partir de minerales; en pocas palabras, inventó lo que hoy conocemos como metalurgia.

LA EDAD DEL BRONCE Y EL DESARROLLO DE LAS ALEACIONES (~2000 A.C. ~0)Hacia el tercer milenio antes de nuestra era, se establecieron los primeros contactos entre comunidades humanas apartadas. Esto propició la apertura de nuevas rutas comerciales para transportar los productos de la época, incluyendo los minerales y los metales, cuya posesión se fue convir-tiendo poco a poco en sinónimo de poder, riqueza y bienestar.

La ambición humana propició la invasión entre pueblos, con el afán de apoderarse de sus metales preciosos y de sus recursos naturales. Uno de los métodos escogidos por el hombre primitivo para lograr este fin fue la violencia. Sin embargo, los metales

Malaquita mineral de cobre.

Por Alma Trejo

Centrado en 12 temas principales, la sección Diálogos del Fórum Universal de las Culturas, se constituye en el

eje central sobre el que se articula el resto de los programas y actividades que se realizarán en Monterrey a partir del 20 de septiembre y durante 80 días.

El doctor Jorge Ángel Díaz, director de Diálogos, integró un equipo que planeó el contenido de cada semana temática, y en el que participan personalidades de talla internacional.

TEMAS DE LAS PRIMERAS SEMANASLa Semana “Ciencia y Tecnología” se realizará del 2 al 6 de octubre, con dos puntos principales: los derechos de autor y las patentes, a la vez que se expondrán temas sobre cómo debe ser entendido el pensamiento científico y las distintas formas de generar el entusiasmo en niños y jóvenes para que escojan este ámbito de trabajo, explicó el doctor Fernando Jaimes Pastrana, maestro investigador del Tec de Monterrey, y secretario técnico de Ciencia y Tecnología.

En la semana del 9 al 13 de octubre se dis-cutirá el tema de los Recursos Naturales, bajo la perspectiva de la responsabilidad que los empresarios tienen en la con-servación del medio ambiente, así como los mitos y realidades sobre temas vigentes como el calentamiento global, señaló el doctor Juan Manuel Alcocer, secretario técnico de este diálogo.

El doctor Francisco Javier Carrillo, secretario técnico de Desarrollo basado en el Conocimiento, dijo que el proyecto “Monterrey Ciudad Internacional del Conocimiento” será difundido, a la vez que se conocerán las experiencias de urbes ya consolidadas con esta clasificación o en vías de obtenerla.

Estos temas serán discutidos del 16 al 20 de octubre, periodo en el que también se

realizará la Primera Cumbre de Ciudades del Conocimiento, que consistirá en 50 sesiones sobre temas especializados, con la participación de 180 ponentes, 100 de ellos extranjeros y 80 nacionales.

Además se entregará la primera edición del reconocimiento Most Admired Knowledge Cities (MAKCi), entre cuyas nominadas está Monterrey, y que otorgan los especialistas del tema a las ciudades que muestran mayor avance en desarrollo del conocimiento.

Con la idea de enriquecer la visión local con experiencias internacionales, se contará con la participación de Cathy Garner y Pirjo Stahle, promotores de este tipo de entidades en sitios como Silicon Valley y Finlandia, así como representantes de ciudades en vías del desarrollo de conocimiento, como Bogotá y Guatemala.

SALUD, DERECHOS HUMANOS Y DIVERSIDADDurante la quinta semana de Diálogos, que se verificará del 23 al 27 de octubre, se analizará el tema de Cultura de la salud y calidad de vida, un gran reto en el que se aborda desde diferentes aristas el aspecto de la salud: desde las pesadillas que agobian a la humanidad contra los avances de la ciencia en esta materia y la aspiracional meta de llegar a una “vejez exitosa”.

El doctor Hugo Barrera, secretario técnico de la misma, con el doctor en geriatría Ricardo Salinas, informó que especialistas abordarán los principales problemas de salud pública, además de los avances de la biotecnología y el acceso universal a la medicina moderna. Se realizarán 33 eventos con 62 ponentes de nueve países, integrantes de 24 organis-mos e instituciones locales, nacionales y extranjeras.

En la semana de Derechos humanos y justicia se trabajará sobre aquellas agendas que hoy por hoy están sustentando a la sociedad civil y que se refieren a justicia internacional, a la violencia económica, de género e intrafamiliar. En esta semana se ofrecerán propuestas a asuntos muy concretos como lo es el ‘Caso Cavallo’, con la participación de la hija de una persona que fue desaparecida y diferentes organizaciones se van a ligar en la lucha contra la violencia a nivel internacional.También se tratará el tema de las obligaciones de los estados, explicó se firmará una Declaración Universal de Derechos Emergentes, se formará una Red Iberoamericana de Derechos Humanos y emitirán dos manifiestos, uno sobre pedagogía en este último tema y otro destinado al derecho de la mujer a vivir en un mundo sin violencia.

Gloria Ramírez, coordinadora general de la Cátedra UNESCO de derechos humanos de la UNAM y presidenta nacional de Derechos Humanos y secretaría general de este Diálogo puntualizó que durante el evento se emitirá la Declaración Universal de Derechos Emergenes.

El doctor Víctor Zúñiga, secretario técnico de la Semana Identidad y Diversidad, que se realizará del 3 al 10 de noviembre, señaló se analizaran las paradojas de la postmodernidad: la ética, la migración y los problemas que se suscitan en la región del Mediterráneo.

Diálogos serán eje central del Fórum de las Culturas

Doctor Fernando Jaimes Pastrana.

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ateriales

puros de la época, como el cobre, el oro y la plata resultaban demasiado suaves para ser empleados en la fabricación de armas de combate. Evidentemente, en este punto de la historia, el espíritu bélico del ser humano alimentó a su espíritu innovador. Algunas sociedades de Medio Oriente descubrieron que al mezclar mineral de estaño y mineral de cobre, previo al proceso de fundición, el producto resultante presentaba ventajas significativas en relación con todos los metales conocidos hasta entonces.

Por ejemplo, el nuevo material era más fácil de fundir que el cobre y podía fluir más libremente dentro de los moldes sin producirse burbujas de gas. Además, se endurecía más rápidamente después de ser vaciado, y podía ser endurecido aún más mediante el martilleo. Los atributos del nuevo material, hoy conocido como bronce, lo convirtieron en el metal idóneo para la fabricación de las armas que las sociedades necesitaban para acrecentar su poderío económico y político. De esta forma, el hombre primitivo descubrió, desarrolló y perfeccionó las técnicas que permiten producir metales con propiedades sustancialmente diferentes a las de sus constituyentes individuales; es decir, inventó las aleaciones.

EDAD DEL HIERRO(~1000 A.C.~1950 D.C.)Ya conocido por el hombre de la Edad del Cobre, el mineral de hierro era comúnmente utilizado para facilitar la obtención del cobre a partir de la malaquita. Durante el proceso de fusión del cobre se obtiene un subproducto de escoria porosa que consiste mayormente en hierro puro y dióxido de silicio (sílice). Al martillar esta escoria, era posible separar la sílice del hierro. Sin embargo, por ser más suave que el bronce, el hierro puro se utilizó primordialmente en ornamentos y objetos ceremoniales.

Así, el hierro fue muy escasamente utilizado hasta el advenimiento del “hierro bueno”, inventado (accidentalmente) en 1140 a. C. por los hititas, una civilización que habitaba regiones de lo que hoy es

Cuchillo hecho de acero Damasco.

fronteras, y si alguien lo hacía, se le castigaba hasta con la muerte.

Hasta el año 550, toda la seda tejida en Europa procedía de fibras asiáticas, pero cuentan –no está comprobado, porque hay otros mitos alrededor de su introducción en el viejo mundo- que dos monjes arriesgaron su vida y se introdujeron en China, donde robaron semillas de morera y huevos de gusanos de seda para dar fin así a un monopolio de siglos, puesto que todavía a mediados del siglo XX sólo Japón y China producían cantidades importantes de seda.

Tan sólo durante la II Guerra Mundial, Japón acaparaba el 90 por ciento de la producción mundial de seda en bruto. Actualmente, la seda se cultiva en Japón, China, España, Francia, e Italia, aunque fibras artificiales han reemplazado el uso de la seda en gran parte de la industria de textiles. En la actualidad, la industria de la seda tiene un valor de 200 a 500 millones de dólares anuales.

¿QUÉ ES LA SEDA? La seda es la sustancia de consistencia viscosa formada por la proteína llamada fibroína, que es segregada por las glándulas de ciertos artrópodos; -la mariposa nocturna, llamada también mariposa de la seda (bómbix mori)- cuya oruga se conoce comúnmente como gusano de seda. Dicho artrópodo es originario de la India, China y Japón. Este insecto que la segrega la expulsa al exterior de manera continua por un orificio, y al contacto con el aire, se solidifica en forma de fibra. Científicamente, el gusano de seda es una oruga y no un gusano. La larva del gusano de seda alcanza una longitud de 7.5 cm. La pupa tarda en formarse 45 días. Durante ese periodo se va encerrando dentro de un capullo construido con un hilo de seda continuo, el cual puede alcanzar hasta 900 metros de largo. Un capullo consiste en un hilo único que mide aproximadamente 914 metros de largo. Se necesitan unos tres mil capullos para hacer una libra de seda. Para recolectar la seda de los capullos, éstos se hierven, intactos, en agua por cinco minutos, volteándolos cuidadosamente. Se sacan del agua

y, usando una aguja de disección o algo parecido, punzo cortante, se comienzan a juntar hebras. Cuando se encuentra una hebra que se despega fácilmente, se envuelve en un lápiz; varias hebras se combinan para hacer un hilo.

LA SEDICULTURAA todo este proceso, en el mundo textil se le conoce como Sedicultura. Se trata de algo así como tener granjitas de bombix mori hasta que se transformen en orugas, para luego colocarlas cuidadosamente bajo una gasa y alimentarlas con hojas de morera finamente picada durante seis semanas, y así presenciar el asombroso espectáculo de ver subir a la oruga por las ramas y fabricar el capullo durante 8 días con un hilo continuo. Suena un poco antinatural, pero la realidad es otra; no hay modo de que sobreviva la mariposa de seda a no ser en cautiverio. Los gusanos de seda se han domesticado tanto, que ya no pueden sobrevivir independientemente en la naturaleza, especialmente desde que perdieron su habilidad de volar. Todas las poblaciones salvajes se encuentran en proceso de extinción. De todos los materiales textiles naturales, la seda es mi predilecto, pero al igual que las poblaciones de sus creadores, -es decir el número de gusanos de seda- también se encuentra en vía de extinción, por su alto precio, porque cada vez más hay materiales sintéticos producidos a bajo precio, bajo procesos más

Claudia Ordaz

prácticos de fabricación. Y es que la seda, al igual que antaño, es símbolo de estatus, de prestigio, de nivel social; es considerada, por muchos, una tela elegante, chic y sensual.

La seda, antes y después, representa todo un modus vivendi, y con esto me refiero a que la seda acompañaba a muchos chinos en su vida durante las sucesivas dinastías, no sólo en lo relativo a su modo de vestir, sino que era empleada en diversas disciplinas artísticas: la literatura, la poesía, la pintura, la escultura y el folclore.

Por ejemplo, se ha encontrado seda en forma de cuerdas de instrumentos musicales, en el papel, ya que se presume que existieron libros de seda llamados boshu, limitados en un principio a los círculos intelectuales, por su costo. Por eso, estimado lector, será inevitable que cuando usted vista de seda, esté vistiendo el lujo de una tradición milenaria guardada en secreto por años en la muy lejana China o quizás su mente repase, traviesa, la leyenda de una niña que se enamoró de su caballo y que fue castigada por su padre por ese amor malsano.

Obtuvo su Maestría en Educación, con Especialidad en Literatura, por el Tecnológico de Monterrey; es

catedrática y escritora; forma parte de la Sociedad de Escritores de Nuevo León, y es autora del libro

Caracolas. Actualmente escribe Paloma querida.

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les Fórum

Por Alma Trejo

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Claudia Ordaz

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Turquía. Los hititas mantuvieron por unos 200 años el secreto del “hierro bueno”, el cual consistía en calentar el hierro dentro de un horno de carbón, martillar la pieza para compactarla y remover el óxido producido, repitiendo el procedimiento varias veces. Durante el calentamiento en el horno, los átomos de carbono se difundían hacia el interior del hierro, ¡produciendo acero de bajo carbono! Nunca se descubrió que el carbono era el responsable del “hierro bueno”, sino hasta 1774 d.C. (¡casi 3 mil años después!).

Pero ¿por qué cambiar el bronce por el hierro? En primer lugar, el hierro es más abundante sobre la superficie terrestre (~5 por ciento) en comparación con el cobre (~50 ppm) y el estaño (~3 ppm). En segundo lugar, el Medio Oriente y Europa del Este fueron invadidas por “la gente del mar” en 1200 a. C., provocando que los hititas se diseminaran por toda Europa. Así, el conocimiento tecnológico para producir el “hierro bueno” se difundió rápidamente en una época en la que el comercio del estaño se había interrumpido, dificultando así la producción de más bronce y facilitando la transición hacia la era del hierro.

PRODUCCIÓN DE HIERROEN EL LEJANO ORIENTELos avances más importantes en cuanto a la tecnología del hierro y el acero en esta época se verificaron en el Lejano Oriente, especialmente en China y la India. Los chinos imitaron la tecnología de los hititas, hasta llegar a desarrollar sus propios métodos, entre los cuales destaca la invención del alto horno. El hierro líquido extraído del mineral era vaciado en moldes, con lo cual nace el hierro fundido. Esta aleación, con mayor contenido de carbono que el acero, se funde a una temperatura menor y puede llegar a poseer una mayor dureza.

Sin embargo, debido a su relativa fragilidad, los chinos tuvieron que idear técnicas para brindarle ductili-dad al hierro fundido. Esto lo lograban sometiendo el hierro a un proceso de calentamiento por debajo de su punto de fusión por un determinado tiempo.

Es decir, los chinos de aquellos días no sólo inventaron el alto horno, el hierro fundido y la tecnología para producirlo, sino que también inventaron los tratamientos térmicos de los metales.

Por otra parte, la extracción de hierro se reporta en el libro más antiguo de la religión hinduista, el Rig Veda (1200 a. C.). Los pobladores de la India eran especialistas en la producción del acero conocido como Wootz, el cual era utilizado en la elaboración de espadas de una calidad altamente valorada en aquella época, particularmente en el Medio Oriente. Esta técnica de fabricación de espadas de acero fue posteriormente adoptada por los sirios, que lo renombraron Acero Damasco.

LA EUROPA MEDIEVAL Y LA DIFUSIÓN DEL CONOCIMIENTO (1300 D.C. - 1650 D.C.)Gracias a la invención de la imprenta en 1450, el conocimiento científico acerca de los materiales comenzó a

ser publicado y divulgado por toda Europa de manera masiva. Georgius Agricola, metalurgista extractivo alemán, sintetizó toda la información disponible en cuanto a las prácticas mineras y metalúrgicas del siglo XVI en su libro De re metallica, publicado en 1532. Poco después, en 1540, el metalurgista italiano Vannoccio Biringuccio escribió un libro titulado De la pirotecnia, en el cual presentaba y discutía aspectos prácticos relacionados con la fundición de los metales. Por otra parte, con la publicación de Della Scienza Mecánica, en 1593, Galileo abordó por primera vez el tema de la resistencia de los materiales desde un punto de vista científico. Sin lugar a dudas, esta etapa de la historia de la humanidad dejó en claro que el poner el conocimiento científico al alcance de las masas es tan importante como generar el conocimiento mismo.

DE LA REVOLUCIÓN INDUSTRIALA LOS POLÍMEROSEn Inglaterra, Abraham Darby descubrió que el coque podía ser

Producción de acero en la Edad Media.

Puente de hierro.

Máquina de vapor de Watt.

Cuenta la leyenda que el llamado Emperador Amarillo, Huang Ti, le dijo a su esposa Hsi Ling Shi

que fuera a la morera a ver cuál era la plaga que había en ella.

Ella vio que el árbol estaba lleno de capullitos blancos con un gusanito dentro. Uno de estos capullos cayó en su taza de té y ella descubrió cómo, por el calor, un hilo sin fin se desprendía de él. Cuentan otros -los

La seda,

Ingeniera Claudia OrdazCatederática del Departamento de Comunicación / [email protected]

un monopolio de siglos

que gustan de la fantasía- que una muchacha se enamoró de su caballo. Su padre, enfadado, mandó matarlos a ambos y colgar de un árbol a su hija, envuelta en la piel del animal.

Al poco tiempo, se transformaron en un gusano que hilaba su capullo, del que, al abrirse, emergió la muchacha, viva de nuevo. Cogió la seda del capullo, la vendió en el mercado, y nunca más se volvió a saber de ella.

Todas éstas son, por supuesto, leyendas chinas, ya que su origen tuvo lugar en la nación de la Gran Muralla. Su nacimiento se remonta al siglo XIII, cuando la seda empezó a tejerse en el país del sol naciente, proceso que se había mantenido en secreto durante 30 siglos. Sólo hasta el año 300 d. C. fue conocido por Japón, y luego por la India. Y es que en China estaba prohibido sacar los gusanos o las semillas de la morera fuera de sus

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utilizado en lugar del carbón para la obtención del hierro en alto horno. Este descubrimiento trajo como consecuencia que los costos de producción de hierro disminuyeran considerablemente, y por lo tanto facilitó su producción a gran escala. Esto no sólo impactaría en la forma de producir hierro y acero en los años venideros, sino que cambiaría la manera de vivir de la sociedad para siempre: eran los albores de la Revolución Industrial.

Hacia finales del siglo XVIII, la mano del hombre trabajador se vio desplazada por las máquinas, las cuales estaban construidas casi totalmente de hierro. Este hecho empujó los límites de la metalurgia hacia nuevos horizontes. Por otro lado, el extensivo desarrollo de la minería dio origen a los nuevos medios de transporte como el ferrocarril y los barcos impulsados a vapor. El hierro y el acero comenzaron a utilizarse

como materiales estructurales en la construcción de puentes, lo cual, aunado a la invención del concreto en 1755, facilitó las travesías comer-ciales entre las sociedades a lo largo de nuevos canales de navegación y carreteras.

En 1856, Henry Bessemer patentó un nuevo proceso industrial para la fabricación de altos volúmenes de acero a bajo costo, lo cual permitió avances significativos en el transporte y la construcción. Pocos años después, en 1863, Henry Sorby utilizó por primera vez la microscopía con luz para revelar la microestructura del acero.

El hule ya era un material ampliamente utilizado por los pueblos mesoamericanos. Sin embargo, no fue sino hasta inicios del siglo XIX cuando se comercializaron los primeros productos de hule en Europa. En 1839,

Charles Goodyear inventó el proceso de vulcanización del hule mediante la adición de azufre a alta temperatura.

Este material ha encontrado una extensa aplicación en la fabricación, desde la invención del neumático, por el escocés John Dunlop, en 1888, trayendo consigo importantes avances en la industria del transporte. En 1879, Bouchardt produjo por primera vez un polímero de isopreno mediante ensayos de laboratorio. Se cree que éste fue el primer hule sintético.

EL SIGLO XX Y LA INGENIERÍA DE LOS MATERIALESPoco antes de la llegada del siglo XX, Charles Martin Hall había inventado la reducción electrolítica de la alúmina en aluminio; Pierre y Marie Curie habían descubierto la radioactividad, y William Roberts-Austen había construido el diagrama de equilibrio de fases entre el hierro y el carbono.

Crecimiento de nanotubos.

Aleación de hierro nanoestructurada.

únicos materiales didácticos, etapa que también tiene luces y sombras. Las luces provienen de docentes que prácticamente “daban vida y magia” al pizarrón, y de autores que redactaron verdaderas joyas literarias edificantes, alegres, divertidas; digamos Corazón, Diario de un Niño, de Edmundo D´Amicis. Las sombras provienen del abuso que se hizo del pizarrón, sometiéndolo a una monotonía aberrante, y a la entrada de libros de toda broza y laya, escritos por aficionados, sin aportaciones de ninguna especie para la enseñanza y la formación de los estudiantes.

La escuela activa sacó a los niños a observar la naturaleza, a regar las hortalizas, admirar las flores, mojarse con la lluvia, acariciar los cachorros, admirar las aves y ver parir a las vacas. Los niños sacudieron sus músculos; la sonrisa estaba permanente en sus rostros; el asombro no cabía en sus ojos, y más de uno padeció la picadura de abejas y hormigas, la irritación de la ortiguilla y el gusano quemador, o las rasgaduras en su pantalón. Sin duda, una etapa gloriosa de la educación naturalista, activa, alegre.

EL POSITIVISMO DE COMTEAugusto Comte metió el positivismo en las aulas; todo lo sometió a la comprobación y a la experimentación; nada que no tuviera este rigor podía enseñarse en las escuelas. También esta etapa tiene claro-oscuros. La claridad la daba el método científico exacto; dejaba atrás el dogma de fe y el discurso inspirado en la divinidad. La oscuridad se producía al dejar fuera del currículo las ciencias no exactas, como la historia, la propia pedagogía, la psicología, entre otras. Servía enormemente a ciertos regímenes gubernamentales sustentados en el orden y el progreso, pero dejaba de lado el espíritu, la fe, la creatividad, el arte, el heroísmo.

El material didáctico de la naturaleza fue sustituido por los laboratorios de física, química y biología; se produjeron grandes avances en la medicina, las matemáticas, la física, química y biología… los poetas y los artistas fueron relegados.

Llegó una etapa de síntesis, una etapa que no se ha ido, una etapa que recoge lo mejor de toda la historia de los materiales didácticos; pero agrega ingredientes muy importantes, como la producción de autoría infantil, el trabajo colaborativo, la investigación estudiantil, y el advenimiento de los servomecanismos, la robótica, las TICs, la realidad virtual, la cuarta dimensión, y sabrá Dios cuánto más esté por venir.

MATERIAL DISEÑADO PARA LOS ALUMNOSAquí, lo importante es que el material didáctico, en ese enorme y maravilloso rango que va desde el discurso sustancioso y artístico, hasta la robótica y Enciclomedia, no se quede en las manos exclusivas del maestro. El material didáctico debe ser diseñado para los alumnos, para que lo disfruten, lo acaricien, lo transformen y hasta lo hagan pedazos si esto fuese necesario, en aras de un aprendizaje significativo y un trabajo en equipo, orientado hacia proyectos sociales, con visión incluyente, de respeto a la diversidad y lejano de la discriminación.

¿Para qué sirvió la monumental enciclopedia Espasa-Calpe, guardada bajo llave en una vitrina de la Dirección escolar? ¿Para qué sirve la visita a un invernadero que no se puede tocar? ¿De qué sirven cinco horas en un museo que no responde a la imaginación y la fantasía de los niños? ¿Para qué sirve un cuento en el que los niños no sean parte de él y les esté impedido cambiarle secuencias y el final?

El material didáctico más sofisticado y futurista es poca cosa frente a un apasionado liberal que utiliza solamente su fervor y convicción de patriota en un discurso vívido frente a sus alumnos. Por ello, insisto, en el hecho educativo debiera confluir un docente apasionado e ilustrado, un alumno inquietante con preguntas e imaginación, un material didáctico que cobra vida en manos de ambos.

Es egresado de la Escuela Normal Superior “Profesor Moisés Sáenz”, de la ciudad de Monterrey, con Especialidad en Actividades Tecnológicas y Psicología, y Orientación Vocacional. Hizo su Maestría en

Pedagogía en la Escuela de Graduados de la propia Normal Superior.

Ismael Vidales Delgado

El material didáctico debe ser diseñado para los alumnos, para que lo disfruten, lo acaricien, lo transformen.

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Puente de hierro.

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Rafael David Mercado SolísOriginario de Monterrey, Nuevo León, es ingeniero mecánico electricista, graduado de la Universidad

Autónoma de Nuevo León en 1998, y doctor en Ingeniería Mecánica por la Universidad de Sheffield, Reino Unido, en 2002. De 2002 a 2003, realizó trabajos de investigación posdoctoral en el Departamento de

Ingeniería de Materiales de la Universidad de Sheffield. Actualmente es profesor-investigador en el Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Es

miembro del Sistema Nacional de Investigadores.

David Alejandro Díaz Romero Nació en la Ciudad de México, y cursó sus estudios de licenciatura en la UANL, graduándose de la carrera

de Ingeniero en Control y Computación en 1996. Cursó la Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, y se tituló en el año 2000. Sostuvo recientemente su examen de doctorado por lo que en diciembre de este año se le conferirá el grado de Doctor en Ciencias del Control Automático y Sistemas por

la Universidad de Sheffield, Reino Unido.

Tal vez ninguno de ellos se podía siquiera imaginar lo que el nuevo siglo significaría para el progreso de nuestra civilización gracias a los materiales. Incluso el acero, inventado varios miles de años atrás, sería capaz de adaptarse a los tiempos modernos y encontrar nuevos usos y aplicaciones.

Por ejemplo, apenas recientemente se ha reportado la producción de las primeras aleaciones nano-estructuradas de hierro con resistencias comparables a las de los nanotubos de carbono [3]. Es claro que durante el siglo XX se aceleró significativamente el ritmo del desarrollo tecnológico en todos los campos del conocimiento. En lo que a los materiales se refiere, sería poco práctico enumerar todos los eventos que contribuyeron de manera importante para lograr el nivel de desarrollo actual; sin embargo, cabe destacar los siguientes: el descubrimiento de la difracción de los cristales de rayos X; el descubrimiento de las cadenas poliméricas; la invención del PVC; la invención de las superaleaciones; el desarrollo de las cintas magnéticas; la creación del microscopio electrónico; el desarrollo del nylon; el desarrollo de los superconductores, el transistor, los MEMS, las aleaciones bio-compatibles, las aleaciones con memoria de forma, la fibra óptica, los nanomateriales, etcétera. En resumen, el hombre del siglo XX fue capaz no sólo de “encontrar usos para cada material, sino de diseñar y sintetizar los materiales más adecuados para los nuevos requerimientos. Hoy se especifican las características del material necesario para una aplicación dada y después se fabrica” [4]. Esto es precisamente la Ingeniería de los Materiales.

En años recientes, se han presentado nuevos retos científicos ante los ojos de la humanidad. El deseo de conquistar el espacio sigue vigente en el hombre moderno. Hoy, más que nunca, se explora la posibilidad de construir estructuras híbridas como los bio-sensores, para beneficio del cuerpo humano. La famosa imagen de la IBM formada con átomos de Xenón nos plantea las bases para la creación de estructuras más complejas

de tamaño diminuto. Motores y mecanismos nanométricos son los primeros ejemplos del potencial uso de esta nueva tecnología. Las siguientes generaciones de procesadores de información se verán beneficiadas por la aplicación de la nanotecnología.

COMENTARIOS FINALESEn este breve repaso de la historia de los materiales, hemos seguido la evolución de diversas sociedades humanas. La historia muestra cómo los pueblos que no invirtieron en el desarrollo de nuevos productos fueron dominados y subyugados por aquéllos que sí lo hicieron. De manera similar, los pueblos que invirtieron en investigación y desarrollo no sólo dominaron a los demás, sino que también lograron su propio desarrollo económico y enriquecimiento cultural. La majestuosidad de sus monumentos históricos son una medida del

grado de sofisticación que ha alcanzado cada pueblo. El alquimista contemporáneo ya no está solamente experimentando en el laboratorio; ahora, los materiales son “diseñados” y preconcebidos utilizando simu-laciones por computadora y aplicando teorías de las ciencias básicas. El alquimista de nuestros tiempos se dedica a unir la física y la química para engendrar la teoría de los materiales. Nos encontramos ante el inicio de una nueva era de la humanidad; los nuevos materiales y las tecnologías para obtenerlos nos obligan a pensar en el futuro de nuestra sociedad. ¿Queremos ser una sociedad que genere conocimiento y tecnología, o queremos ser una sociedad que la consuma? ¿Queremos ser una sociedad con un destino autosuficiente o queremos ser una sociedad subordinada a las naciones generadoras de conocimiento? ¿Domi-naremos o seremos dominados?

[1] J.J. Robinson, You Voted, We Counted: The 50 Greatest Moments in Materials, Part I: Nos. 50- 11, JOM, Vol. 59, No. 2, February 2007, pp. 14-15

[2] J.J. Robinson, You Voted, We Counted: The 50 Greatest Moments in Materials, Part II: Nos. 1-10, JOM, Vol. 59, No. 3, March 2007, pp. 14-19

[3] http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2005/bulk.html[4] Antonio Alonso C, prólogo en: G. Aguilar Sahagún, El hombre y los materiales, Fondo de

Cultura Económica, 1995, p. 9.

ReferenciasLa enseñanza formal o informal se

sustenta en la relación de empa-tía creada entre el que enseña y el

que aprende. Esta relación requiere de un contenido; es decir, el qué enseñar, y cada enseñador se las ingenia para crear o utilizar un método, y junto con él, el material didáctico.

EL MATERIAL DIDÁCTICO

Profesor Ismael Vidales DelgadoDirector Académico del [email protected]

La experiencia más simple de enseñanza-aprendizaje cuenta so-lamente con: el que enseña, el que aprende, el objeto que se ha de enseñar, una metodología y el recurso expositivo, que, ejercido con maestría, tiene posibilidades extraordinarias. Caben aquí, como ejemplos, los grandes predicadores, los conferenciantes magistrales, los maestros apasionados con su

tema. Sin embargo, al generalizarse la pura exposición como recurso didáctico, y careciendo de habilidades y conocimientos los enseñadores, dieron al traste con este recurso, e instauraron en las aulas una etapa de exposición aburrida y dogmática.

LUCES Y SOMBRASA la etapa expositiva siguió la del pizarrón y el libro de texto como

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Ingeniero Roberto Cabrera Llanos Tecnólogo nivel maestro, responsable del área de I y D de Formulación y Fundición de Vidrio Dirección de Tecnología Central de VITRO

Ingeniero Alfredo Martínez Soto Tecnólogo nivel maestro, responsable del área de I y D de Otros Procesos Vidrio Dirección de Tecnología Central de [email protected]

como materialEl vidrio

Pieza de vidrio de fabricación manual. Cortesía Vitro Global Design

El vidrio se forma principalmente de cuatro tipos de componentes: los óxidos formadores de

vidrio, óxidos fundentes, óxidos modificadores y óxidos estabilizantes. El óxido de silicio es el componente formador de vidrio de mayor uso industrial, por su abundancia en la naturaleza, bajo costo y facilidad de formar una red vítrea después de su fusión y enfriamiento.

Sin embargo, existen otros óxidos formadores, tales como el de boro, fósforo, arsénico y antimonio. Adi-cionalmente, los vidrios especiales utilizan como formadores óxidos de germanio y vanadio, utilizados en aplicaciones tales como lentes ópticos para radiación láser.

El vidrio se forma en el proceso de fusión, y las principales materias primas empleadas del vidrio sódico-cálcico son arena sílica, cal y soda, las cuales se funden en hornos a temperaturas de 1500°C, y mediante un enfriamiento controlado, se forma un líquido sub-enfriado de una alta viscosidad, que semeja el comportamiento de un sólido.

Miguel José YacamánDoctorado en Ciencias por la UNAM en 1973. Investigador del Instituto de Física de la UNAM de 1969 a 1979;

ha ocupado otros importantes cargos a lo largo de su vida profesional, como director adjunto del CONACYT (1991-1995) y director del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares. Es también miembro del Sistema

Nacional de Investigadores, Nivel III.

Eduardo Pérez TijerinaEs físico por la Universidad de Baja California (UABC). Tiene una Maestría y un Doctorado en Física de

Materiales, ambos grados académicos de un programa conjunto de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y el Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE).

Sergio Mejía RosalesNació el 22 de junio de 1970 en Torreón, Coahuila. Es ingeniero físico industrial, egresado del Tecnológico de Monterrey. Tiene Maestría y Doctorado en Ciencias (física) ambos por la Universidad Autónoma de San Luis

Potosí y realizó una estancia post doctoral en la Universidad de Houston, Estados Unidos. Durante su carrera ha impartido clases en diferentes instituciones.

al Laboratorio está conformado por cinco investigadores que cultivan áreas tanto teóricas como experimentales. El grupo de trabajo actualmente cuenta con ocho estudiantes del posgrado en Ingeniería Física Industrial (programa que forma parte del Padrón Nacional de Posgrados) que desarrollan sus temas de tesis, y con tres estudiantes de licenciatura en física. Cada estudiante graduado que realiza su tesis en la par-te experimental es el responsable de la síntesis de las nanoestructuras, tanto por métodos químicos como físicos, en coordinación con los investigadores del LNN, y de la caracterización por las diversas técnicas antes descritas.

Adicionalmente, los estudiantes de pregrado asociados al proyecto auxilian específicamente en la parte de síntesis o simulación, dependiendo de la vertiente de sus tesis. La parte de simulación y cálculos por DFT está a cargo principalmente del titular del LDM, y de los estudiantes de posgrado con experiencia en cálculos teóricos.

Los investigadores del grupo son:

Parte experimental: • Doctor . Eduardo Pérez: Síntesis por métodos físicos, caracterización. • Doctor Manuel García: Síntesis por métodos físicos, caracterización. • Doctor Carlos Luna: Síntesis por métodos químicos, caracterización. • Doctor Raquel Mendoza: Síntesis por métodos químicos, caracterización.

Parte teórica: • Doctor Sergio Mejía: Cálculos por Dinámica Molecular y DFT.

IMPORTANCIA DE LA COLABORACIÓN INTERNACIONALLa cooperación internacional es por demás necesaria y complementaria, ya que se requiere la contribución de todas las partes: ningún grupo posee todas las herramientas y las habilidades por sí mismo. A nivel internacional está involucrado con el LNN el grupo del doctor Miguel José Yacamán, investigador del International Center for Advanced Materials, The University of Texas at Austin. El grupo del doctor Yacamán está conformado por siete estudiantes

de pregrado (nivel licenciatura), diez estudiantes de posgrado y un número variable de estudiantes y profesores visitantes. El grupo del doctor Yacamán está principalmente involucrado en la síntesis de nanopartículas por méto-dos químicos, y en la caracterización por microscopía electrónica, en la que el grupo es considerado de primer

nivel mundialmente en el área de nanotecnología.

También colabora con el LNN el grupo del doctor Sergio Fuentes Moyado, del CCMC-UNAM, que contribuye con su experiencia en la caracterización de propiedades catalíticas.

Estudiantes presentando resultados en congreso, en Puebla.

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PROPIEDADES DEL VIDRIOComo material, el vidrio ofrece una resistencia teórica mayor a la del acero; es decir, de 14 GPa. Sin embargo, las aplicaciones actuales, tales como los envases y el vidrio de ventanas, presentan solamente el 0.5 por ciento de su resistencia teórica, y las fibras ópticas, hasta un 5 por ciento. Sin embargo, propiedades como la transparencia, el brillo y su resistencia al intemperismo y rayado lo hacen ser un material único.

La primera forma natural conocida del vidrio desde la prehistoria fue la obsidiana, localizada en las zonas volcánicas, la cual se presentaba como una roca compacta, en bloques redondeados, translúcidos y de color gris oscuro. Con ésta se fabricaron diferentes utensilios domésticos, hachas y puntas de lanza.

El vidriado más antiguo procede de Egipto, hacia el año 12,000 a. C., y fue descubierto por el arqueólogo

Sir Flinders Petrie. Las primeras manufacturas de objetos datan del año 2500 a. C., en Siria, en la región del Eufrates, donde se desarrolló una artesanía avanzada en diversos objetos. La fabricación de vidrio hueco inicia hacia el año 1500 a. C., en Egipto durante el reinado de Tutmés III, donde formaban objetos mediante el proceso de núcleo de arena, imitando las vasijas de arcilla elaboradas en ese tiempo. Durante ese tiempo se desarrolló también el prensado en caliente, heredado de la artesanía cerámica, así como el arte del tallado en vidrio con fines decorativos, tales como el vidrio de mosaico o “mil flores”. El vidrio egipcio se exportó a países como Siria y Palestina, y hacia el mediterráneo, a Grecia, Creta y Chipre, reduciendo la producción en Egipto.

TÉCNICA DEL SOPLADOHacia el año 500 a. C., florece la artesanía vidriera fenicia. El importante desarrollo comercial de los puertos fenicios favoreció la exportación de

costosos recipientes de vidrio hacia el Mediterráneo occidental y oriente llegando hasta la India. En el siglo II a. C., se inventa en Sidón la caña para soplar el vidrio.

Esta técnica fue una verdadera innovación revolucionaria en los métodos de formado, que se mantienen hasta nuestros días para la elaboración de botellas. El uso de la caña trajo la mejora de la calidad del vidrio, debido al requerimiento de temperaturas más altas para soplar, y se desarrollaron mejores hornos que los de los egipcios. En Siria, hacia el siglo I, se empiezan a hacer los primeros vidrios planos para ventanas a partir de una corona extendida, iniciando una producción a mayor escala.

Durante la Edad Media, el ambiente receloso y de misterio rodeado de alquimistas, desarrolló la industria vidriera de Venecia. Durante ese tiempo, las fórmulas y secretos de fabricación se transmitían de unas

de microscopía electrónica de trans-misión; simulación de procesos de adsorción por medio del algoritmo de Monte Carlo en el ensamble Gran Canónico; estimación de propiedades de polímeros, usando métodos empíricos y semiempíricos; indexa-ción de resultados experimentales de patrones de difracción; predicción de estructuras cristalográficas estables y metaestables de compuestos, y visualización de alta resolución de estructuras moleculares estáticas y animadas.

Hardware. Actualmente se cuenta en las instalaciones del Laboratorio de Diseño Molecular con equipo que puede utilizarse para preparar, compilar y utilizar los programas y algoritmos especializados de simulación y cálculos cuánticos, y para propósitos de visualización y análisis de resultados.

•Cluster Beowulf Linux de 9 nodos, 17 procesadores AMD Opteron 248, 2 Gb de RAM por nodo. •1 Estación de trabajo de 2 procesadores AMD Opteron 248, 2 Gb de RAM. •2 estaciones de trabajo de procesador AMD Athlon64 3200+, 1Gb de RAM.

•2 estaciones de trabajo de procesador Intel Pentium D930 Dual Core, 3GHz, 2Gb de RAM. •2 estaciones de trabajo Silicon Graphics Octane/Indigo 2 •Varias computadoras personales Pentium 4 y AMD Athlon, Linux Y Windows OS. •Equipo de escaneo, impresión, y conectividad. •Literatura Especializada. Software Especializado. El LDM cuenta con el siguiente software para simulaciones clásicas, cuánticas, y visualización: Accelrys MS Modeling DL_POLY ,ESP,SimulaTEM ,VMD ,XMD,OOPSE ,GULP,RASTOP,POVRAY MacHREM

INVESTIGADORES Y ESTUDIANTES Las investigaciones se realizarán primordialmente en las instalaciones del Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología (LNN), a cargo del doctor Eduardo Pérez Tijerina, y del Laboratorio de Diseño Molecular (LDM), a cargo del doctor Sergio Mejía Rosales, ambos parte de la planta de profesores-investigadores de la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas, Universidad Autónoma de Nuevo León (FCFM-UANL). El grupo de investigadores asociados

Orbitales electrónicos de fullereno de carbón, calculados por métodos cuánticos.

Celda convencional de Schuarzita G6BAL y sus proyecciones.

Estructura de Au13, optimizada por cálculos cuánticos.

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generaciones a otras, y constituían una herencia confidencial y valiosa.Durante el siglo XIII, la industria vidriera de Venecia llegó a ser la más importante, y los maestros vidrieros fueron objeto de privilegios y títulos de nobleza. Otro caso notable es el de los vidrieros germanos, quienes, refugiados en los bosques, mantuvie-ron su aislamiento y desarrollaron un estilo propio.

En los siglos XVII y XVIII se afianza la industria mundial del vidrio. Uno de los factores fue la divulgación del conocimiento, principalmente de los venecianos, a través de los primeros tratados. En 1612, aparece la obra Arte Vitraria, del florentino Antonio Neri, la cual fue traducida a varios idiomas y producida en 21 ediciones. Dicha obra, además del conocimiento, establece un criterio sistemático y los fundamentos de la tecnología.

En 1609, se establece la primera fábrica de vidrio en América, en el estado de Virginia, Estados Unidos. En 1611, en Inglaterra, se empieza a utilizar en gran escala el carbón como principal combustible para la fabricación de vidrio, lo que permitió alcanzar temperaturas más elevadas.

DESARROLLO DE INSTRUMENTOS ÓPTICOSA mediados del siglo XIX se desarrollan instrumentos ópticos que requerían de vidrio de alta calidad, tales como refractómetros, polariscopios, inter-ferómetros, etcétera. La contribución más valiosa fue la del científico Otto Schott y del físico Ernst Abbe, en estudios de nuevos vidrios y sistemas ópticos. Un factor adicional importante para el desarrollo de la industria del vidrio en el siglo XIX e inicios del XX fue la Revolución Industrial, que exigía la producción a gran escala para aplicaciones cada vez más numerosas y de mayor calidad, lo que impulsó, entre otras, la producción de este material.

Hacia nuestros días, la gran cantidad de vidrios, tales como de ventana, lentes ópticos, recipientes resistentes a diversos químicos, vidrios fotocrómicos, fotocatalíticos, fibras ópticas para telecomunicaciones,

etcétera, son el resultado de toda una historia de acontecimientos entre arte y ciencia, que han dado vida a la industria del vidrio actual.

El proceso de formado de artículos de vidrio es como sigue: una vez fundido el vidrio, se acondiciona; es decir, se asegura que llegue a la etapa de formado con una viscosidad, composición, temperatura y en general, propiedades uniformes.

El rango de viscosidad que debe tener el vidrio para formarse es η; 103 < η> 106 dPa-s. Lo que implica alimentar el vidrio a la estación de formado a 1000ºC aproximadamente y enfriarlo hasta alrededor de 600ºC.

PRODUCCIÓN MASIVAEl formado puede hacerse manual-mente, como ocurre con piezas de arte o cuando se trata de procesos artesanales; sin embargo, el impacto económico del vidrio se da mediante la producción masiva, para la cual se mencionan a continuación los más importantes.

La producción de vidrio plano se hace principalmente mediante el proceso de flotado, desarrollado por Sir Alastair Pilkington en 1959, que

revolucionó la industria de su época, y que consiste en un tanque de estaño fundido. Sobre el estaño se alimenta una capa de vidrio fundido, que se desparrama mientras se enfría hasta la temperatura de salida, que es de alrededor de 600oC. También se forma vidrio plano mediante el proceso de rolado, que consiste en pasar el vidrio fundido entre dos rodillos, que pueden tener un grabado superficial, que se transfiere al vidrio, para producir vidrios translúcidos.

Un proceso más es el estirado vertical, que consiste en un tanque de vidrio fundido, del que mediante un rodillo se estira el vidrio y simultáneamente se enfría.

Máquina IS de 8 secciones triple cavidad. Cortesía Vitro Global DesignLa producción en envases de vidrio se realiza principalmente con la máquina IS, que está compuesta por secciones que operan independientemente. El formado de envases se realiza en dos etapas.

En la primera se produce una prefor-ma o forma intermedia (puede ser soplada o prensada) y en la segunda, la preforma se lleva a la forma final mediante un proceso de soplado.

sión en el tamaño. Las partículas sintetizadas con este sistema serán estudiadas tanto en sus propiedades bactericidas y antivirales así como en su potencial aplicación en celdas de combustible y catalizadores.

• Sistema de erosión iónica: Con el equipo se desarrollarán nuevos materiales en forma de capas delgadas de unas cuántas filas atómicas de grosor.

• Microscopio electrónico de Transmisión TEm/STEM Jeol200 CX: equipado con técnicas de análisis: EDX, EELS, Retrodispersados, EBIC y Holders: single tilt holder, double tilt holder, tilt-rotation holder, Cold Holder, Heater Holder, EBIC Holder.

• Microscopio electrónico de barrido Jeol 5300 de bajo vacío, equipado con EDX.

• Detector de cátodo-luminiscencia en modo imagen y espectroscopía (de manufactura propia).

• Microscopio Electrónico Auger de Barrido Phi 595, equipado con un cañón de Argón para análisis en profundidad.

• Microscopio de Fuerza Atómica y Efecto Túnel Veeco CP con modos de contacto y no contacto.

• Espectrofotómetro Uv-Visible Beckman Du640 190-1100 nm.

LABORATORIO DE DISEÑO MOLECULAREl Laboratorio de Diseño Molecular (LDM) es un laboratorio para el estudio de propiedades físicas de sistemas a

nivel atómico y molecular, a través de técnicas de simulaciones y cálculo numérico basados en principios físicos. El LDM trabaja en estrecha colaboración con el Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología. El propósito del LDM es contribuir, a través de sus investigaciones y actividades, en la conexión entre los enfoques teóricos y experimentales para el estudio de estructura y propiedades de sistemas de escalas anoscópicas y microscópicas.

Gracias a los vertiginosos avances en las técnicas computacionales para el cálculo de propiedades, simulación, y visualización de sistemas moleculares, esta área ha venido incrementando su importancia en medicina, industria, desarrollo tecnológico, y ciencia básica. Con la infraestructura del LDM es posible realizar la construcción de mo-delos y predicción de propiedades de estructuras cristalinas y no cristalinas; cálculos por primeros principios por pseudopotenciales de ondas planas; optimización de estructuras a través de mecánica molecular, usando algoritmos genéticos; simulaciones atomísticas con modelos de potencia-les mecánico-clásicos en distintos ensambles estadísticos; cálculo de propiedades y simulación de procesos por técnicas de Teoría de Funcional de la Densidad; simulaciones de sistemas mesoscópicos, considerando fluctuaciones hidrodinámicas, simula-ciones de coexistencia de fases por medio del algoritmo de Monte Carlo en el ensamble de Gibas; ajuste de potenciales; simulación de difracción de rayos X y de electrones; simulación

Simulación por dinámica molecular de un fullereno de carbón.

Estructuras de oro con distintas geometrías.

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Las máquinas que producen los artículos de cristalería más económicos son las prensas directas, en las cuales el vidrio se alimenta a una estación de una máquina giratoria. Para recibir una gota de vidrio, para prensar el vidrio y para sacarlo, la máquina hace secuencias de giro-paro. Por este proceso se pueden fabricar platos, vasos, tazas, tarros, etcétera. Hay otras máquinas que se llaman de molde empastado, en que se distinguen tres etapas: en la primera, se produce mediante prensado una pastilla de vidrio; en la segunda, la pastilla se sostiene con un aro, lo que ocasiona que el vidrio del centro se cuelgue; en la tercera etapa, un molde con pasta de madera humedecida encierra a la preforma lograda en la etapa anterior, y se realiza el soplo que da la forma final al artículo. Después del formado se cortan excedentes, lo que da lugar a productos como pantallas para lámparas, vasos, jarras, copas, focos etcétera.

CREACIÓN DE NUEVOS PRODUCTOSLa tecnología de formado de vidrio ha desarrollado soluciones para la fabricación de fibra de vidrio, cinescopios, lentes, pantallas planas, etcétera. Una vez formados los artículos de vidrio, todos deben ser recocidos; es decir, los esfuerzos no balanceados originados en el proceso de formado deben eliminarse. De lo contrario, una fractura espontánea puede ocurrir durante su uso.

El recocido consiste en asegurarse que el vidrio esté a una temperatura uniforme durante un breve tiempo (de uno a cinco segundos son suficientes) ligeramente arriba de una temperatura que se llama de recocido, en la cual los esfuerzos presentes se desvanecen casi instantáneamente. Después, se enfrían las piezas de manera de no generar esfuerzos nuevamente.

Algunos artículos de geometrías sencillas son templados, como es el caso de platos, tazas, vasos, vidrio plano, vidrio automotriz. Para esto, los artículos se llevan a una temperatura lo más alta posible, sin que se deformen por su propio peso o el manejo. A continuación, se enfrían bruscamente, con lo que se generan esfuerzos de

Roberto M. Cabrera Llanos Es ingeniero químico por la ESIQIE del IPN, con Maestría en Ingeniería Cerámica de la FCQ / UANL; Maestría

en Ciencias de Administración de Tecnología del Instituto Tecnológico de Massachussets. Tiene 20 años de experiencia en tecnología de vidrio, y actualmente es tecnólogo nivel maestro, responsable del área de I y D

de Formulación y Fundición de Vidrio, en la Dirección de Tecnología Central de Vitro.

Alfredo Martínez Soto Es ingeniero mecánico industrial por el Tecnológico Regional de Celaya; tiene Maestría en Ingeniería Térmica por el ITESM. Realizó estudios de Doctorado en Ingeniería de Materiales, en FIME / UANL. Tiene 25 años de

experiencia en tecnología de materiales, y actualmente es tecnólogo nivel maestro, responsable del área de I y D de Otros Procesos Vidrio en la Dirección de Tecnología Central de Vitro.

compresión en la superficie y de tensión en el centro del espesor del vidrio. Estos esfuerzos hacen al vidrio más resistente a la rotura, pero no pueden ser cortados posteriormente. Hay procesos de templado químico, que consiste en intercambiar iones de sodio del vidrio, por iones de potasio de una sal en solución. Este proceso se aplica a vidrios de alto valor agregado.

Las piezas, una vez recocidas, se pintan o decoran con una pasta cerámica, que puede ser de diferentes colores. La pasta se puede aplicar por serigrafía ó calcomanía. Una vez aplicada, se lleva el artículo a una temperatura a la que la pasta cerámica se convierte en vidrio de color. Mediante un proceso de inmersión en ácidos, los artículos de vidrio pueden matearse ya sea total o parcialmente, dando una apariencia de esmerilado.

EL VIDRIO Y LA TECNOLOGÍAAl vidrio plano y automotriz, se aplican recubrimientos para que el vidrio mejore alguna funcionalidad. Por ejemplo, para que no permita la entrada de luz, se hace reflectivo.

Si se trata de evitar la formación de capas de hielo en climas fríos, se hace

la superficie del vidrio conductora eléctrica para aplicar calor y mantener la visibilidad.

Si se busca que el vidrio no se empañe, como es el caso de lentes, espejos, parabrisas, etcétera, a la superficie se le imparten propiedades anti-empañantes. La tecnología está en busca de dar al vidrio mayores funciones, vía recubrimientos y/o tratamientos.

Por ser la industria del vidrio de alto consumo de energía, su futuro está ligado a los mercados de combustibles, por lo que la actividad futura se orientará a reducir los consumos de energia en los procesos y a diversificar las fuentes de energía.

Las regulaciones de energía en edificios y residencias, vigentes en países desarrollados, abre la puerta para productos de alto valor agregado, orientados al control de la energía solar en ventanas y fachadas.

El plástico seguirá siendo el competi-dor natural del vidrio: botellas de PET con multicapas en el mercado de envases y polímeros de ingeniería en el mercado vidrio plano.

José María Fernández Navarro, El vidrio, 2ª edición, Madrid, 1991. Arun K. Varshneya, Fundamentals of Inorganic Glasses. New York College of Ceramics, Alfred University, NY, 1994.E.B. Shand, Glass Engineering Handbook, 2a ed. McGraw-Hill Book Co.H.G. Pfaender, Schott Guide to Glass, 2a ed. Chapman & Hall.P.J. Doyle, Glass-Making Today, Porcullis Press Rehill.

Referencias

homogéneas con formas y tamaños controlables.

Cúmulos pequeños. Por medio del uso de distintos algoritmos eficientes de dinámica molecular para varios ensambles estadísticos, y de la imple-mentación de cálculos cuánticos usan-do la exitosa técnica de Teoría de Funcional de la Densidad (DFT) con dis-tintos modelos de funcionales, tanto para sistemas periódicos como siste-mas moleculares, se realizan estudios de las propiedades estructurales, ópticas y fisicoquímicas de sistemas de estructuras de un número re-ducido de átomos, con énfasis en el

estudio de sistemas monometálicos y aleaciones metálicas. En particular, se realiza un estudio de las propiedades de actividad química de cúmulos de plata y oro.

Aplicaciones biológicas. El LNN trabaja en colaboración con colegas de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UANL, y del Departamento de Ingenie-ría Química de la Universidad de Texas en Austin, en la continuación de estudios que han demostrado el gran potencial bactericida y antiviral de las partículas de plata y de otras nanoestructuras, como los nanoalambres. Este estudio está particularmente concentrado en el

uso de nanoestructuras metálicas y de aleaciones de éstas, pues existen razones para creer que la reactividad inherente de estos materiales produce este efecto bactericida y antiviral. Uno de los primeros resultados de estos mismos estudios es que la efectividad como bactericida de estos materiales depende fuertemente del tamaño de las partículas y de las desviaciones alrededor del tamaño promedio, así como de la composición (en caso de aleaciones); además, los parámetros óptimos para lograr una máxima efectividad son diferentes para los distintos organismos que se desean atacar. Todo esto hace necesario contar con medios efectivos, flexibles y confiables para la síntesis de nanoestructuras.

INFRAESTRUCTURA DEL LNN •Sistema NanoGen500: Con este sistema se desarrollan partículas metálicas y semiconductoras con dimensiones de unos cuantos nanómetros y muy pequeña disper-

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El vidrio es un producto que se ha utilizado por más de cinco mil años. No hace mucho, su

uso era considerado solamente para propósitos estructurales o decorativos; pero desde hace algunas décadas, este rol pasivo ha cambiado drásticamente a uno mucho más activo. Hoy en día, el desarrollo de nuevos usos para este material histórico ha dado un crecimiento a grandes actividades científicas y tecnológicas.

Materiales y aplicaciones se han ido desarrollando, por medio de un diseño preciso o accidental, en áreas ligadas al mismo vidrio, en campos científicamente relacionados, e in-clusive en áreas sin relación aparente alguna. Como resultado, el vidrio se ha convertido en un elemento clave en la evolución de muchas nuevas tecnologías. La investigación y el desarrollo han cambiado la composición y la producción de este material tradicional, y ahora es posible manipular sus características para producir vidrio que satisfaga requerimientos muy específicos.

SÍNTESIS DE NUEVAS FÓRMULASLos avances en técnicas para la preparación y síntesis, como los procedimientos químicos conocidos como Sol-gel, o físicos, como fusión presurizada o al vacío, o el superenfriado, han facilitado la síntesis de nuevas fórmulas que no se habían hecho anteriormente en vidrio. Estas nuevas técnicas han permitido que una vieja teoría se vuelva realidad: casi cualquier sustancia puede convertirse en vidrio.

La gran variedad de diferentes composiciones y técnicas que se han desarrollado recientemente han dado como resultado nuevos vidrios con una extensa gama de aplicaciones. Las propiedades ópticas, químicas, eléctricas, magnéticas, térmicas, mecánicas y biológicas de estos nuevos vidrios pueden ahora ser manipuladas, y pueden obtenerse valores correspondientes fuera de esa gama posible del vidrio tradicional o

Vidrio:un material histórico con nuevos usos revolucionarios

Maestro en Ciencias Jorge LoredoSistema Nacional de Investigadores, Nivel [email protected]

computadora que permiten predecir las propiedades de las nanoestructuras y complementar y validar los resulta-dos de los estudios experimentales.

El Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología de la FCFM es un laboratorio dedicado a la síntesis, caracterización, y usos de materiales nanoestructurados semiconductores y metálicos. La infraestructura de este laboratorio se ha formado prácticamente en su totalidad en el transcurso de los últimos dos años, con equipo de tecnología de punta que contribuye a que el Estado de Nuevo León entre de lleno al desarrollo de investigación científica en nanotecnología de primera línea.

Las técnicas experimentales de caracterización avanzan de manera gradual, y los mayores logros que se han observado en los últimos años han venido de las novedosas técnicas experimentales de fabricación. El plan de trabajo del grupo de investigadores del LNN-UANL ha sido elaborado teniendo en mente estas tendencias.

ESTUDIO DE LAS NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGÍA EN EL LNN-UANLLa nanociencia es el área de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales a escalas de longitud que van, aproximadamente, desde uno a cien nanómetros. Las entidades materiales que estudian esta área son las nanoestructuras, que, como lo indica su nombre, son estructuras atómicas o moleculares cuyos tamaños son de orden nanométrico, y muestran importantes propiedades físicas, óp-ticas y eléctricas. La nanotecnología, que es la aplicación de la nanociencia

para resolver problemas prácticos, tiene como objetivo crear y manipu-lar estructuras a niveles atómicos y moleculares. La nanotecnología se ha desarrollado tan rápidamente, que ya se tiene una gran cantidad de aplicaciones en áreas como la ingeniería electrónica de precisión, los electrodomésticos, y la biomedicina.

El enorme interés que han provocado las nanoestructuras se debe en gran medida a que sus propiedades físicas pueden ser muy distintas de las que presentan moléculas formadas por el mismo tipo de elementos. Así, una de las propiedades más interesantes de las nanopartículas es la absorción óptica a longitudes de onda muy específicas, que puede variar según el tamaño de la nanopartícula. Este efecto puede ser explotado para fabricar sensores ópticos muy precisos en el rango que va desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, y posiblemente en rangos aún mayores. Ésta y muchas otras propiedades ópticas, químicas y estructurales, son aprovechadas en distintas ramas científicas y técnicas que contemplan sus aplicaciones en biocerámicas, optoelectrónica, almacenamiento gaseoso, reactores de catálisis, baterías y membranas filtradoras.

INVESTIGACIONES DEL LNN Síntesis de nanopartículas con tamaños bien definidos con dispersión mínima. Para sintetizar nanopartículas con estas características, es necesario conocer y dominar los parámetros que controlan la forma y la estructura a nivel nanoscópico. En el LNN se pretende contribuir a establecer los parámetros que permitan controlar tanto la forma como la estructura de nanopartículas metálicas y bimetálicas, que puedan usarse como catalizadores eficientes, y como dispositvos magnéticos con aplicaciones a corto y mediano plazo en distintas áreas, y comprender de manera profunda los mecanismos de estabilización de la estructura, así como sus propiedades termodinámicas y energéticas. Esto involucra el uso de diversas técnicas experimentales de síntesis y caracterización, y de técnicas numéricas de modelamiento y simulación.

Propiedades de nanoestructuras monometálicas y bimetálicas. En el LNN se realiza un estudio sistemático y exhaustivo, a través de la síntesis de nanopartículas metálicas y bimetálicas, y de su caracterización por diversas técnicas experimentales y de modelación numérica, que permita un análisis correlacional completo entre las características que les dan funcionalidad a las nanopartículas, y entre las geometrías, tamaños, composiciones, estructura cristalográfica, y condiciones físicas y termodinámicas en que las nanopartículas fueron sintetizadas.

Nanoimanes. En el Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología de la Universidad Autónoma de Nuevo León, una de las líneas de investigación que comienzan a cultivarse relacionadas con el estudio de materiales nanométricos, aprovechando la experiencia de los miembros de nuestro grupo, está dedicada a la síntesis química de nanoimanes en soluciones homogéneas supersaturadas, y al estudio fundamental de sus propiedades magnéticas, morfológicas y estructurales. En esta dirección, se pretende realizar estudios más aplicados con el fin tecnológico de aprovechar las propiedades de los nanoimanes en el área de la biomedicina. Antes de considerar usos específicos de nanopartículas magnéticas, es necesario considerar que el tamaño y las desviaciones en el promedio de tamaño son extremadamente críticos para las propiedades de las nanopartículas y sus posibles aplicaciones. Por ello es esencial obtener partículas altamente

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de otros materiales, como cerámicas, aleaciones de metal y polímeros. Como resultado, los nuevos vidrios se utilizan más en campos como la energía, electrónica, opto-electrónica, biotecnología y medicina, maquinaria de precisión y el manejo de desechos nucleares y químicos, entre otras.

IMPACTO EN LAS COMUNICACIONESUn aspecto muy importante de los avances recientes en la tecnología del vidrio es sobre su pureza. La habilidad de transmitir señales ópticas a través de grandes distancias, utilizando fibras ópticas de vidrio, ha tenido un gran impacto en las comunicaciones, y ello está directamente relacionado con la habilidad de producir vidrio con un nivel muy alto de pureza química. Obtener altos niveles de pureza requiere de condiciones de producción cuidadosamente controlados. Los últimos avances en tecnología de fibra óptica traen ventajas de aumentos substanciales en la capacidad para transportar señales con pérdidas mínimas.

Las nuevas fibras ópticas se han desarrollado utilizando nuevas composiciones: dopado de sílice con germanio; adición de elementos del grupo de las tierras raras, o bien utilizando fluoruros en lugar de óxidos. Aunque el proceso básico para la producción de la fibra óptica sigue siendo el de deposiciones químicas de vapores, (CVD por sus siglas en inglés) algunas compañías han introducido cambios que les han dado ventajas competitivas.

Otros cambios en las propiedades del nuevo vidrio se pueden obtener al remplazar el anión de oxígeno del vidrio básico con carbono o nitrógeno. Los vidrios resultantes, base oxicarbu-ros y oxinitruros traen diferencias significativas en las propiedades físicas, empezando con una mayor temperatura de ablandamiento, mayor dureza y módulo de Young o elástico. Uno de los resultados es una opción a la fibra de vidrio tradicional para el fortalecimiento de materiales compuestos, que compiten ahora con la fibra de carbono.

Jorge LoredoEs originario de San Luis Potosí, y estudió en la Universidad Autónoma de esa entidad, donde obtuvo el título de Físico. Posteriormente, con el grado de maestro en Ciencias, laboró durante 28 años en la empresa VITRO. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores Nivel III. Actualmente jubilado, se

dedica primordialmente a la investigación y consultoría.

NUEVOS SISTEMAS VÍTREOSLos vidrios tradicionales también se pueden convertir en vidrios “activos”. El uso de nuevas técnicas de recubrimiento le amplía al vidrio básico la gama de propiedades ópticas y mecánicas. La industria del vidrio ha adoptado muchas tecnologías de otros campos que han hecho posibles nuevos sistemas vítreos. Un ejemplo es la aplicación de capas activas y películas delgadas en substratos de vidrio que han resultado en productos con propiedades ópticas y magnéticas ampliamente superiores a los de materiales que le compiten.

En muchos casos, las películas delgadas son hechas de otro vidrio funcional. Las películas delgadas son muy importantes en dichos avances modernos, tales como el control solar, resultando en lo que ahora se conoce como ventanas “inteligentes”; que tienen la capacidad de administrar su transparencia y color de acuerdo a las necesidades arquitectónicas, maximizando el confort, administrando la privacidad y/o minimizando el consumo energético.

Una de las aplicaciones comerciales, por común poco reconocida, es la de los nuevos espejos retrovisores, inicialmente sólo en autos de alto lujo, y que cada vez se propaga más a otros estratos. Estos espejos ajustan automáticamente su reflexión para compensar la intensidad de las luces de otros autos Entre otras operaciones de valor agregado, la producción de discos de almacenaje ópticos y magnéticos ha dado lugar al desarrollo de sistemas informáticos mucho más rápidos y con mayor capacidad que antes. Adicionalmente, se obtiene una cobertura significativamente mayor en métodos de protección de radiación nuclear y ultravioleta; y por otro lado en celdas solares más eficientes.

EL VIDRIO EN LA BIOMEDICINAEn el área de la biomedicina, el hecho de que haya nuevos vidrios mucho menos frágiles, ha resultado en la introducción de vidrios biocompatibles, como los implantes dentales y de hueso, con mayor vida y mejor aceptación por el cuerpo humano, que los equivalentes cerámicos o metálicos.

Los vidrios biocompatibles basados en materiales que se derivan de la hidróxi-apatita promueven la regeneración de tejidos, debido a que su porosidad facilita la formación de acoplamientos entre el hueso y el tejido.

Otra aplicación de los nuevos vidrios en la medicina es su uso como portadores de sustancias terapéuticas, pues las llevan directamente al sitio del mal. Esto optimiza el uso de las drogas, y minimiza los efectos colaterales. Su éxito se ha demostrado en el tratamiento de enfermedades tales como el cáncer de hígado.

También debemos reconocer los avances que se han realizado en el diseño y las características de la mayor parte de productos de vidrio convencionales. Por ejemplo, los envases de vidrio hoy en día son muy superiores a aquéllos que se utilizaban hace poco tiempo. En las últimas dos décadas del siglo pasado, se lograron avances significativos, haciéndolos mucho más ligeros, sin sacrificar, o aún mejorándoles, sus características mecánicas.

MATERIAL HISTÓRICOEn breve, amén de otras aplicaciones, podemos decir que el vidrio es un material presente en el nuevo estado de las tecnologías, y sería muy difícil prever otra cosa que un futuro muy brillante para este material histórico.

E l escenario mundial en los pró-ximos años contempla una ca-da vez mayor miniaturización de

los materiales y los dispositivos tec-nológicos. Debido a ello, actualmente los países desarrollados realizan programas orientados a la creación de nuevos grupos multidisciplinarios, relacionados con las áreas como las que nuestro grupo trabaja, en las universidades y centros de inves-tigación. De ahí la importancia en la formación de recursos humanos en esta línea en nuestro país, para que nuevas generaciones, con preparación adecuada en estos campos, puedan incorporarse al mercado de trabajo en acuerdo con las nuevas demandas del aparato productivo.

La mayor parte de los avances obser-vados en estos temas han sido expe-rimentales, pero la tendencia que se vislumbra considera la interacción entre experimentación y desarrollos teóricos; la evolución de nuestro grupo considera la incursión gradual en los novedosos problemas científicos y tecnológicos, cuyos avances impactan directamente en la sociedad.

El Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología de la Universidad

Doctor Miguel José Yacamán Investigador del International Center for Advanced Materials, The University of Texas at Austin.

Doctor Eduardo Pérez TijerinaFCFM / UANL

Doctor Sergio Mejía RosalesFCFM / [email protected]

NANOMATERIALES:ACTUALIDAD Y FUTURO

Imagen de AFM de nanopartículas de oro-paladio sintetizadas en el LNN, micrografías de nanopartículas magnéticas, y resultados de simulaciones y cálculos cuánticos de nanopartículas. Taller de microscopía de fuerza atómica en el LNN.

Autónoma de Nuevo León (LNN-UANL) realiza investigaciones dirigidas al estudio teórico y experimental de materiales, de tamaño molecular inclusive, con la finalidad de producir, entender y manipular materiales de interés tecnológico, con aplicaciones a mediano plazo. Las investigaciones del grupo que trabaja en el LNN se realizan mediante el uso de técnicas experimentales, numéricas, y desarro-llos teóricos.

PROYECTOS INTERDISCIPLINARIOS El Laboratorio de Nanociencias y Nanotecnología cuenta con equipo especializado para producir y carac-terizar materiales nanoestructurados, y colabora a través de proyectos interdisciplinarios con grupos de investigación nacionales y extranjeros. En conjunto con el Laboratorio de Diseño Molecular de la FCFM, se realizan simulaciones numéricas por

14y51.indd 1 14/08/2007 15:32:42

aterialesDescubrimiento y manejo de materiales, el gran reto de la humanidad

Desde la Edad de Piedra hasta los tiempos actuales de la Nanotecnología, la capacidad

del hombre para investigar la relación entre estructuras y propiedad de los materiales lo ha llevado hacia grandes logros. Primero, con el descubrimiento del fuego y la fabricación de las herramientas de caza y cultivo, que permitieron el sedentarismo y la configuración de grandes civi-lizaciones; ahora, con la utilización de la nanociencia, a través de la cual la humanidad monitorea la salud; viaja al espacio; crea nuevas fuentes de energía e innova la producción agrícola para tratar de aminorar el apocalíptico jinete de la hambruna. La Ciencia de los Materiales, este vasto campo multidisciplinario don-de laboran ingenieros mecánicos, civiles y eléctricos; químicos, físicos, médicos y agrónomos, entre otros, nos lleva a pensar en los grandes desafíos tecnológicos a los cuales el hombre y la mujer de hoy deben hacer frente, en aras de garantizar su propia supervivencia, la cual requiere, cada vez en proporción mayor, de materiales más sofisticados. DESARROLLO DE LA NANOTECNOLOGÍAA lo largo de nuestra historia, desde que la humanidad utilizaba piedras, maderas o arcillas, pasando por la Era de Bronce, el Feudalismo y la Revolución Industrial, el desarrollo y la evolución de las sociedades están íntimamente ligados a su capacidad para producir, descubrir e innovar con nuevos materiales. Hoy, en la era de la conquista de espacios planetarios y en pleno desarrollo de la nanotecnología, las condiciones

Patricia Liliana Cerda Pérez

Doctora Patricia Liliana Cerda PérezCoordinadora del Centro de Investigaciones FCC / [email protected]

Desde la Edad de Piedra hasta la era de la Nanotecnología

no son sustancialmente diferentes.En diversas partes del mundo, en términos económicos, existen áreas específicas donde los países en desa-rrollo y desarrollados deben multipli-car sus esfuerzos para crear nuevos materiales. Quienes no se atrevan quedarán simplemente fuera de toda posibilidad de avanzar económica, política y socialmente en el gran juego de las ligas internacionales.

Los científicos canadienses, por ejem-plo, hablan de 10 áreas concretas con aplicaciones prometedoras susten-tadas con base en la nanotecnología. ÁREAS ESTRATÉGICASEllos indican que nuestro futuro pende de nuestra capacidad para desarrollar el almacenamiento, producción y conversión de energía; de nuevas formas de producción agrícola; de tratamiento y remediación de aguas; de diagnósticos de enfermedades y administración de fármacos; de

procesar alimentos; disminuir la conta-minación atmosférica; de construir; monitorear la salud, detectar plagas y avanzar en la informática. Esta ciencia, que clasifica los materiales según su estructura atómica y sus propiedades, es, ahora mismo, característica de las sociedades del Tercer Milenio, fundamentadas en las economías del Conocimiento, como base para el despegue o el fortalecimiento económico de las naciones. Empero, como todos los modelos cibernéticos, tiene también sus riesgos. No se desconoce tampoco que existen peligros latentes de toxicidad que los científicos analizan cada vez que crean algún nuevo material; y en la industria militar, donde su aplicación es potencial para mejorar el tipo de armas y hardware militares con nuevas propiedades en la relación fuerza-peso, los hombres de ciencia son cautelosos para no confundir la eficacia de los alcances de sus descubrimientos con las simples razones de mercado o de dominio político que subiste como estilo de gobierno en las naciones poderosas. Por ello, en cada aparato, tela, fármaco o proceso de materiales novedosos que nos llegue a las manos, debemos preguntarnos: ¿qué nos dejará? y ¿hacia dónde nos llevará?

Cursó el Doctorado en Ciencias de la Comunicación, con especialidad en Periodismo, en la Universidad

Complutense de Madrid, España. Obtuvo el Premio Nacional de Periodismo, carrera en la que se ha

desempeñado durante más de dos décadas.

El desarrollo y la evolución de las sociedades están íntimamente ligados a su capacidad para producir, descubrir e innovar con nuevos materiales.

En nuestra época moderna vivi-mos rodeados de materiales que nuestros abuelos nunca

se hubieran imaginado; quizás sean en esencia lo mismo; sin embargo, las propiedades que éstos tienen superan en mucho a los materiales con los que nuestros abuelos se desarrollaron. Como ejemplo, baste mencionar cómo aún no hace mucho, recordamos cuando los automóviles se desintegraban en las calles, pues los aceros de las carrocerías no resistían la oxidación de los ambientes.

Ahora, es un problema que ha desaparecido de nuestras preocupaciones, pues los aceros, sus recubrimientos y las pinturas perduran en el tiempo hasta que termina la vida útil de los autos, equipos y /o aparatos. La ciencia ficción nos presenta ahora materiales que casi se vuelven indestructibles; ahora ya es razonable pensar en hasta qué nivel de aproximación llegaremos en las próximas décadas. Todos los materiales se elaboran a partir de materias primas, las cuales se obtienen de la naturaleza y, en la gran mayoría de los casos, ésta no nos los proporciona como lo requiere la industria, pues por lo general los elementos y/o compuestos se encuentran mezclados con otros materiales y en su estado de equilibrio más estable.

FUENTES DE MATERIA PRIMA PARA EL ACEROEn el caso del acero, específicamente, se tienen dos fuentes de materia prima para su fabricación: El mineral de hierro que se extrae de las minas de hierro, el cual se encuentra generalmente en su forma más oxidada (hematita), y mezclado o combinado con otros compuestos como fósforo, azufre, óxidos de silicio, cal, magnesio y otros. La segunda fuente es el reciclo del mismo acero cuando un producto, como un automóvil, un aparato doméstico, etcétera, ha terminado su vida útil. En este caso, al acero reciclado se le llama “chatarra” y, al igual que la materia prima natural, se encuentra combinado con otros elementos y en su estado de equilibrio más estable.

Es la minería la industria que desarro-lla los métodos especializados para extraer selectivamente los materiales requeridos para la producción de otros materiales. La minería fue una de las primeras industrias que los españoles desarrollaron en México inmediatamente después de la conquista. Sin embargo, no basta con extraer los materiales de la tierra, pues además, en la mayoría de los casos, se tratan los materiales extraídos por uno o varios procesos de beneficio, para que la materia prima en cuestión obtenga la exacta presentación para la fabricación del material final.

EL PALACIO DE MINERÍALa minería y sus procesos de beneficio, en el caso del oro y la plata, realizaron una gran actividad de investigación y desarrollo tecnológico; tan es así,

Minerales de fierro,

El hierro.

Ingeniero Ricardo ViramontesDirector de Investigación y Desarrollo / [email protected]

materia prima para la producción de acero de alta calidad

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El hierro.

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que tecnologías desarrolladas en la Colonia de la Nueva España aún se utilizan y son reconocidas como desarrollos mexicanos de esa época. Esta necesidad motivó a que técnicos expertos de Europa vinieran a México y desarrollaran escuela. En esta forma, el Palacio de Minería fue una de las primeras universidades mexicanas.

La industria del acero nace en México a principios del siglo XX, con la Fundidora de Monterrey; nace como una industria integrada que explotaba como fuente de materia prima el famoso “Cerro del Mercado”, el cual abasteció de las unidades de fierro a esta empresa.

La pureza y propiedades que el mercado exige a los nuevos aceros se traslada a sus materias primas, pues la presencia de ciertas impurezas en el acero líquido evita o dificulta los pasos siguientes, como lo es, por ejemplo, la presencia de trazas de cobre. Esto es causa de muchos problemas en el proceso de laminación.

Por lo general, todos los yacimientos de hierro mexicanos son de bajo

contenido de fierro. Un yacimiento extraordinario, como es el caso de algunos brasileños, tiene minerales con contenidos de fierro en el orden de 68 por ciento (prácticamente el resto es oxígeno).

Por el contrario, los yacimientos mexicanos tienen por lo general contenidos de fierro en los niveles de 30 a 50 por ciento.

Esto obliga a que esta materia prima inicie su transformación a acero pasando primero por uno o varios procesos de beneficio, para así eficientar la productividad del proceso siderúrgico.

RETOS AL DESARROLLO TECNOLÓGICO La metalurgia de los procesos de beneficio de los minerales de hierro ofrece, ahora, grandes retos al desarrollo tecnológico, pues es importante aprovechar nuestros yacimientos con los requerimientos de productividad que demanda la industria.

Las necesidades de laboratorios y especialistas en los temas metalúrgicos de beneficio de minerales se hacen urgentes, pues es necesario aprovechar nuestras materias primas procesadas en productos terminados de mucho mayor valor para el beneficio de nuestro país.

Ricardo Viramontes BrownEs director de Investigación y Desarrollo de la empresa HYLSA. Miembro de diversos organismos; fue

presidente de la Asociación Mexicana de Directivos de la Investigación Aplicada y el Desarrollo Tecnológico (ADIAT); es secretario del consejo FOMCEC y especialista de la división de ingeniería química dentro del

comité de acreditación del Sistema Nacional de Evaluación Científica y Tecnológica de CONACYT. En 1993 ganó el tercer lugar del premio ADIAT por el trabajo “Nueva tecnología de reducción directa HYL III, con

combustión parcial”.

Puente hecho de acero.

Referencias

disminuye, debido a las fluctuaciones térmicas inducidas. Si en este punto un campo magnético es aplicado al sistema, el momento magnético de las partículas tenderá a orientarse en el sentido del campo; sin embargo, cuando éste es eliminado, el momento de la partícula rápidamente regresa a su estado original de no alineación, y el momento magnético neto del sistema es cero (no existe remanencia ni coercitividad).

FLUCTUACIONES TÉRMICASPor debajo de la T

B el tiempo de relajación es comparativamente mayor al presentado en el caso anterior, debido a la disminución inherente de las fluctuaciones térmicas, por lo cual al momento magnético de la partícula le tomará más tiempo re-orientarse una vez que sea suprimido el campo magnético aplicado, y en consecuencia la remanencia y coercitividad del sistema serán diferentes de cero.

En apariencia, las características histeréticas de los sistemas de nanopartículas magnéticas son sólo función de las fluctuaciones térmicas inducidas por la temperatura; sin embargo, el valor de la coercitividad y la remanencia también son dependientes del tiempo de relajación característico del equipo, , en el cual se miden. Por debajo de la TB el tiempo de relajación de la partícula es mayor al tiempo de relajación del instrumento de medición, por lo cual no es del todo correcto asegurar que la coercitividad presentada por estos sistemas por debajo de la dicha temperatura se deba a la existencia de acoplamientos ferromagnéticos entre los momentos de las partículas. El valor de T

B y el tiempo de relajación del instrumento de medición, i, se relacionan de la siguiente manera [1]:

lnττ i

VCT(3)

En conclusión, las características magnéticas presentadas por nanopar.

1. A. S. Edelstein y R. C. Cammarata, Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Series in Micro and Nanoscience and Technology, Institute of Physics, Londres, Inglaterra, 1996. 2. R. M. Cornell y U. Schwertmann, The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses, Wiley-VCH, Weinheim, Alemania, 2003.

tículas son preponderantemente de-terminadas por las fluctuaciones térmicas inducidas por la temperatura, por lo cual su respuesta hacia un campo magnético aplicado es el

resultado de una competencia bien marcada entre la energía magnética de la partícula, la cual es función de su tamaño y anisotropía, y la energía térmica inducida por la temperatura.

Moisés Hinojosa RiveraEs doctor en Ingeniería de Materiales por la

UANL (1996); investigador nacional nivel I, miembro de la Academia Mexicanade Ciencias. Actualmente es el subdirector académico de la Facultad de

Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL.

Marco Antonio Garza NavarroEs Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecanica con Especialidad en Materiales por la UANL (2006).

Actualmente cursa el tercer semestre del Doctorado en Ingeniería de Materiales en el Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales de Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, además de ser maestro por

asignatura en esta misma institución.

Figura 3. Curva de histéresis a 2 K de un sistema de nanopartículas de magnetita.

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La crisis del petróleo de los años 70 impulsó la generación y desarrollo de materiales con una

resistencia mecánica superior a la de los aceros convencionales, para así reducir el peso y el consumo de combustible de los automóviles, sin poner en riesgo la integridad y seguridad de los ocupantes. La búsqueda de nuevos y mejores materiales no se ha detenido: baste mencionar la sinergia entre las industrias automotriz y

siderúrgica para evaluar y determi-nar las características y propiedades que deben tener los materiales destinados a la fabricación de los aceros que se estarán empleando en la manufactura de automóviles en el futuro próximo. El programa, denominado ULSAB por sus siglas en inglés (Ultra Light Steel Auto Body) ha reconocido la necesidad de contar con aceros de alta resistencia mecánica y alta ductilidad, que sean

fácilmente formables y adaptables a las condiciones de fabricación de la industria automotriz. Los aceros no son los únicos elementos metálicos que se emplean en la manufactura automotriz.

Aleaciones en base alu-minio o magnesio son promisorias al ofrecer la posibilidad de reducir aún más el peso de los vehículos, a la par de ofrecer nuevas opciones de diseño.

aceros formablesen la industria automotrizIngeniero Rafael ColásProfesor Titular Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica / [email protected]

Como resultado, bajo la influencia de un campo magnético externo, los momentos magnéticos asociados a los cristales se alinearán con éste. Si este campo se elimina, la coercitividad será la energía necesaria para re-orientar dichos momentos en sentido contrario, en virtud de la anisotro-pía magnetocristalina (dirección preferencial de magnetización) y en ausencia de la contribución de la energía magnetoestática.

PARTÍCULAS SUPERPARAMAGNÉTICAS Por debajo de la temperatura de Curie, T

B, los momentos paramagnéticos de los cationes que constituyen los cristales de las partículas de un solo dominio están alineados de manera paralela, por lo cual su momento magnético resultante,

m, es la suma de los momentos paramagnéticos individuales de cada catión.

En un sistema conformado de partículas de un solo dominio aisladas entre sí, de volumen V

P el equilibrio de sus propiedades magnéticas es altamente determinado por tres magnitudes características: la energía térmica, TkE BT = , en donde k

B es la

constante de Boltzmann; la energía de anisotropía magnetocristalina,

, en donde K representa la energía total de anisotropía por unidad de volumen; y la energía magnetoestática, HE mM µ= , donde H es la magnitud del campo magnético aplicado.

A temperaturas en donde ET >> EA y

en ausencia de un campo magnético externo, la dirección de

m fluctúa rápidamente en el tiempo, por lo cual el sistema no exhibe una magnetización efectiva, aunque sí una local en virtud de la orientación de

m individual de cada partícula. Si bajo estas condiciones se aplica un campo magnético, la magnetización global del sistema no presentará histéresis (ausencia de coercitividad y remanencia), comportándose prácticamente como paramagneto. Este comportamiento es conocido como superparamagnético y es ilustrado por la Figura 1.

Clásicamente, el momento magnético de un paramagneto es asociado a

la alineación total de los momentos paramagnéticos de los iones que lo constituyen. Sin embargo, en este tipo de sistemas, el momento magnético total es el resultado de la alineación de los momentos magnéticos individuales de cada partícula. Por lo tanto, el sistema se comportará como un paramagneto compuesto de partículas de alto momento magnético (el momento magnético de cada una de ellas se encuentra ponderado por la cantidad de momentos paramagnéticos de los cationes que contiene).

MOMENTOS MAGNÉTICOS BLOQUEADOSConforme disminuye la temperatura asociada a E

T, eventualmente se alcanza una temperatura llamada de bloqueo (blocking), T

B, por debajo de la cual el acoplamiento entre los momentos magnéticos de las partículas no es del todo coherente; sin embargo, sí menos fluctuante que por encima de la misma, como se muestra en la Figura 2. En este gráfico es visible un pico en la curva denominada ZFC (enfriamiento a zero campo aplicado), así como también una irreversibilidad entre las curvas ZFC y FC (enfriamiento con campo aplicado). La irreversibilidad puede ser explicada como la respuesta de momentos magnéticos bloqueados; es decir, por debajo de la T

B algunos momentos magnéticos se encuentran, en apariencia impedidos para re-orientarse de manera aleatoria (fluctuar en el tiempo) y en consecuencia se mantienen orientados en el sentido del campo, incrementando la magnetización del sistema por encima del pico de la curva ZFC. Por tanto, la temperatura a la cual aparece el pico de la curva ZFC es definida como T

Como resultado de lo anteriormente expuesto, el comportamiento de sistemas compuestos de partículas aisladas de un solo dominio variará sustancialmente en función de dicha temperatura. Por un lado, a temperaturas por encima de la de bloqueo, la curva de histéresis del sistema no presentará características histeréticas, tales como la coercitividad o remanencia, pero por debajo de ésta, dichas características son visibles, asemejando un acoplamiento ferromagnético tal como lo muestra

la Figura 3.

Ambos comportamientos, por encima o por debajo de T

B, también pueden ser explicados considerando el tiempo que le toma al momento magnético de una partícula alinearse con el campo magnético aplicado. Éste es conocido como tiempo de relajación, y puede ser expresado como [2]:

donde 0 es una constante, con valores comprendidos entre 10-13 y 10-9 s.

Cuando la temperatura es lo suficientemente alta; es decir, por encima de T

B, el tiempo de relajación

Figura 1. Curva de histéresis a 300 K de un sistema de nanopartículas de

magnetita.

Figura 2. Gráfico de magnetización dependiente de la temperatura a un campo constante de 10.00 mT de un sistema de nanopartículas de magnetita. Los símbolos sólidos representan la curva ZFC (enfriamiento a cero campo aplicado) y los símbolos huecos la curva FC (enfriamiento a campo aplicado).

Uso de nuevos

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Referencias

lnττ i

VCT(3)

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B es la

la Figura 3.

magnetita.

Uso de nuevos

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ACEROS BIFÁSICOSEntre los materiales más promisorios para la industria automotriz, se encuentran los aceros bifásicos, así llamados por consistir en una mezcla de martensita finamente dispersa en matrices de ferrita o bainita. Estos aceros se tornaron de interés por exhibir alta resistencia y alta ductilidad, -Figura 1- a la par de presentar una curva de fluencia continua, caracterizada por la ausencia de un punto abrupto de fluencia, típico en aceros recocidos de bajo carbono, que promueve la presencia de marcas de fluencia en piezas deformadas. Las características mecánicas de estos aceros se explican con base en la presencia de una fase dispersa, dura y resistente (martensita), que incrementa la resistencia de una matriz dúctil (ferrita). La ausencia del punto de fluencia se atribuye a la alta densidad de dislocaciones producidas por la transformación de austenita a martensita.

La estructura de los aceros bifásicos se obtiene mediante el enfriamiento del material calentado en la región intercrítica (entre A

3). Es práctica

normal la adición de elementos como silicio y manganeso para expandir la región bifásica (α y γ) y retardar la transformación difusional de la austenita. El tratamiento puede seguir dos rutas diferentes. La primera, consiste en calentar el material por encima de A

3 por el tiempo requerido

para la completa transformación a austenita; posteriormente, el material se enfría a una temperatura dentro del intervalo intercrítico, para promover la transformación parcial a ferrita. El material se enfría rápidamente hasta temperatura ambiente para transformar la austenita en martensita.

La segunda ruta de proceso, consiste en calentar el material en el intervalo intercrítico, para que los carburos y parte de la ferrita se transformen en austenita. Al igual que en el primer caso, la martensita surge del temple de la austenita.

La Figura 3 muestra la microestructura bifásica que se obtuvo de un acero Si-Mn templado en agua después de

haber sido calentado por 10 minutos a 800°C, siguiendo la segunda ruta de proceso.

EFECTO DE PLASTICIDADLa evolución de los aceros bifásicos condujo a los llamados TRIP (por las siglas en inglés de TRansformation Induced Plasticity) susceptibles a presentar el efecto de plasticidad inducida por la transformación. Este tipo de aceros se caracteriza por la estabilización de la deformación plástica, producto de la transformación de una cierta cantidad de austenita retenida en martensita. Este fenóme-no permite alcanzar los altos valo-res de ductilidad y resistencia mecá-nica que se ilustra en la Figura 1. Los incrementos en resistencia y ducti-lidad se asocian con el aumento en la tasa de endurecimiento producto de la transformación de la austenita retenida a martensita. El incremento en la tasa de endurecimiento retarda la formación de la estricción o cualquier otro tipo de inestabilidad de índole mecánica.

La microestructura que permite obtener el efecto TRIP en aceros se obtiene mediante el ciclo térmico consiste en el calentamiento del material a una temperatura comprendida entre A

3, seguido de la manutención

a una temperatura que permita la transformación parcial de austenita en bainita. La transformación parcial permite retener a temperatura ambiente una cierta cantidad de austenita, que, cuando se somete el acero a solicitaciones externas, se transforma a martensita. Las mejores características se obtienen cuando la cantidad de austenita retenida se encuentra entre el siete y el once por ciento. La Figura 4 muestra el tipo de microestructura requerida para que un acero sea susceptible a presentar el efecto TRIP.

ALTA RESISTENCIA Y TENACIDADLos aceros destinados a aplicaciones estructurales requieren de alta resistencia y tenacidad, una combina-ción que sólo se puede obtener por la reducción o refinación del tamaño de grano ferrítico. Estos aceros se procesan siguiendo las prácticas denominadas como laminación

Fig. 1. Valores típicos de resistencia y ductilidad de diversos tipos de aceros [1-8].

Fig. 2. Ciclos térmicos que se usan para producir aceros bifásicos (a) y (b) o tipoTRIP (c).

Fig. 3. Microestructura de un acero Si-Mn (0.11 C, 1.26 Si, 1.53 Mn % peso)después de ser calentado por 10 minutos a 800°C y enfriado en agua; se indicala presencia de ferrita (F) y martensita (M).

INTRODUCCIÓN

El término nanoestructura es empleado comúnmente para describir materiales cuyas

dimensiones se encuentran por debajo de los 100 nm. A dicha escala, el comportamiento de tales materiales se ve dramáticamente modificado, en virtud de que en éste se reflejan variaciones en la estructura electrónica del sólido, las cuales se encuentran implícitas en el proceso miniaturización. Así, propiedades tales como las ópticas, eléctricas y magnéticas, por mencionar algunas, son sustancialmente modificadas.

En particular, las propiedades magnéticas mostradas por nanopartículas, cuyo diámetro oscila entre los 1 a 100 nm, han logrado captar la atención de un amplio número de científicos alrededor del mundo. Dicho interés se ha centrado en la capacidad que estas partículas tienen de responder a estímulos magnéticos de manera relativamente fácil; es decir, debido a su propiedad intrínseca de encontrarse por sí mismas magnetizadas hasta la saturación. Esto es debido a que las nanopartículas magnéticas

normalmente se encuentran constituidas por un solo dominio magnético. Desde esta perspectiva, sólo basta orientar su momento en el sentido deseado mediante un campo magnético externo. Por tanto, partículas de especies que en bulto normalmente presentan acoplamientos ferromagnéticos, en la escala “nano” pueden presentar un carácter denominado superparamagnético.

A continuación se realiza un estudio del origen del carácter superparamagnéti-co en nanopartículas de un solo dominio, así como sus propiedades magneticas resultantes.

PARTÍCULAS DE UN SOLO DOMINIO La existencia de partículas de un solo dominio magnético fue predicha por primera vez en 1930; sin embargo, los estudios teóricos que la detallaron no fueron realizados sino hasta la pasada década. Como resultado de este trabajo, se demostró que la coercitividad, H, asociada a partículas elipsoidales de un solo dominio magnético, con constante de anisotropía magnetocristalina K y magnetización de saturación M

s, podía ser calculada a partir de la ecuación [1]:

sc MKH 2= (1)

Esto es cierto si los momentos magnéticos de los cristales que componen la partícula se orientan coherentemente. Es de esperarse que la coercitividad mostrada por partículas de un solo dominio sea

significativamente mayor que la de una de múltiples dominios, simplemente porque en estas últimas se deberán tomar en cuenta las energías asociadas para la formación de los dominios. Cristales adyacentes con momento magnético paralelo tendrán una alta energía de interacción magnetoestática, la cual tenderá a orientarlos de forma antiparalela para minimizarla.

Por lo tanto, una vez que una partícula de múltiples dominios es magnetizada hasta la saturación mediante la aplicación de un campo magnético externo, la energía de interacción magnetoestática entre los momentos magnéticos de los cristales es lo bastante intensa como para que, una vez eliminado dicho campo, estos tiendan a re-orientarse. La orientación resultante, luego de dicha re-orientación, es la conocida como remanencia.

Las partículas de un solo dominio se encuentran permanentemente magnetizadas hasta la saturación, aun en ausencia de un campo magnético aplicado. Es decir, estas partículas son lo bastante pequeñas para que la energía necesaria para la formación de dominios sólo sea suficiente para la creación de sólo uno. También, debido a su tamaño, la magnitud de dicha saturación, M

s, es considerablemente pequeña (la magnetización es función del valor del momento magnético resultante por volumen determinado de material).

MAGNETISMO EN NANOPARTICULAS

Doctor Moisés HinojosaSubdirector académico FIME / UANL

Maestro Marco AntonioGarza Navarro Candidato a Doctor en Ingeniería de Materiales Maestro por asignatura [email protected]

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controlada y enfriamiento acelerado. La primera de ellas, -Figura 5-, se basa en la progresiva refinación del tamaño de grano austenítico mediante su recristalización entre, o durante, los pases de laminación, que, al transformar a ferrita, resultará en un tamaño relativamente fino. Una refinación más pronunciada se puede obtener mediante la adición de elementos que precipiten el procesamiento. La precipitación inhibe la recristalización y permite la acumulación de la deformación en la austenita, que se refleja en un incremento en la tasa de superficie sobre volumen (S

v) de los granos

alargados. Un incremento mayor de Sv

se encuentra cuando la deformación se localiza en bandas que cruzan más de un grano. La refinación en el tamaño ferrítico es un resultado del incremento en la tasa de nucleación que propicia una estructura altamen-te deformada. La Figura 6 muestra, como ejemplo, la diferencia en la microestructura que se obtiene a temperatura ambiente cuando un acero Nb-V transforma después de los pases de desbaste o los de laminación controlada.

La capacidad de formar un acero se puede relacionar con la capacidad que tiene éste para extenderse más que en adelgazarse al someterse a esfuerzos tensiles. Esta capacidad se expresa por el parámetro r, que se determina en una prueba de tensión al medir el cociente de la deformación logarítmica medida en el ancho de la probeta (ε

donde wo y w

i son, respectivamente,

los anchos inicial y final de la probeta, sobre la deformación logarítmica medida a partir del espesor de la probeta (εt):

donde to y t

i son los espesores inicial y

final. El valor de r se calcula por:

el valor promedio de r, , se obtiene cuando se ensayan probetas cortadas a 0, 45 y 90° con respecto a la dirección de laminación:

Otro parámetro usado para evaluar la formabilidad de metales es el factor de anisotropía plana ( r) definido como:

que está asociado con la tendencia a la generación de orejas en piezas sometidas a embutido profundo. Las orejas se encuentran a 0 y 90°, con respecto a la dirección de laminación, cuando r es mayor que cero y a 45° cuando es negativo.

Se ha encontrado que los aceros que exhiben un alto valor de presentan una textura bien definida del tipo {111}; en cambio, componentes de textura del tipo {001} limitan el grado de formabilidad de los aceros, por lo que es posible relacionar el parámetro

con el cociente de las intensidades de los componentes de textura {111} sobre los del {001}.

El tipo de textura que se puede encontrar en los aceros depende de la composición química, de las condiciones de procesamiento en caliente y en frío, así como de las prácticas de enfriamiento y recocido. La Tabla I 116 resume los componen-tes que se pueden encontrar en aceros de bajo carbono laminados en frío y recocido, así como los valores de y r. Examen de los valores de la Tabla I permite llegar a la condición que la mejor combinación, desde el punto

Fig. 6. Microestructuras de un acero al Nb-V (0.08 C, 1.54 Mn, 0.35 Si, 9.055 Nb, 0.078 V % peso) al término de los pases de desbaste (a) y de laminación controlada (b).

Fig. 5. Diagrama esquemático del proceso de laminación controlada.

Fig. 4. Microestructura de un acero Si-Mn (0.13 C, 0.78 Si, 1.66 Mn % peso) después de ser calentado por 5 minutos a 780°C, por 30 segundos a 410°C y enfriado en agua; se indica la presencia de ferrita (F) y bainita (B) y de austenita retenida (RA).

compuesta mayormente de Ni, Fe y Cr (entre los tres alrededor de 90 por ciento) y con adiciones intencionales de Nb, Al, Ti y Mo (en total alrededor de 10 por ciento). La aleación 718 se produce al vacío para garantizar la composición química y la integridad especificada, y posteriormente se somete a tratamientos termo-mecánicos para darle la forma y las propiedades deseadas.

La Figura C muestra la estructura interna –también conocida como microestructura, por la escala de sus dimensiones– de una aleación 718 endurecida por precipitación y posteriormente sometida a un extenso proceso de calentamiento continuo a 760°C. Las dos micrografías fueron tomadas a magnificaciones de 4,000 y 8,000 aumentos, con un microscopio conocido como “microscopio electrónico de barrido”[7]. Los dos tipos de partículas responsables de la resistencia mecánica a alta temperatura de la aleación 718 tienen una composición base de Ni

3Al y Ni3Nb, respectivamente.

En las micrografías de la figura C es difícil diferenciar entre ambos tipos de partículas, debido a las distintas orientaciones cristalográficas con las que aparecen (ver [7]). Una micrografía muestra la microestructura de la misma aleación 718, pero a una magnificación de 50 mil aumentos. La foto fue tomada con un microsco-pio conocido como “microscopio electrónico de transmisión” [8]. Las partículas se pueden identificar algunas redondas, pero la mayoría son semicirculares (una partícula está señalada por una flecha negra en la micrografía). Las partículas se pueden identificar alargadas y la mayoría pegadas al precipitado semicircular (una partícula está marcada con un asterisco negro en la micrografía).

El fondo oscuro de la imagen es el material base Ni-Fe-Cr, donde se encuentran dispersos los precipitados Estas partículas o precipitados hacen la misma función que las partículas de CuAl

2 descritas anteriormente en el endurecimiento de aleaciones Al-Cu: evitan o reducen el deslizamiento interno de la estructura de la aleación.

Jorge Alejandro Manríquez FrayreEs licenciado en Física por la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL); realizó una maestría en Física de Materiales en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y obtuvo su doctorado en Ciencia e

Ingeniería de Materiales en la Universidad de Texas-Austin, en Estados Unidos.

[1] A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen, Metallurgie 8, 225-227 (1911).[2] P. D. Merica, R. G. Waltenberg, and H. Scott, Heat Treatment of Duralumin, Bull. Am. Inst. Min. Metall. Eng. 150, 913-949 (1919). [3] P. D. Merica, R. G. Waltenberg, and J. R. Freeman, Jr., Constitution and Metallography of Aluminum and Its Light Alloys with Copper and with Magnesium, Sci. Pap. Bur. Stand . 15, 105-119 (1919).[4] P. D.Merica, The Age-Hardening ofMetals, Trans. Am. Inst. Min. Metall. Eng. 99, 13-54 (1932).[5] A. Guinier. Nature 142 (1938), p. 569.[6] G. Preston. Nature 142 (1938), p. 570.[7] Jorge A. Manríquez and L. Rabengerg, Extended Domains of Oriented ¨ Particles in Ni-Fe-Cr Base Alloys, Scripta METALLURGICA et MATERIALIA, Vol. 28, pp. 581-586, 1993.[8J] J. A. Manríquez, P.L. Bretz, L. Rabengerg, and J.K. Tien, Proc. Of the Seventh Int´l. Symposium on Superalloys, S.D. Antolovich, ed. pp. 507, (TMS 1992).

Referencias

Para darse una idea de la escala y de las dimensiones de las partículas que se observan en esta foto, basta pensar que si aumentamos 50 mil veces el tamaño de una moneda de un peso ¡requeriríamos una pantalla de aproximadamente un kilómetro para proyectar su tamaño completo! Los estudios para desarrollar nuevas aleaciones para aplicaciones en turbinas y estructuras de avión, en tubos para refinerías y oleoductos, en calderas y en otras aplicaciones similares, rutinariamente requieren observar los materiales con este tipo de instrumentos (microscopios) para poder entender su comportamiento. EL ENTORNO Aunque México sigue teniendo una

clara dependencia del extranjero –por la mayor parte– en cuanto a tecnología se refiere, es claro y reconfortante observar que el entorno es muy distinto y mejor al de hace 30 años. Ahora tenemos una industria nacional y local (Monterrey) que no sólo requiere ingenieros preparados en el campo de la ciencia e ingeniería de los materiales, sino que está urgiendo a las universidades a incluir en sus planes de estudio tópicos modernos, tales como materiales aeroespaciales, nanomateriales, bio-materiales y materiales inteligentes, en la esperanza de acelerar el paso para generar verdaderos avances tecnológicos propios que le permitan competir mejor en este mundo globalizado.

NOTA: Entre las empresas de producción de materiales especiales más importantes en el mun-do actual, algunas están claramente relacionadas con los primeros desarrollos experimentales y teóricos acerca del comportamiento de los materiales. Alcoa, por ejemplo, es una empresa de alcance mundial que tiene una parte de su historia de éxito ligada al conocimiento (y las patentes por supuesto) derivado directamente de las investigaciones de Alfred Wilm y Paul Merica (et al.) expuestas en este artículo [http://www.alcoa.com/aerospace/en/history/1900s.asp]. Paul Merica posteriormente (1919) se unió a la recién creada empresa Inco Limited como ingeniero físico metalúrgico y posteriormente (1951) llegó a ser presidente y director de la misma empresa.

Figura C. Microestructura de una aleación 718. Superior a 4000x. inferior a 8000x. Fuente: Fotografía tomada por el autor Ver referencia 7

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3). Es práctica

INTRODUCCIÓN

sc MKH 2= (1)

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v) de los granos

donde wo y w

donde to y t

Referencias

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Rafael Colás OrtizEs ingeniero metalurgista por la Universidad Autónoma Metropolitana, tiene una Maestría y Doctorado en

Metalurgia, ambos grados de la Universidad de Sheffield, Gran Bretaña. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias.

de vista de formado (valores máximos de r y mínimos absolutos de r) se obtienen con mezclas de texturas del tipo {11}<001> y {111}<112>.

La composición química de los aceros comerciales se controla para maximizar el valor de r . Aceros efervescentes recocidos en retorta pueden alcanzar valores máximos en r de alrededor de 1.3, en tanto que los calmados al aluminio pueden alcanzar fácilmente los valores de 1.7. Los dos tipos de acero presentan valores cercanos a 1.1 cuando se recocen en líneas continuas.

Esta caída en el valor de r promovió el desarrollo de aceros susceptibles de retener altos valores de formado al tiempo de ser recocidos en forma continua. Estos aceros se conocen como libres de intersticiales o de ultra bajo carbono (IF y ULC, por sus siglas en inglés, respectivamente) y pueden presentar valores de r tan altos como 2.2. La producción de estos aceros requie-re de estaciones de desgasificado y la adición de fuertes formadores de carburos o nitruros, como Ti o Nb, para precipitar al carbono y al nitrógeno.

BOBINADO DE ACEROSOtras variables de proceso que afectan al valor de r son la reducción en la

temperatura de bobinado de los aceros calmados al aluminio, y el decremen-to en la tasa de calentamiento durante el recocido tiende a incrementar dicho parámetro (se atribuye esta característica a la capacidad de mantener en solución sólida tanto al nitrógeno como al aluminio para que precipiten durante el recocido); estas variables parecen no afectar el comportamiento de los aceros IF o ULC.

Los aceros convencionales de bajo carbono se laminan en frío hasta

alcanzar una reducción de alrededor del 70 por ciento para maximizar el valor de r , aunque se encuentra evidencia que apunta en la dirección de que la reducción a la cual r se maximiza se incrementa conforme se reduce el contenido de carbono.

Parece ser que el máximo valor alcanzable de r se obtiene en aceros que no contienen más de 10 partes por millón (ppm) de carbono o nitrógeno.

Aluminio puro.

Tabla I. Principales componentes de textura en aceros de bajo carbono laminados en frío y recocidos y su efecto sobre los parámetros de formabilidad [28].

Componente r{001}<011> 0.4 -0.8

{112}<011> 2.1 -2.7

{111}<011> 2.1 0

{111}<112> 2.1 0

{554}<225> 2.1 1.1

{011}<001> 5.6 8.9

sus aleaciones de Al-Cu, ayudaron a desencadenar el desarrollo comercial y el interés científico en dicho tipo de materiales.

TEORÍA SOBRE EL ENDURECIMIENTO EN LA ALEACIÓNAños más tarde, entre 1919 y 1932, el investigador P. D. Merica y varios colaboradores suyos publicaron una serie de artículos donde presentaban de manera clara y concisa cuatro elementos de una teoría para explicar el endurecimiento observado en la aleación Al-Cu: (1) el efecto de la temperatura sobre la solubilidad del cobre en el aluminio, y la formación de partículas minúsculas con características muy especiales de (2) composición química –CuAl

2, (3) tamaño y (4) distribución dentro del aluminio [2-4]. Como colofón a su teoría, Merica y sus colaboradores establecieron una serie de recetas para impartir resistencia mecánica a las aleaciones de Al-Cu y sugirieron la relevancia de estudiar diagramas de fase para encontrar otras aleaciones susceptibles de ser endurecidas con el mismo mecanismo.

¡Lo impactante de esta teoría es que se estableció sin tener la oportunidad de verificar visualmente la presencia de las partículas formadas al inicio del proceso de endurecimiento, dado que las partículas que se formaban inicialmente eran tan pequeñas, que resultaba imposible apreciarlas con un microscopio óptico! Posteriormente, y con la ayuda de otras técnicas de medición –rayos X-, la presencia y la función de las partículas de CuAl

2 fueron evidenciadas en 1938 (de manera independiente) por los investigadores A. Guinier y G. Preston [5-6].

La comprobación de la presencia de las partículas sugeridas por Merica y sus colaboradores resultó de gran relevancia, porque su existencia permitía explicar de manera consistente el fenómeno de endurecimiento, tomando como base el mecanismo de deformación de metales a través de deslizamientos que ya se había establecido desde finales del siglo anterior. El mecanismo de endurecimiento observado

en la aleación Al-Cu pasó a ser conocido como endurecimiento por envejecimiento (del término en inglés “age hardening”) o endurecimiento por precipitación. Las partículas que se forman son también llamadas “precipitados”, y son esenciales para controlar el grado de endurecimiento del material.

MATERIALES DE ALTA TEMPERATURA EN EL SIGLO XXEl período de 1920 a 1950 fue testigo de una gran cantidad de desarrollos civiles y militares basados en el uso de aleaciones endurecidas por precipitación. La importancia de saber endurecer materiales fue rápidamente observada a través del uso de aleaciones de Al-Cu (y otros sistemas) para la fabricación de estructuras de barcos y aviones.

Posteriormente, y con el gran incentivo económico que significaban los desarrollos militares, la segunda mitad del siglo XX trajo consigo importantes avances en los procesos para fabricar aleaciones con composiciones químicas precisas; en particular, la aparición y perfeccionamiento de procesos de fundición y refinamiento al vacío dieron como resultado el desarrollo de muchas otras aleaciones con propiedades por demás sorprendentes en cuanto a la capacidad de mantener su resistencia mecánica a elevadas temperaturas (ver Figura A).

Imaginemos por un instante el interior de una turbina de avión (ver Figura B): las series de aspas que componen el intrincado sistema de propulsión de una turbina giran a decenas de miles de revoluciones por minuto, resistiendo los intensos efectos de la fuerza centrífuga y los intensos embates de la alta temperatura –desde 500°C hasta alrededor de 1000°C– transmitida por los gases calientes que se generan por la combustión (todo esto adicional a los efectos corrosivos de los gases mismos).

Los materiales capaces de soportar este uso son especiales; son aleacio-nes conocidas como “aleaciones de alta temperatura” o “aleaciones resistentes al calor”, y basan su excelente desempeño en la formación de una estructura interna capaz de mantener su estabilidad con el paso del tiempo incluso a altas temperaturas. Una de las características de esa estructura interna es la presencia de diminutos precipitados que impiden los deslizamientos internos de la estructura misma, evitando o reduciendo así la deformación del material.

ALEACIÓN COMERCIAL TÍPICA PARA USO A ALTA TEMPERATURA: 718Veamos el ejemplo de la aleación conocida como “718”. Ésta es una de las aleaciones más usadas en aplicaciones de temperatura media-alta (temperatura máxima de operación alrededor de 600°C-700°C) por su excelente relación costo/desempeño. La aleación está

Figura A. Resistencia mecánica como función de la temperatura de una aleación base Ni-Cr-(W-Al-Ti Fe) F. Tancret et al, Matls. Sci & Tech. Vol 19.

Figura B. Sección esquemática de una turbina ilustrando la distribución de materiales genéricos como función de la temperatura que se alcanza en cada zona. Fuente original: Michael Kervenk(obtenido de la literatura abierta).

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Algunas aplicaciones de los

Plásticos, palabra que ya desde el Siglo XIX se utilizaba como adjetivo para denotar cualquier

material, natural o sintético, con la capacidad de ser moldeado o formado; en la actualidad conserva su significa-do, sólo que ahora hace referencia a cierto tipo de materiales sintéticos conocidos como polímeros. Este tér-mino fue utilizado por primera vez por Berzelius en 1832, para distinguir sustancias con igual composición pero propiedades diferentes; en nuestro uso contemporáneo, se refiere a macromoléculas formadas por un número elevado de unidades repetitivas conocidas como meros. En nuestros días y de acuerdo a lo anterior, se puede considerar a los plásticos como polímeros o macromoléculas sintéticas capaces

de ser moldeadas por algún proceso de manufactura. En la industria del empaque, las nuevas generaciones están acostumbradas a ver embutidos, jamones, quesos, carnes, frituras, pan, y un sinfín de alimentos empacados en plástico. De igual manera, las bebidas gaseosas, aceites, aderezos, agua purificada, pastillas, y otra gran cantidad de artículos se distribuyen en envases de plástico (ver figura 1).

Doctor Carlos A. Guerrero S. Director General de Estudios de Posgrado / [email protected]

Doctor Virgilio A. González G.Maestro FIME / UANL

plásticosen las industriasdel empaquey automotriz

ABSTRACTThe role of plastic materials in the packaging andautomotive industries is commented. Specificapplications such as poly(ethylene-terephtalate) as gasbarrier on the soft-drink bottle industry and lowdensity polyethylene on the flexible packaging industryare presented. The use of polypropylene, high densitypolyethylene and polyamides are also mentioned.Keywords: plastic, packaging industry, automotiveindustry

Fig. 1. Ejemplos de productos envasados o empacados en plástico.

MATERIALES EN LAS EDADES HISTÓRICAS

El uso de los materiales ha sido una manera común de identificar y clasificar el nivel de desarrollo

de las civilizaciones humanas a lo largo de la historia. Así, por ejemplo, los términos Edad de Piedra, Edad de Bronce y Edad de Hierro son comúnmente citados para indicar ciertos períodos de tiempo (del orden de milenios) donde el material asociado a cada uno de éstos refleja, en cierta manera, el grado de avance y desarrollo de las sociedades humanas previas a la edad moderna de nuestra civilización (anterior a 1453 d.C.).

PRIMEROS DESARROLLOS PARA ENDURECER MATERIALES DIFERENTES AL ACEROHacia finales del siglo XIX y a principios del siglo XX, claramente se inicia un desarrollo guiado por importantes estudios experimentales y propuestas teóricas, enfocado a entender el comportamiento de los metales y de sus aleaciones (una aleación se genera cuando a un metal puro se le agrega intencionalmente una cantidad significativa de otro(s) elemento(s), para modificar sus propiedades).

Uno de los estudios que con el trans-curso de los años ha sido reconocido como parte importante del inicio de

Un presente con historia

Doctor Jorge Alejandro Manríquez FrayreProfesor Titular y Director del Programa de Ingeniero Mecatrónico / ITESMCoordinador Nacional del Proyecto Aeroespacial del Sistema Tecnológico de [email protected]

para la alta temperaturaMateriales

la manipulación de las propiedades en aleaciones, fue la que realizó el investigador alemán Alfred Wilm en los años 1903-1911 [1]. Wilm intentaba endurecer una aleación de aluminio que contenía alrededor de cuatro por ciento de cobre, en la misma manera en que tradicionalmente se realizaba con aceros: calentándola a una cierta temperatura por debajo de su punto de fusión y posteriormente enfriándola rápidamente.

Sus primeras observaciones arrojaron que la aleación permanecía suave después del súbito enfriamiento. Sin embargo, cuando Wilm repitió las mediciones en muestras de Al-Cu que ya tenían cierto tiempo después de haber sido bruscamente enfriadas (hecho frecuentemente citado como algo accidental) encontró que éstas se habían vuelto más duras y resistentes. Las investigaciones de Wilm, aunque nunca llegaron a explicar el origen del endurecimiento observado en

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Aluminio puro.

Componente r{001}<011> 0.4 -0.8

{112}<011> 2.1 -2.7

{111}<011> 2.1 0

{111}<112> 2.1 0

{554}<225> 2.1 1.1

{011}<001> 5.6 8.9

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PLÁSTICOS EN LUGAR DE METALES¿Y qué decir de la industria automotriz? En un pasado próximo, mientras más accesorios metálicos cromados tuviese un coche, era más espectacular. En efecto, carrocería, defensas, accesorios diversos, todos ellos metálicos, hacían del auto un vehículo pesado y con consumos energéticos considerables.

Hoy, al transitar por las avenidas de la ciudad, vemos cómo los plásticos han sustituido ampliamente a los metales en los vehículos modernos.

Teniendo en mente lo anterior, se plantea como objetivo de este escrito el comentar algunas aplicaciones típicas de los plásticos en las industrias del empaque y automotriz.

TERMOPLÁSTICOS Y TERMOFIJOSRetomando la definición de plástico, agregaremos que estos materiales, una vez que se transforman en producto final, son sólidos. Además, en alguna etapa de su manufactura, se deformaron mediante flujo. Precisa-mente dependiendo de su respuesta a la aplicación de una carga térmica y mecánica, podemos clasificar a los plásticos en dos tipos: termoplásticos y termofijos.

Los termofijos son polímeros que se pueden moldear o formar sólo una vez, ya que, solidificados, se vuelven infusibles e insolubles. Lo que sucede en este ciclo único de calentar-deformar-moldear es que el material polimérico sufre una reac-ción química de entrecruzamiento (curado, vulcanizado, reticulado), formándose redes tridimensionales que impiden que el polímero vuelva a fluir al aplicársele una carga térmica.

El material de inicio puede ser un polímero que se entrecruzará durante el ciclo, o bien monómeros que se transformarán en macromoléculas entrecruzadas al aumentar la tempe-ratura. La desventaja en el uso de estos materiales estriba en la dificultad que presentan para reciclarlos. Ejemplos de termofijos, también llamados re-sinas, son: los fenólicos, los epóxicos, poliesteres no saturados, melamina, etcétera.

Los termoplásticos son aquellos materiales poliméricos que, bajo la acción de una carga térmica, se reblandecen, pudiendo fluir al aplicarles una carga mecánica.

Como fluidos, se pueden forzar bajo presión, y alimentar un molde o pasar a través de un dado y así obtener su forma final. Al cesar la carga térmica, se enfrían y solidifican. Para estos materiales se puede repetir varias veces el mismo ciclo; es decir, calentar-hacerlos fluir-alimentar un molde (pasar a través de un dado)-obtener un producto final, el cual no necesariamente tiene que ser igual al del ciclo anterior. Esta característica hace muy atractivos estos materiales, ya que propician su reciclado. Algunos ejemplos de termoplásticos importantes desde el punto de vista industrial son: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS), politereftalato de etilen-glicol (PET), nylon (PA), etcétera.

La Tabla 1 muestra el consumo de estos materiales en Estados Unidos en el año 2000, así como su aplicación principal.

objetivos: Debe hacer atractivo el producto a la vista del consumidor. El artículo puede ser de muy buena calidad, pero para el cliente puede pasar desapercibido en el anaquel si el empaque no le llama la atención; y, debe proteger al producto del medio ambiente. En muchas ocasiones, un artículo de calidad se descompone por no haber sido empacado en las condiciones o con los materiales adecuados. Centrándonos en el cumplimiento de este último objetivo, se puede considerar al empaque como una barrera entre el producto y el ambiente, tal y como se presenta en la figura 2.

Las aplicaciones que se comentarán en este trabajo utilizan en su mayor parte materiales termoplásticos.

INDUSTRIA DEL EMPAQUEEl empaque de un artículo cualquiera debe cumplir al menos con dos

Tabla I. Venta total de polímeros termo-plásticos en Estados Unidos en el año 2000.

Los plásticos se utilizan extensiva-mente como empaque flexible, semi-rígido y rígido, pero debido a su estructura química y morfológica, no todos protegen de la misma manera los alimentos. Hay algunos que se constituyen en una barrera excelente a la humedad (polietileno de alta densidad), mientras que otros actúan mejor como barrera al O2 y al CO2 gaseosos, cloruro de polivinilideno, nylon, etileno-alcohol vinílico. Otros guardan el olor y el sabor del alimento empacado, poliacrilonitrilo, politereftalato de etilen-glicol. Sin embargo, pocos protegen del efecto oxidante de la luz solar. En ese orden de ideas, es claro que no se puede utilizar cualquier plástico para empacar cualquier alimento.

Hay que considerar también que para la selección del plástico de barrera adecuado, impactan otros factores, como las propiedades mecánicas, ópticas, facilidad de procesamiento y,

Fig. 2. El empaque, como protección del alimento contra el medio ambiente.

Válvulas de corazón.- El corazón es una parte vital de la anatomía humana, da-do que es una bomba de recirculación de la sangre a través del cuerpo. Las válvulas del corazón permiten que éste bombee sangre eficientemente. Estas válvulas son propensas a fallar por enfermedades; sin embargo, pueden ser sustituidas por las válvulas prostéticas artificiales.

Implantes dentales.- El surgimiento de los implantes dentales ha influenciado grandes cambios en la odontología clínica en la segunda mitad del siglo XX.

Mediante técnicas quirúrgicas específicas, es posible reemplazar piezas dentales perdidas, por otras sintéticas, con las mismas funciones y gran duración.

La prótesis consta de tres partes fundamentales, llamadas corona, perno o muñón, que soportará a la corona y el implante propiamente

Los dos tipos principales de válvulas prostéticas del corazón son mecánicas y biológicas.

Las válvulas mecánicas son excelentes en términos de durabilidad, pero son obstaculizadas por su tendencia a coagular la sangre. Las válvulas biológicas son de menor durabilidad y se deben sustituir periódicamente.

Figura 4. Biomateriales para corazón.

Figura 5. Implantes de espina dorsal.

dicho que reemplazará la raíz del diente.

Espina dorsal.- El primer procedimien-to quirúrgico por un disco herniado torácico fue reportado por Middleton y Teacher en 1911.

Desde los años 1930 hasta la actualidad, se emplea el material metálico en prótesis en las cirugías.

En 1966 se hizo la primer cirugía con prótesis, substituyendo un disco cervical.

Zygmunt HaduchNació en Plowce-Sanok, Polonia. Es ingeniero mecánico y tiene una Maestría en Mecánica, de la Universidad Politécnica de Cracovia (PC), en Polonia. Hizo estudios de posgrado en la Facultad de Construcción de Barcos

y Máquinas, en Zagreb, ahora Croacia. Su Doctorado en Ciencias Técnicas es de la Universidad PC.

Marco Antonio Loudovic Hernández-Rodríguez

Es ingeniero mecánico electricista por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, donde también realizó sus estudios de Maestría y Doctorado en el programa de Doctorado en Ingeniería de

Materiales. Actualmente pertenece al Sistema Nacional de Investigadores y a la Sociedad Mexicana de Fundidores.

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sobre todo, costo. El poliestireno, que no presenta ninguna barrera contra la humedad, ni contra el O2, se emplea mucho en empaque semi-rígido, sobre todo por sus buenas propiedades ópticas, lo cual implica que los alimentos empacados en este material no estarían muy protegidos contra el medio ambiente.

La figura 3 nos muestra el empaque de algunos alimentos con alto contenido de grasas. Para que estos artículos posean una vida de anaquel considerable, se necesita que el plásti-co con el que se vayan a empacar tenga una barrera excelente al O2, ya que éste, al contacto con los lípidos, tiende a oxidarlos, tomando los alimentos el sabor característico a rancio.

El empaque debe poseer, además, buena resistencia mecánica, ya que es común que el proceso de empacado se realice al alto vacío. La facilidad con la que se selle la película plástica también es importante. Un plástico que cumple con la mayoría de las características mencionadas es el nylon; sin embargo, es un material relativamente caro y muy higroscópico. Esto último afecta fuertemente su propiedad de barrera; además, es difícil de procesar, y sus temperaturas de sellado son elevadas y están dentro de un rango estrecho.

Por el contrario, el polietileno de baja densidad (PEBD) es barato, fácilmente procesable, y su sellado no presenta ninguna dificultad; posee buenas propiedades ópticas, y presenta una barrera razonable a la humedad. Su gran desventaja es que resulta permeable al O2 y a los compuestos orgánicos. Pareciera que una combinación de ambos plásticos solucionaría nuestro problema de empaque.

Una de las opciones que utiliza la industria alimenticia para el empaque de alimentos con alto contenido de lípidos es, en efecto, una combinación de PEBD y nylon, lo que proporciona al producto una vida de anaquel de varias semanas y ¡sin refrigerar! El empaque, en este caso, consiste en una estructura formada de varias capas de película plástica de materiales diferentes, unidas entre sí para formar

una especie de sándwich. Por ejemplo, la estructura consta de tres capas. La central es de nylon y posee un espesor tal que proporciona a la estructura las propiedades de barrera. Las otras dos capas, una exterior y la otra interior y en contacto con el alimento, son de PEBD. El sello se realiza sobre esas capas y éstas son las que están en contacto con la maquinaria de manufactura, facilitando de esta manera la operación de empaque. Así, con un empaque laminado o coextruido que forma una estructura multicapa, se obtiene la combinación de propiedades necesarias para la aplicación deseada. Ver figura 4.

ALUMINIO Y PLÁSTICO GANAN TERRENO

envases de plástico, ha ganado terreno a expensas del vidrio y del acero. Así lo demuestra un estudio de mercado realizado por Vitro Envases el cual transcribimos en la Tabla II. En éste se pronosticaba que el consumo de envases desechables de plástico aumentaría hasta un 18 por ciento en 1999, y esto a expensas de los retornables de vidrio. No se poseen cifras más recientes, pero si observamos nuestro entorno, creemos que las predicciones anteriores se han cumplido con creces.

El plástico más utilizado para envasar bebidas es un poliéster, el politereftalato de etilen-glicol, o simplemente PET, material que posee una barrera excelente a los gases, propiedad que lo posiciona en muy buen lugar en el mercado del envase de bebidas carbonatadas (ver Tabla II).

Además, posee una muy buena trans-parencia y estabilidad dimensional, lo que permite su utilización en el envasado de otro tipo de productos.

Fig. 3. Alimentos grasosos empacados en película plástica.

Fig. 4. Salchichas empacadas utilizando una película coextruída en base nylon.

Lejanos están ya aquellos días en los que la leche y las bebidas gaseosas se encontraban sólo en envases de vidrio, y gran parte de la latería en envases de acero. El aluminio, junto con los

Otros materiales muy utilizados son el polietileno de alta densidad, PEAD. En este material se envasan agua y leche, en presentaciones de galón o medio galón, y cloruro de polivinilo, para el sustituto de leche en polvo y aceites; como comentario general, la diferencia entre el PEBD y el PEAD consiste en su densidad; la del primero situada alrededor de 0.91-0.93 gr/cm3 y la del segundo en un rango de 0.94-0.96 gr/cm3. Esto trae como consecuencia un aumento en el

Otras aleaciones que han tomado gran importancia en aplicaciones aeronáu-ticas y aerospaciales, así como en a-plicaciones médicas para implantes quirúrgicos, son las de base titanio, especialmente la aleación Ti6Al4V, la cual presenta ventajas superiores en peso, propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión con respecto a las aleaciones base cobalto y acero inoxidable. Sin embargo, tiene una resistencia baja al desgaste, así como un alto costo. Esta aleación ha sido modificada, intercambiando el Vanadio por el Niobio, lo cual ha dejado una notable mejora en el índice de biocompatibilidad.

Por otra parte, con el objeto de incrementar la resistencia al desgaste, se ha implementado el uso de recubrimientos duros en cabezas femorales, aplicados mediante técni-cas de depositación física en fase vapor (PVD), además de utilizar materiales cerámicos como alúmina (Al

2O3) o circonia (ZrO2).

BIOMATERIALES POLIMÉRICOSExiste una gran variedad de polímeros biocompatibles: los polímeros naturales, como por ejemplo la celulosa, glucosalina, etcétera, y polímeros sintéticos, como, por ejemplo, polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), PVC, nylon, silicona, etcétera. El desarrollo de los biopolímeros en las aplicaciones incluye prótesis faciales, partes de prótesis de oído, aplicaciones dentales; marcapasos, riñones, hígado y pulmones. Películas delgadas y capas de PVC se utilizan en bolsas de almacenamiento y empaquetamiento

quirúrgico de sangre y otras soluciones; partes de esófago, segmentos de arterias, suturas biodegradables, partes de implantes articulares en dedos, acetábulo de cadera y rodilla, entre otros.

BIOMATERIALES CERÁMICOS Los biocerámicos son compuestos químicos complejos que contienen elementos metálicos y no metálicos. Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, son generalmente, duros y frágiles. Además de tener un alto punto de fusión y una baja conductividad térmica y eléctrica, los cerámicos se consideran resistentes al desgaste. Los principales bioceramicos son alúmina, zirconia, hidroxyapatita, porcelanas, vidrios bioactivos, etcétera. Sus principales aplicaciones están en el sistema óseo, con todo

tipo de implantes y recubrimientos en prótesis articulares; también se utilizan en aplicaciones dentales, en válvulas artificiales, cirugía de la espina dorsal y reparaciones craneales.

ALGUNAS APLICACIONES DE LOS BIOMATERIALESLa prótesis total de cadera.- En el inciso a) de la figura 2, se puede observar una articulación de cadera del cuerpo humano en la cual se puede apreciar una fractura en el cuello femoral. La solución para este tipo de fracturas, y enfermedades como la artritis, entre otras, puede ser una prótesis total de cadera vista en el inciso b). Esta articulación está formada por una copa acetabular (UHMWPE, Co-Cr, Al

2O3, ZrO2), la cual se fija en la pelvis y sirve como asiento para una esfera cuyo vástago (Co-Cr, 316LQ, Ti6Al4V) es empotrado en el fémur. Los dos elementos artificiales restauran el sistema articular tipo rótula, con el cual el paciente puede volver a caminar.

Implante de rodilla.- En la figura 3, se presenta una articulación de rodilla, en la cual se utilizan dos tipos de biomateriales para formar el contacto articular de rótula. El reemplazo de rodilla es uno de los avances más importantes en la cirugía ortopédica, y fue realizado por primera vez en el año 1968.

Figura 2 a) Articulación de la cadera dañada por fractura en el cuello femoral. b) Esquema de una prótesis total de cadera formada por un acetábulo artificial y una esfera-vástago empotrados en el fémur.

Figura 3 a) Implante parcial de rodilla para fémur. b) Implante total de rodilla, con base de soporte para la superficie de contacto. c) Implante total de rodilla, con vástago para óseo-integración. d) Partes confortantes de la superficie de contacto de la tibia.

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Carlos Alberto Guerrero SalazarEs ingeniero químico y tiene una Maestría en Ciencias, con Especialidad en Ingeniería Química, ambos grados

académicos por la UANL. Su Doctorado PhD, con Especialidad en Ingeniería Química, es de la Escuela Politécnica de Montreal, Canadá. Ha sido catedrático en las Facultades de Ciencias Químicas y de Ingeniería

Mecánica y Eléctrica de la UANL.

Virgilio Ángel González GonzálezEs químico industrial y tiene una Maestría en Ciencias, con especialidad en Química Orgánica, ambos grados

académicos por la UANL. Su doctorado en Ingeniería de Materiales es de la misma institución. Hizo una estancia de investigación en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros, en Madrid, España.

ReferenciasJeffrey L. Meikle, American Plastic. A Cultural History, Rutgers University Press, New Jersey (1997).Herbert Morawetz, Polymers. The Origin and Growth of a Science, Dover Publications, New York

(1985).Malcom P. Stevens, Polymer Chemistry. An Introduction, Oxford University Press, New York (1999)APC Year-End Statistics for 2000, American Plastics Council (2001).Havis Dawson, Envases desechables de bebidas, Reportero Industrial, Oct. (1994).S. Schäper, H.G. Haldenwagner; Ecological and energy balance with regard to the various materials

used in the automobile industry en Plastics in Automotive Engineers, editada por H.G. Haldenwagner y L. Vollrath, Hanser Publishers, Munich (1994).

G. Horsch, Innovative Plastics Applications on the Porsche 911 Carrera, en Plastics in Automotive Engineers, editada por H.G. Haldenwagner y L. Vollrath, Hanser Publishers, Munich (1994).

porcentaje de cristalización del PEAD, con el consiguiente aumento en sus propiedades de barrera.

INDUSTRIA AUTOMOTRIZDesde los años 70, década en la que se produjo una de las peores crisis de energéticos en el mundo, las tendencias de la industria automotriz se modificaron. Cambios drásticos en el diseño y manufactura de los vehículos automotores condujeron a una mejoría en los procesos de combustión y a una reducción en el peso de los vehículos, lo cual a su vez condujo a una notoria disminución en el uso de combustible.

La disminución en el peso se dio de dos maneras: por un lado, las dimensiones se redujeron y por el otro se sustituyó el acero por materiales de

MATERIALES PLÁSTICOS MÁS UTILIZADOS Entre los materiales plásticos más utilizados está el polipropileno -alrededor del 2.6 por ciento en peso del total de plásticos en el automóvil- el cual se utiliza, entre otras cosas, para formar el panel de instrumentos, figura 6, o el ensamble de una sola pieza (que reemplaza a cinco piezas metálicas) formado por la tapa del abanico del radiador, el recipiente para el refrigerante, y para el líquido de los limpiadores (delantero y trasero) y el túnel de llenado de estos últimos contenedores. También podemos mencionar al nylon –alrededor del 4.3 por ciento en peso del total de plásticos en el automóvil- el cual se emplea como soporte a los espejos laterales, volante de la dirección, tapas en las ruedas, etcétera. Ver figura 7.

El polietileno de alta densidad -0.7 por ciento en peso del total de plásticos en el automóvil- se encuentra formando los tanques de una sola pieza para almacenar la gasolina. Otros materia-les plásticos, como los acrílicos, los policarbonatos, PVC y materiales compuestos, tienen aplicaciones

importantes en esta industria; pero limitaciones en cuanto a espacio nos impiden continuar con la descripción.

Como conclusión, podemos decir que estos materiales sintéticos llamados plásticos, cuya comercialización data de los cercanos 1950, han afectado a tal grado nuestro mundo que, tal y como lo conocemos actualmente, difícilmente podría concebirse sin ellos.

Fig. 6. Panel de instrumentos de una Mini-Van Dodge construido en polipropileno.

menor densidad, aluminio y plástico, básicamente. Así, llegamos a los modelos de la década de los 90 en donde el peso promedio de un auto mediano (Jetta, Cavalier) es del orden de mil 400 kilogramos, y de ellos, casi el 15 por ciento en peso corresponde a materiales plásticos. Esto también se presenta en automóviles de lujo. Por ejemplo, un Audi Avant C4 de 1994 pesaba mil 396 kilogramos, y de ellos 200 kilogramos eran de plástico; 6 de los mil 365 kilogramos que pesa un Porsche 911 Carrera del año 1994, el 15.6 por ciento eran de plástico.

De ahí, 154 kilogramos están en la carrocería, 35 en el sistema eléctrico, 18 en el motor y 6 en los sistemas de suspensión y dirección.

Fig. 7. Palanca para accionar las direccionales de un vehículo, fabricada en nylon.

Un grupo multidisciplinario de espe-cialistas es capaz de diseñar y fabricar aparatos e implantes necesarios para pacientes que requieren la sustitución total o parcial de un elemento de su organismo: pulmones, corazón arti-ficial, estimuladores cardíacos, varios tipos de prótesis, etcétera.

INGENIERÍA BIOMÉDICAA fin de educar profesionistas capaces de este tipo de desarrollos, las univer-sidades en el mundo abrieron varias carreras que unen conocimientos en diversas aéreas de la ingeniería con la medicina, biotecnología, bioingeniería, biomecánica e ingeniería biomédica, y la formación en biomateriales es una de las importantes materias en el proceso de educación de expertos en ingeniería biomédica.

Los biomateriales, sustancias naturales o sintéticas cuya misión es reemplazar una parte o alguna función de nuestro organismo, de forma segura y fisio-lógicamente aceptable, se pueden clasificar de diversas formas: según su composición química, en biometales, biopolímeros, biocerámicos, biocom-puestos y semiconductores; según su origen, en naturales y sintéticos.

Otra forma más práctica de clasificar-los son los dispositivos implantables, los cuales se implantan un tiempo en el cuerpo humano para sustituir una función, y los no implantables, entre los cuales se incluyen sondas y catéteres, entre otros.

PROPIEDADES REQUERIDASEN LOS BIOMATERIALESLas características exigidas por el cuerpo humano para una articulación artificial hacen que las propiedades requeridas en los materiales utilizados en prótesis sean muy restrictivas. Por esta razón, se requieren materiales biocompatibles; es decir, materiales que produzcan un grado mínimo de rechazo en el cuerpo humano. Los fluidos corporales son altamente corrosivos, y las aleaciones metálicas deben ser resistentes a la corrosión. Otro aspecto que se debe considerar son las propiedades mecánicas, las cuales son de suma importancia en la selección de materiales para prótesis, debido a que el sistema músculo-esquelético, junto con el movimiento, promueve fuerzas considerables para las prótesis.

Debido a que las superficies de la articulación están en contacto, y tienen un movimiento relativo entre ellas, las prótesis están sujetas a desgaste. Una de las consecuencias del desgaste en las superficies de los implantes es la generación de partículas de desecho. La acumulación de estas partículas en los tejidos circundantes de la articulación puede causar inflamación y dolor.

Además de lidiar con las condiciones mencionadas anteriormente, otro aspecto que se debe considerar en la selección de materiales para implantes quirúrgicos es que sus componentes sean ligeros, de bajo costo, y sus propiedades, estables a través del tiempo.

Idealmente, una prótesis implantada debe funcionar satisfactoriamente durante toda la vida del paciente, de manera que no sea necesario su reemplazo. Sin embargo, en los diseños actuales, la vida de las prótesis varía entre 10 y 15 años para el caso de la prótesis total de cadera, por lo que existe un gran interés en la comunidad científica por desarrollar prótesis de mayor durabilidad para la creciente longevidad de que actualmente goza la población.

BIOMATERIALES METÁLICOS En la década de 1920, Reiner Erdle y Charles Orange, quienes unieron sus conocimientos de médico dentista y metalurgia respectivamente, desa-rrollaron la aleación Vitallium, que fue el primer biomaterial metálico aleado con características mecánicas de biocompatibilidad y de resistencia a la corrosión, aceptables para aplicaciones en prótesis quirúrgicas. Esta aleación de cobalto (65 por ciento de Co, 30 por ciento de Cr y 5 por ciento de Mo), fue el punto de partida para una serie de investigaciones multidisciplinarias en el desarrollo de nuevas aplicaciones ortopédicas, como clavos, tornillos y fijadores de huesos fracturados, además de varios tipos de implantes de reemplazo articular, como cadera, rodilla, hombro, codo, entre otras.

Posteriormente, en la década de 1930 se desarrolla el acero inoxidable grado quirúrgico 316LQ, que es un acero con bajo contenido de carbono, 18 por ciento de cromo, 8 por ciento de níquel, y 2 por ciento de molibdeno.

Figura 1. Esquema de los biomateriales, y algunas de sus aplicaciones.

Tabla 1. Propiedades mecánicas de aleaciones biocompatibles.

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En la última década, los nanotu-bos de carbono y las nanofibras de carbono han sido ampliamente

investigadas como refuerzo de com-pósitos poliméricos, debido a sus inte-resantes y superiores propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas (1-3). Estas características, combinadas con su altísima relación entre área superficial y volumen, las hacen exce-lentes candidatos para el desarrollo de materiales ingenieriles de bajo peso en relación con sus propiedades.(3-9).

Las nanofibras de carbono son producidas por descomposición catalítica de hidrocarburos en fase de vapor, y tienen diámetros que van desde los 5 hasta los 200 nm, y longitudes de hasta 100 micrómetros (4,10,11).

PROCESAMIENTO DE PLÁSTICOSLas fibras de carbón obtenidas a partir de vapor de hidrocarburos (VGCF por sus siglas en inglés) han sido combinadas con diferentes matrices termoplásticas (9,10, 12-25) y termofijas (26,27) utilizando tecnologías convencionales de procesamiento de plásticos y, aunque

se ha tenido un relativo éxito cuando se utilizan altos esfuerzos de corte durante el mezclado, aún presentan problemas debido a la falta de una apropiada fuerza interfacial entre el polímero y las VGCFs. Lo anterior resulta en una baja adherencia de las fibras con la matriz, y, al realizar pruebas de tensión, típicamente se observa que parte de las fibras se desprenden sin jalar el plástico que lo rodeaba (4,28).

A pesar de esa falta de adherencia, estudios como los de Lozano et al. (9,23) demuestran que la rigidez y las propiedades de disipación de carga eléctrica (ASTM-257) de los compósitos de Polipropileno (PP) a ciertas concentraciones de VGCF,

son definitivamente superiores que las del PP puro. Sin embargo, mientras estas propiedades mejoran, los cambios morfológicos inducidos por las fibras incrementan el grado de cristalinidad, y consecuentemente alteran la fragilidad del compósito.A fin de mejorar las propiedades de este tipo de compósitos, se han hecho experimentos para incrementar la adherencia de las fibras con la matriz, a través de alteraciones químicas que han sido llamadas funcionalizaciones. Algunos de ellos, como el de Brandl et al. trataron de funcionalizar la matriz a través del uso de plasma frío, con resultados interesantes, pues mejora la resistencia a la tensión en un 16 por ciento, y el módulo de Young en un 18 por ciento del compósito.

Doctor Jaime BonillaInvestigador adscrito al Centro de Innovación en Diseño y TecnologíasITESM, Campus MonterreyDirector de Relaciones con Egresados del Sistema Tecnológico de [email protected]

Ingeniera Alejandra de la Vega OyervidesEgresada de la Maestría en Sistemas de Manofactura. ITESM

Y se ahorra en la investigación mediante modelos constitutivos

Plásticos comunesadquieren mayor valor a través de sus compósitos

Figura 1. SEM, que muestra la falta de impregnación de la matrizen las fibras.

El siglo XXI se ha caracterizado por un desarrollo dinámico de nuevas áreas, las cuales conjuntan conocimientos

de varias ciencias y disciplinas: medicina-ingeniería, psicología-logística, economía-mercadotecnia, entre otras. Dicho desarrollo es el resultado directo de la combinación de las necesidades del mundo contemporáneo y la admirable capacidad de ingenio del ser humano, la cual se ha distinguido por la característica de innovación en diferentes áreas del conocimiento. Tal ha sido el caso de la bioingeniería, en donde se han desarrollado una gran cantidad de aplicaciones biomédicas con el objeto de acrecentar la calidad de vida de muchos pacientes. El desarrollo de la medicina es posible gracias a equipo e implantes especialmente diseñados y construidos por especialistas en varias áreas: medicina, mecánica, electrónica, ingeniería de materiales, entre otros.

Doctor Zygmunt Haduch Catedrático UDEM Investigador del SNI Nivel III [email protected]

Doctor Marco A. L. Hernández-RodríguezProfesor Investigador FIME/ UANL [email protected]

BIOMATERIALES:Características y aplicaciones

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Otros, como Kelarakis, Hsia and Chu (14, 15) han acoplado cadenas cortas de PP en la superficie de las nanofibras, utilizando PP injertado con anhídrido maleico, mejorando así la compatibilidad de las fibras con poliolefinas y elastómeros. Por otra parte, Fiengan and Tibbets (20) han utilizado química húmeda y métodos oxidantes secos para acidificar la superficie, resultando en cambios de tres veces el valor del módulo de Young

y del stress máximo de deformación, comparado con el PP puro.

FORMACIÓN DE RADICALES LIBRESCabe mencionar que, a final de cuentas, la dificultad estriba en obtener una buena adhesión interfacial entre las fibras y el PP. Esto implica que se deberá buscar que las tensiones superficiales de ambos materiales se acerquen y/o que reaccionen quí-micamente. Recientemente, Bonilla

et al. han acoplado el PP a las VGCF a través de reacciones que involucran la formación de radicales libres, mostrando un incremento en el módulo de Young y en las propiedades reológicas del material. Sin embargo, a ciertas concentraciones, el esperado rompimiento de las cadenas de PP trabaja en contra de las propiedades mecánicas y reológicas del compósito, debido al cambio en la distribución de pesos moleculares de la matriz y a la

Figura 2. SEM, que muestra el incremento en adhesión de las fibras al acoplarlas químicamente a la matriz.

Octavio Covarrubias AlvaradoNacido en la Ciudad de México, es doctor en Ciencias de la Ingeniería con Especialidad en Materiales,

por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la UANL. Ha desempeñado actividades de investigación y desarrollo en la industria siderúrgica y actualmente es Senior Metallurgist del Departamento

de Investigación y Desarrollo en Frisa Aerospace. Participa como catedrático en FIME, y es miembro del Comité Técnico de la Carrera de Ingeniero en Aeronáutica de esta misma escuela.

la mayor parte de las aleaciones de níquel) o adifusionales (para muchas de las aleaciones base titanio) permiten obtener las propiedades mecánicas deseadas. Todos los parámetros de fabricación son minuciosamente diseñados y controlados, a fin de asegurar el control de calidad que la industria aeroespacial demanda.

La efectividad de los procesos de manufactura se evidencia mediante ensayos mecánicos en los que materiales de prueba extraídos de las partes fabricadas son evaluadas. Ensayos de tensión a temperatura ambiente y alta temperatura; ensayos de termofluencia y resistencia a carga y temperatura; evaluaciones microestructurales, por microscopía óptica, y ensayos de fatiga, etcétera, deben efectuarse para asegurar que el material cumple con los requerimien-tos indicados.

RIGOR EN LOS PROCESOSEstos mismos componentes deben ser luego inspeccionados por diversas técnicas, como ultrasonido y partículas fluorescentes (FPI: Fluorescent Particle Inspection), a fin de descartar la presencia de defectos como microfisuras que pongan en riesgo la integridad de la turbina. Procesos complejos de maquinado y soldadura intervienen para que las diferentes partes de las turbinas puedan ser ensambladas, evaluadas y luego instaladas en aeronaves civiles y militares.

Los equipos motrices que impulsan a los aviones comerciales de última generación, como el Boeing 777 (con turbinas Pratt & Whitney 4077) y el Airbus A-380 (equipado con motores Trent 900), son capaces de proporcionar potencias de hasta 38,180 kilogramos de empuje, y desarrollar velocidades de 900 kilómetros por hora. Más impresionantes aún son los diseños militares que mueven a cazas como el Sukhoi Su-37 ruso o el F-22 Raptor estadounidense, cuyas plantas motrices tienen una potencia de 16 mil kilogramos de empuje y pueden llevar a estas aeronaves a alcanzar velocidades de hasta 2 mil 500 kilómetros por hora.

A pesar de estos avances tecnológicos, la demanda por aeronaves más capaces y eficientes es una constante. El desarrollo de mejores materiales para la fabricación de componentes de turbinas aeroespaciales se mantiene a la par, y es un proceso complejo: el diseño y fabricación de una aleación con aplicación aeroespacial puede llevar hasta 15 años. Los procedimientos de ensayo y validación de la misma se pueden realizar en un periodo de unos 10 años más, para que luego el material pueda ser considerado por los fabricantes de turbinas en sus diseños. Igualmente, todos los procesos de manufactura involucrados están bajo esquemas de mejora continua.

Todas estas actividades requieren de personal capacitado para realizarlas: ingenieros, científicos, diseñadores

y personal técnico de todo nivel, por lo que la oportunidad de desarrollo profesional en la industria aeroespacial no excluye a nadie.

OTROS MATERIALES AEROESPACIALESNo hay que dejar de señalar que, además de las aleaciones base níquel y base titanio, existen otros materiales aeroespaciales que son utilizados en la fabricación de turbinas y aviones: aceros inoxidables, polímeros, aleaciones de aluminio y materiales compuestos que contrastan con los materiales utilizados hace apenas 100 años en la fabricación de motores y aeronaves. Los nuevos desafíos no son más grandes que los enfrentados por los pioneros de la aviación, lo cual nos hace reflexionar sobre los futuros logros tecnológicos que están por venir.

Anillos con aplicación aeroespacial rolados y maquinados (Cortesía FrisaAerospace).

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disminución del poder nucleante de la fibra, debido al aumento del número de defectos en su superficie.

Además de considerar el método para incrementar la adhesión fibra-matriz, se deberá considerar el proceso de manufactura de dichos materiales. La extrusión y el moldeo podrían traer consigo una alineación de las fibras, debido a esfuerzo de corte prolonga-do en ciertas secciones del producto, lo que provocaría quebraduras lineales, contradiciendo los resultados que inicialmente mostraba excelentes propiedades al hacerlo en pequeños lotes en el laboratorio.

El procesamiento de los materiales termoplásticos y sus compósitos, en muchas ocasiones requiere considerar un gran número de pruebas de ensayo y error (PEE) en los equipos de proceso para poder lograr artículos de buena calidad sin necesariamente llegar al resultado óptimo.

Una forma de disminuir las PEE, y las pérdidas por tiempos muertos y desperdicio de materiales, es a través del uso de modelos constitutivos, acoplados a las ecuaciones de continuidad, relacionadas con el tipo de deformación que el material sufre para ser llevado a su forma final.

Este tipo de enfoque ha demostrado ser de gran valor, pues no sólo disminuye el tiempo de investigación de nuevos materiales en líneas de manufactura ya existentes, sino también permite ahorrar cientos de miles de dólares, pues sólo requieren de unas pocas mediciones viscoelásticas y de pesos moleculares para visualizar el resultado final.

Aplicaciones de este enfoque han permitido hacer predicciones de velocidades máximas de formación de fibras PP (Bonilla y Mier), presiones de empuje en líneas de moldeo por soplado (Bonilla y Aguirre) de polietileno de alta densidad y, más recientemente, la forma de la burbuja en el proceso de película soplada para polietilenos (Bonilla y Cortés).

[1] Y. Lu, P.K. Liaw,. J.O.M. 2001, 53, 31.[2] M.Meyyppan, D. Srivastava, “Carbon Nanotubes”, in Handbook of nanoscience, engineering, and technology, 3rd edition, W. A. Goddard III, D. W. Brenner, S. E. Lyshevski, G. J. Lafrate, Eds., CRC Press, Boca Raton 2003, p. XVIII/1. [3] R.H. Baughman, A. Zakhidov, W. de Heer, Science 2002, 297, 787.[4] R. Baker, K. Terry Synthesis, Properties and applications of graphite nanofibers. R&D Status and trends in nanoparticles, nanostructured materials, and nanodevices in the United States. Baltimore, Maryland, USA: World Technology Evaluation Center (WTEC), 1997.[5] K. Teo, C. Singh, M. Chhowalla, W.I. Milne, Catalytic synthesis of carbon nanotubes and nanofibers, in: Encyclopedia of nanoscience and nanotechnology, volume 1. H.S. Nalwa, Editor in chief, American Scientific Publishers, California 2004, p. 665.[6] E. V. Barrera, J.O.M. 2000, 52, 38.[7] B. S. Files. Processing of carbon nanotubes for revolutionary space applications. AIAA report. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2000. p. 2000-5345.[8] M. F. Yu, B. S. Files, S. Arepalli, R. Ruoff, Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552.[9] K. Lozano, E. V. Barrera, J. Appl. Polym. Sci. 2000, 79,125.[10] H. Ma, J. Zeng, M.L. Realff, S. Kumar, D.A. Schiraldi, Compos. Sci. Technol. 2003, 63,1617.[11] Available from: Applied Science Inc. http://www.apsci.com[12] J. Sandler, M. Shaffer, Y. M. Lam, A. H. Windle, P. Werner, V. Alstädt, J. Nastalczyk, G. Broza, K. Schulte, C.A.Keun, Carbon nanofiber-filled thermoplastic composites. MRS 2001 Fall Meeting, Boston, MA, USA. 2001.[13] Y. Gao, P. He, J. Lian, L.M. Wang, D. Quian, J. Zhao, W. Wang, M.J. Schulz, J. Zhang, X.P. Zhou, D.L. Shi., J. Macrom. Sci. Part B – Physics 2006, 45, 671.[14] A. Kelarakis, K. Yoon, I. Sics, R.H. Somani, X.M. Chen, B.S. Hsiao, B.Chu, Polymer 2005, 46,1159.[15] A. Kelarakis, K. Yoon, I. Sics, R.H. Somani, X.M. Chen, B.S. Hsiao, B.J. Chu, Macrom. Sci. Part B-Physics 2006, 45, 247.[16] K. Wiemann, W. Kaminsky, F.H. Gojny, K. Schulte, Macrom. Chem. Phys. 2005, 206,1472.[17] K. Enomoto, T. Yasuhara, N. Ohtake, New Diamond and Frontier Carbon Technology 2005, 15,59.[18] B. A. Higgins, W. J. Brittain, Eur. Polym. J. 2005, 41, 889.[19] E. Hammel, X. Tang, M. Trampert, T. Schmitt, K. Mauthner, A. Eder, P. Potschke, Carbon 2004, 42,1153.[20] I. C. Finegan, G. G. Tibbetts, D. G. Glasgow, J. M. Ting, M. L. Lake, J. Mater. Sci. 2003,38, 3485.[21] J. Sandler, G. Broza, M. Nolte, K. Schulte, Y.M. Lam, M.S.Shaffer, J. Macrom. Sci. Part B-Physics 2003,42, 479.[22] K. Lozano, S. Yang, R. E.Jones, Carbon 2004, 42, 2329.[23] P. Cortés, K. Lozano, E.V. Barrera, R. J. Bonilla, J. Appl. Polym. Sci. 2003, 89, 2527.[24] W. Brandl, G. Marginean, V. Chirila, W. Warschewski, Carbon 2004, 42, 5.[25] A. Bismarck, M. Pfaffernoschke, J. Springer, E. Schulz, J. Thermopl. Compos. Mat. 2005, 18, 307.[26] Y.K. Choi, K. Sugimoto, S.M. Song, Y. Gotoh, Y. Ohkoshi, M. Endo, Carbon 2005, 43, 2199.[27] R.D. Patton, C.U. Pittman, L. Wang, J.R. Hill, Composites: Part A 1999, 30,1081.[28] l. Valentini, J. Biagiotti, M.A. Lopez-Manchdo, S. Santucci, J. M. Kenny, Polym. Eng. Sci. 2004, 44,303.[29] W. Brockmann, Adhesive bonding of polypropylene, in: Polypropylene: An A-Z Reference, 1st edition, Karger-Kocsis J, Editor, Kluwer Publishers, Dordrecht 1999, p. I/6.[30] Mier, Rodolfo; Tesis de Maestría. ITESM Campus Monterrey, 2003. [31] Juan Aguirre; Tesis de Maestría. ITESM Campus Monterrey, 2000.[32] Leonardo Cortés;Tesis Doctoral: ITESM Campus Monterrey, 2006.

Referencias

Figura 3. Curvas de viscosidad compleja

versus frecuencia, para una serie de PP

sindiotácticos.

Es licenciado en Ciencias Químicas, egresado del ITESM Campus Monterrey; tiene una Maestría en Ingeniería Química por la Rice University; es doctor en Ingeniería Interdisciplinaria en Polímeros por la Texas A&M

University. Fue presidente de la Asociación de Ex Alumnos de los Programas de Química. Pertenece a la Sociedad Química de México, a la Society of Plastic Engineers y a la Society of Rheology.

Jaime Bonilla

inglés: Electric Arc Furnace – Argon-Oxigen Decarburation); también se emplean procesos con hornos de inducción al vacío (VIM: Vacuum Induction Melting). En el caso de las aleaciones base titanio, se recurre al uso de hornos con antorchas de plasma (PAM: Plasma Arc Melting) para obtener lo que se conoce como lingotes de primera fusión.

Con objeto de reducir la presencia de impurezas y segregaciones, los lingotes de primera fusión son luego vueltos a procesar para llevar el metal al estado líquido y solidificarlo de manera controlada en operaciones conocidas como segunda y tercera fusión: re-fusión con electro-escoria

(ESR: Electro-Slag Re-melting) y re-fusión por arco al vacío (VAR: Vacuum Arc Re-melting), obteniendo entonces lingotes de fusión múltiple.

ALEACIONES AEROESPACIALESLos lingotes de fusión múltiple son luego forjados en prensas para refinar aún más su microestructura y eliminar posibles defectos de fundición.

Los lingotes así convertidos en barras deben ser tratados térmicamente antes de ser enviados a las empresas que los utilizarán como materia prima en la elaboración de componentes de turbinas aeroespaciales. Toda esta tecnología hace que el precio de las superaleaciones sea de hasta $64 USD

por kilogramo; considerando que en 2007 las tendencias en los precios de aleaciones de hierro y de aleaciones de aluminio oscilan entre $0.60 USD y $1.20 USD respectivamente.

Es evidente la diferencia en precios con respecto a las aleaciones aeroespaciales. Los requerimientos de los componentes más críticos en las aeronaves modernas hacen de los procesos de forja el principal método de manufactura.

Las partes forjadas deben ser luego tratadas térmicamente, de acuerdo a procesos específicos a cada tipo de aleación, en donde mecanismos microestructurales difusionales (para

Rolado de un anillo con aplicación aeroespacial (Cortesía Frisa Aerospace).

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Referencias

sindiotácticos.

Jaime Bonilla

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El desarrollo de un nuevo fármaco, desde su descu-brimiento o concepción, hasta

su entrada en el mercado, representa un gran esfuerzo en recursos humanos y económicos en un periodo prolongado. Dependiendo de la terapia por desarrollar y de la empresa que lo haga, se estima que se invierten entre 500 y dos mil millones de dólares [1], y ese

camino, cuando el fármaco es una nueva entidad química, se inicia con la síntesis de una cantidad de compuestos potencialmente efectivos, del orden de decenas de millar cuando se utilizan técnicas de química combinatoria.

Cada uno de ellos es sometido a diversas pruebas para discriminar los que no reúnen las características

suficientes para ser considerados en las etapas posteriores de evaluación, hasta llegar al compuesto final, que si bien no es el ideal, puede representar un avance importante en ciertas terapias.

De esta forma, de aproximadamente cinco mil compuestos que entran a pruebas preclínicas, solamente uno es aprobado [2]. ¿Por qué esta

Polímeros y fármacos: una combinación ganadora

Maestro en Ciencias Jesús Ángel Valencia GallegosDepartamento de Química / [email protected]

Hacia la década de 1930, Inglaterra y Alemania lideraban el desarrollo de turbinas para aeronaves. En 1939, la Ernst Heinkel Company desarrolló y construyó el primer jet propulsado por una turbina, conocido como HE-178; el concepto británico ideado por Frank Whittle cristalizó, en 1941, en un jet llamado Gloster E28/39.

Estas primeras turbinas, fabricadas principalmente con aleaciones de hierro, desarrollaban potencias de hasta 500 kilogramos de empuje (unidad de medida de potencia para estos dispositivos) y permitían velocidades que alcanzaban los 870 kilómetros por hora.

Estos desarrollos fueron orientados a aviones militares, como el Messerschmitt Me 262, y la principal limitante de los motores era su vida útil limitada, que alcanzaba un máximo de 25 horas. La principal razón para este pobre desempeño está relacionada con las condiciones de operación a las que son sujetos los materiales con los que se fabrican las turbinas.

En algunos puntos, la temperatura puede ser superior a los mil grados centígrados, y promover reacciones de oxidación y deterioro de las propiedades mecánicas. Por supuesto, las aleaciones utilizadas entonces eran producidas mediante técnicas de metalurgia convencionales, como fusión en presencia de aire, y su metalurgia aún no era comprendida del todo.

Reconstrucción moderna del motor de aluminio y hierro utilizado por loshermanos Wright en el Flyer (Referencia: www.wright-flyer.net).

NUEVAS TÉCNICASDE FABRICACIÓNEn la década de 1940, la industria de la aviación impulsó el desarrollo y la fabricación de aleaciones para turbinas que fuesen capaces de mantener sus propiedades mecánicas y de servicio por decenas de miles de horas. A este respecto, las aleaciones base hierro evolucionaron como aceros inoxidables, mediante la adición de cromo y níquel durante 1950: la aleación A-286, aún utilizada en nuestros días, tiene sus inicios en dicho periodo. Nuevas técnicas de fabricación, como la fusión al vacío, y metalurgia secundaria especializada, permitieron que las aleaciones base cobalto y base níquel sustituyeran casi por completo el uso de hierro en las zonas más críticas de la turbina.

En el periodo 1950 a 1970 era clara la viabilidad de las aleaciones base níquel en la fabricación de los componentes más críticos de las turbinas, y aleaciones con nombres como Alloy X, Waspaloy, Alloy 718, etcétera, aparecieron y se han convertido en materiales amplia-

mente utilizados hasta nuestros días. Por supuesto, modificaciones a estas “superaleaciones” han ocurrido con el objetivo de mejorar sus ya sorprendentes capacidades, y este término ha sido empleado para resaltar estas características respecto de otros materiales metálicos.

Hacia 1960, procesos viables de fa-bricación para aleaciones base titanio permitieron su uso: algunas aleaciones de titanio son tan resistentes como el acero convencional o más, pero 40 por ciento más ligeras. Esta ventaja hizo que aleaciones como el Ti 6-4 o el Ti-6-2-4-2 sustituyeran componentes fabricados con aleaciones base hierro de las zonas frías de las turbinas; la consecuente reducción de peso las hace entonces más eficientes.

LINGOTES DE PRIMERA FUSIÓNLa tecnología de fabricación de las aleaciones base níquel incluye una primera fusión mediante el uso de hornos de arco eléctrico y operaciones con convertidores de decarburación con argón (EAF-AOD, por sus siglas en

Montaje de una turbina Trent 900 (Referencia: www.rolls-royce.com).

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Los materiales aeroespaciales comienzan su aplicación prác-tica desde 1783, cuando los

primeros globos de aire caliente eran fabricados con materiales tan simples como papel o tela. Hacia 1852, Henri Giffard realiza el primer vuelo controlado de un globo o dirigible, utilizando un pequeño propulsor de vapor alimentado con carbón, para cubrir una distancia de 27 kilómetros, a una velocidad de 10 kilómetros por hora.

Hacia 1903, el concepto del aeroplano ya estaba maduro, y el 17 de diciembre de ese mismo año, los hermanos Wright consiguieron

Doctor Octavio Covarrubias AlvaradoSenior Metallurgist Departamento de Investigación y Desarrollo / Frisa [email protected]

llevar al aire el primer artefacto “más pesado que el aire”, propulsado por un rudimentario motor a gasolina. Esta máquina voladora, llamada Flyer, estaba construida con tela, bastidores de madera y cables de acero.

El motor, diseñado y construido por Charlie Taylor, fue hecho con aluminio y hierro a partir de chatarra. Inspirado en los motores para automóvil de la época y con el fin de disminuir el peso del mismo, el diseño era bastante simple; con un peso de 68 kilogramos y una potencia de unos 12 CV; hacía girar dos hélices impulsoras, mediante cadenas similares a las utilizadas

por los hermanos Wright en la fabricación de bicicletas.

EVOLUCIÓN EN LOS DISEÑOS DE MOTORESDesde entonces, los diseños de los mo-tores evolucionaron a fin de satisfacer necesidades de aviones más rápidos y capaces. Estos ingenios, basados en el movimiento de pistones para hacer girar las hélices de los aviones, eran fabricados con aleaciones con-vencionales de hierro, y, en casos ex-cepcionales, aleaciones de aluminio. Estos motores permitieron potencias de hasta 3 mil 500 CV y velocidades de 704 kilómetros por hora, aún vigentes en nuestros días.

PROCESAMIENTO DE ALEACIONES

AEROESPACIALEStasa tan baja de aceptación? ¿Qué posibilidades existen de aprovechar los compuestos que no lograron superar las últimas barreras?

PROBLEMAS ASOCIADOS A LOS FÁRMACOSEn forma general y simplificada, cuando un fármaco es administrado a un paciente, debe llegar al torrente sanguíneo para ser conducido al sitio específico en el cual debe actuar y activar una respuesta beneficiosa para la recuperación y el mantenimiento de la salud.

Los problemas asociados a los fárma-cos y que impiden su aceptación defi-nitiva están relacionados con este modelo de acción, llamado modelo farmacocinético, y son:

La estructura molecular no es la mejor para su conducción y liberación en el sitio de acción.

Sólo una fracción menor de la administra-da alcanza el área objetivo, ya que es metabolizado o eliminado rápidamente.

La mayoría de los fármacos actúan en sitios no deseados, produciendo efectos secundarios, en ocasiones muy severos.

Esto marca una diferencia entre la forma en que un fármaco se adminis-tra y la forma en que es efectivo

(propiedades de transporte e in situ) y origina el concepto de profármaco. Los profármacos son sustancias obtenidas mediante una modificación conveniente de los fármacos origi-nales, y son diseñados para superar problemas farmacéuticos (de acción) y farmacocinéticos (de transporte) asociados con la molécula original, que de otra forma limitan su utilidad clínica.

APLICACIÓN DE LOS POLÍMEROSEn esta área, los polímeros, tanto naturales como sintéticos, han en-contrado gran aplicación y han contribuido al mejor aprovechamiento de moléculas que por si mismas no podrían ser usadas en aplicaciones médicas, sin mencionar el lugar que han ganado por si solos, debido a sus propiedades inherentes en prótesis y suturas, entre otras.

El uso de polímeros en el diseño de profármacos ha aportado beneficios por medio de:

Aumento de la biodisponibilidad y del pasaje a través de varias barreras biológicas.Aumento en la duración de los efectos farmacológicos.Incremento en la liberación en el sitio específico (direccionamiento).Disminución de toxicidad y efectos adversos.

Mejoría de las propiedades organolépticas.Mejoría en la estabilidad y en las propiedades de solubilidad.

Los primeros polímeros fueron seleccionados para sistemas de liberación controlada de fármacos en base a sus propiedades físicas:

Poliuretanos, por su elasticidad.Polisiloxanos o siliconas, por su capacidad aislante.Polimetacrilato de metilo, por su transparencia y resistencia mecánica.Polialcohol vinílico, por su afinidad al agua y resistencia.Polietileno, por su tenacidad y ausencia de hinchamiento.Polivinilpirrolidona, por su capacidad de suspensión.

Más recientemente han surgido polímeros específicos para el área médica, los cuales son biodegradables, y sus productos de degradación son de baja toxicidad:Polilactidas (PLA)Poliglicolidos (PGA)Poli (lactidas-co-glicolidos) (PLGA)PolianhídridosPoliortoésteres

Éstos pueden ser usados como parte de una mezcla física del fármaco con el polímero, y mediante mecanismos de difusión, degradación o hincha-

Micropartículas biodegradables de poliortoéster a las 9 y 16 semanas de implantación en conejos.

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Jesús Ángel Valencia GallegosEs licenciado en Química Industrial y maestro en Ciencias con especialidad en Química Orgánica (UANL);

candidato a doctor en Ciencias de la Ingeniería, con especialidad en Biotecnología (ITESM), y coordinador del Certificado de Tecnologías de Plásticos y Resinas del ITESM.

Adams CP, Brantner VV, Estimating the cost of new drug development: is it really 802 million dollars? Health Aff (Millwood). 2006 Mar-Abr; 25(2):420-8.http://www.allp.com/drug_dev.htm, consultado el 6 de agosto de 2007.Duncan, R. The dawning era of polymer therapeutics. Nat. Rev. Drug Discovery. 2003, 2, 347-360.Khole P; Khandare J; Pillai O; Kannan S; Lieh-Lai M; Kannan RM; Preparation, cellular transport, and activity of polyamidoamine-based dendritic nanodevices with a high drug payload. Biomaterials, 27(4), 660-669, 2006.Thomas, T.P.; Majaros, I.J.; Kotlyar, A.; Kukowska-Latallo, J.F.; Bielinska, A.; Myc, A.; Baker, J.R., Targeting and Inhibition of Cell Growth by an Engineered Dendritic Nanodeive, J. Med. Chem. 2005, 48, 3729-3735.Dufés, C.; Uchegbu, I. F.; Scätzlein, A. G.; Dendrimers in Gene delivery. Advanced Drug Delivery, 2005, 57, 2177-2202.

Referencias

miento de la matriz polimérica, el fármaco es liberado de manera contro-lada en el sitio donde se instale esta combinación.

Sin embargo, la aplicación más avanzada de los polímeros en el área es en la forma de conjugados, en los cuales el fármaco, o una combinación de varios, se une químicamente a la estructura del polímero [3]. Khole y colaboradores [4] reportan un nanodispositivo polimérico altamente cargado mediante la unión química de moléculas de ibuprofeno. Se lograron unir 58 moléculas del fármaco. Este conjugado se marcó con una etiqueta fluorescente y se realizaron estudios in Vitro.

Comparando los resultados contra los del fármaco puro, se encontró una supresión de prostaglandina en 30 minutos, contra una hora del fármaco puro. Adicionalmente, se pueden anexar moléculas que permitan el reconocimiento por un tipo particular de células, logrando así una alta especificidad, como es el caso del uso del ácido fólico, cuyo receptor celular específico es sobreexpresado en células de ciertos tipos de cánceres, como el de próstata y mama; adicionalmente, es posible unir en el mismo conjugado moléculas

Representación artística de la acción de un conjugado polimérico en la superficie de una célula. Se muestra la entrada del conjugado (endocitosis) al interior de la célula.

con características especiales, como la fluorescencia, que permiten darle un seguimiento al conjugado mediante técnicas ópticas de análisis, e investigar de qué manera se absorbe, distribuye y elimina en un organismo y con qué velocidad lo hace [5]. Estas aplicaciones se han extendido hasta el uso de polímeros para la entrega de material genético [6] y actualmente es posible encontrar estas aplicaciones a nivel comercial.

El refinamiento en las técnicas de síntesis de polímeros y el mayor conocimiento de los mecanismos moleculares a nivel celular implicados en el desarrollo de las patologías, permitirá que esta área continúe aportando innovaciones importantes para su tratamiento efectivo.

Las propiedades de los cerámicos dependen no únicamente de su composición química, sino también de su estructura cristalina y su micro estructura. Dos desarrollos del siglo XX que han mejorado el análisis estructural de cerámicos son los rayos X y el desarrollo de materiales y diagramas de fase para ceramistas. Los utensilios de cocina cerámica-vidrio son muy conocidos y los elementos térmicos de los hornos eléctricos requieren de una capa aislante de cerámico para operar.

En la defensa, los cerámicos piezoeléc-tricos tienen muchas aplicaciones, pero sus desarrollos han sido orientados especialmente por la necesidad de mejorar la detección del submarino ultrasónico, utilizando para esto transductores piezoeléctricos operan-do en el rango de Khz.

APLICACIONES BIOMÉDICASUn área de crecimiento nueva para los cerámicos son las aplicaciones biomédicas. Mientras las prótesis dentales cerámicas han sido comunes por décadas, en los años más recientes el reemplazo de huesos y articulaciones por piezas cerámicas ha probado su valor de dureza y resistencia a las sustancias corrosivas del cuerpo humano.

La introducción de los Estados Unidos al Programa del Trasbordador Espacial viró la atención hacia los cerámicos, usados como recubrimientos para proteger vehículos del calor generado (>1400ºC) por el retorno de la nave a la Tierra. Los cerámicos han sido un éxito desde los años 80, con aplicaciones de alta tecnología como son los cables de fibra óptica y las mencionadas cubiertas cerámicas para proteger del calor a los transbordadores espaciales.

Los refractarios para la fabricación de acero y aluminio han avanzado continuamente, pero al menos dos grandes innovaciones pueden ser reconocidas. Éstos son los refractarios colados y los refractarios magnesia-carbono para los hornos básicos de oxígeno (BOF) y los hornos de arco eléctrico de ultra alta potencia. Otro gran avance en tecnología

de refractarios fue el boom de los productos de magnesia-espinel (MgO-MgAl

2O4), los cuales vinieron a sustituir los productos con alto contenido de cromo en los hornos rotatorios para la creciente industria del cemento, marcando así la segunda generación de refractarios en este tipo de aplica-

Doctor Guadalupe AlanCastillo Rodríguez

Originario de Ciudad Victoria, Tamaulipas, se graduó como ingeniero mecánico electricista en la UANL. En 1992 obtuvo su Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica en la misma Universidad, y en 1996

obtuvo su segunda Maestría en Ingeniería de Materiales por la TU Clausthal, en Alemania; en 1997 obtuvo su Doctorado en Ingeniería de Materiales. De 1992 a 1999 trabajó para el Grupo Industrial Peñoles

y desde 1999 es Profesor para Ingeniería de Materiales en la UANL. Actualmente es Subdirector del Posgrado de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL.

ciones. Una tercera generación se vislumbra con el desarrollo de nuevos productos basados en magnesia, circonato de calcio y espinel sintético, obtenidos mediante electrofusión, con materias primas de alta pureza.

En este sentido, el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CIDET) de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), en colaboración con RHI Refractories, recientemente desarrollaron la tecnología para producir una tercera generación de refractarios libres de cromo, basada en magnesia y circonato de calcio con adiciones de Hercynita.

SENSORES CERÁMICOSAdemás, un amplio y creciente rango de sensores cerámicos son empleados, cada vez más frecuentemente, en aplicaciones para defensa, automóvi-les, electrónica y comunicación óptica. Por otra parte, la posibilidad de hacer crecer grandes monocristales, tales como el rubí y los zafiros sintéticos, han ampliado el campo de aplicación de los cerámicos hacia áreas como la relojería y la joyería. Grandes monocristales son también usados en aplicaciones láseres.

Aun cuando sea esto un breve vistazo de las innovaciones en cerámicos en el siglo XX, nos recuerda que las aplicaciones conocidas para cerámicos de hoy en día son apenas el inicio de la fase siguiente, en una expansión continua de descubrimiento científico y aplicación tecnológica hacia el tercer milenio.

Los cerámicos de alta tecnología se están aplicando por la industria Aeroespacial y de Defensa.

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INDUSTRIA ELECTRÓNICACircuito integradoEl circuito integrado está formado por una base de materiales cerámicos donde se montan IC chips.

El material tradicional de las bases de éstos es Al

2O3 de 99.9 por ciento de pureza. Hay casos donde se usa óxido de berilio (BeO).

Como sabemos que el IC es cada día más rápido y pequeño, se empezaron a usar materiales nuevos, como cordiarita y mullita.

Industrias 1985 1990 2000 2005

Automotriz53 634 5700 6100

Electrónica 1708 3740 11360 12000

Herramientas para cortar

14 92 500 530

Bio-cerámica 10 2030 2150

Aeronaves 20 30 65 70

Total 1875 4732 18818 20850

Doctor Tushar Kanti Das Roy Profesor Investigador del Programa de Posgrado de FIME / [email protected]

Estos productos pueden resistir tensiones de alta velocidad y calor.

CapacitoresLos capacitores son componentes pasivos para almacenar energía eléctrica, y bloquear y controlar el flujo de alterna. Este material está hecho de titanato de bario o de estroncio combinado de una película de paladio, plata o cobre.

FerritasLas ferritas son materiales cerámicos con características magnéticas.

Las ferritas hexagonales son ferritas de bario y estroncio. Éstas son magnéticas permanentes; otras ferritas (suaves) son de materiales de manganeso-zinc y níquel-zinc. Las ferritas tienen las siguientes aplicaciones: Transformadores, bo-cinas, televisores, etcétera.

Piezo-EléctricoEs un aparato de acústica, el cual, mediante una compresión, convierte energía mecánica a eléctrica, o, cuando se aplica energía eléctrica, la convierte a energía mecánica.

CERÁMICA DE ALTA TECNOLOGÍA

Se pronostica que en el año 2008 el total del mercado de cerámica de alta tecnología será de 24 mil millones de dólares.

La cerámica de alta tecnología es un objeto de antes del mundo moderno. En el tiempo antiguo, se

usaban piedras cortantes para facilitar la existencia del hombre; después llegaron el acero y otros metales.

En el año 1960 se empezó a usar plástico de manera abundante. En la siguiente etapa resurgió la industria de la cerámica de alta tecnología dentro de los “materiales de ingeniería”.

El mercado del mundo de la cerámica de alta tecnología es: (en millones de dólares).

sinterización y fluencia (creep). La ciencia de defectos puntuales tiene también una gran importancia en el entendimiento de propiedades electrónicas de muchos cerámicos aislantes y semiconductores.

Los requerimientos de la industria automotriz de aceros de alta resistencia, libres de inclusiones refractarias, han orientado hacia la producción de refractarios de la mayor calidad en contacto con el líquido. Los recubrimientos tradicionales de arcilla quemada han sido remplazados por la alta alúmina, el carburo de silicio y el carbón en hornos industriales de alta temperatura. La sílice o la alta alúmina son ahora usadas en los altos hornos.

HORNOS DE ULTRA POTENCIALa fabricación de acero ahora se lleva a cabo, en su mayor parte, en hornos básicos de oxigeno (BOF) y en hornos de arco eléctrico de ultra alta potencia. La magnesia, combinada con grafito o carbono, es usada como recubrimiento refractario. La resistencia de este recubrimiento, en combinación con nuevas técnicas de conservación ca-liente del recubrimiento, ha extendido la vida de los hornos tanto como 10,000 coladas en BOF.

Otra innovación con gran aplicación y todavía en desarrollo es la del formado de hojas de cerámica mediante el proceso de colado en cinta (tape casting). Cortando y colando se producen ensambles multicapas que pueden ser metalizados para hacer capacitores multicapas o interconectados en tres dimensiones para formar chips electrónicos.

Actualmente, un nitruro de alúmina recubierto con sílice, el cual es conductor térmico en mucho mayor medida que los compuestos moldeados estándar, es aprovechado para una gran gama de tipos de microchip. Sus precursores estuvieron en desarrollo durante los años treinta, cuando los ceramistas iniciaron sus trabajos partiendo de silicatos naturales hasta llegar a los polvos sintéticos que más tarde serían requeridos por la cerámica de alta tecnología. En la segunda mitad del siglo XX, los ceramistas trabajaron cada vez menos con arcillas simples y se produjeron avances y mejorías en lo que respecta a los aspectos de pureza y al conocimiento de varios materiales cerámicos sinterizados, como el

Micro estructura de un refractario basado en circonato de calcio (CaZrO3) electro fundido con precipitación eutéctica de magnesia (MgO).

En contraste con los metales, los cerámicos cristalinos son fabricados más comúnmente por consolidación de polvo s (sinterización). El proceso de fusión es también usado para vidrios, vidrio-cerámicos, monocristales y una pequeña cantidad de los así llamados refractarios fundidos colados.

carburo de silicio, el nitruro de silicio, el boruro de titanio y muchos otros.

INNOVACIONES EN EL RECUBRIMIENTO CERÁMICOLos progresos en la tecnología de cerámicos en el último siglo tienen una enorme variedad de aplicaciones. Por ejemplo en los automóviles, aunque son comúnmente olvidados, los artículos cerámicos pueden ser encontrados en muchos de los dispositivos y sistemas de hoy en día, tales como motores de cerámica. Desde las primeras innovaciones, tales como los tapones inyectores y las ventanas de vidrio, hasta los censores modernos que controlan la ignición. Los recubrimientos de cerámicos son usados para una gran variedad de propósitos, incluyendo resistencia al desgaste, resistencia a la erosión, protección térmica, control de propiedades ópticas y aislante eléctrico. Las importantes innovaciones en esta área incluyen el recubrimiento cerámico por rociado de flama, el recubrimiento de control térmico, etcétera.

Perfil de temperaturas en el contorno de la superficie del trasbordador espacial durante su lanzamiento y su reingreso a la atmósfera

terrestre.

Acoplamiento del sistema

de plaquetas cerámicas a la estructura de aluminio del

trasbordador espacial.

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Industrias 1985 1990 2000 2005

Automotriz53 634 5700 6100

Electrónica 1708 3740 11360 12000

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Total 1875 4732 18818 20850

terrestre.

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Tushar Kanti Das Roy Trabajó en la industria de Alemania, Grecia, y en 1981 se integró al grupo Peñoles, en México. Desde 1997 y

hasta la fecha, es profesor investigador del Programa de Posgrado en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, de la Universidad Autónoma de Nuevo León.

Sus principales aplicaciones son: acelerómetros, sensores de presión, ultrasonido, transductores etcétera.

SensoresLos sensores de cerámica son materiales semiconductores, los cuales transmiten corriente eléctrica bajo condiciones específicas, en general con presencia de un gas. Su uso principal es en monitoreo de ambiente, control de ambiente, manejo de energía, monitoreo de gas combustible y tóxico, etcétera.

MOTORES DE CERÁMICAEn Japón se han diseñado motores de cerámica, los cuales están trabajando satisfactoriamente. Los productos cerámicos están siendo considerados, porque el motor puede trabajar a mayor temperatura, con mayor eficiencia y con menor consumo de combustible. Los principales materiales desarrollados para motores de cerámica son: nitrato de silicio (Si

3N4), óxido de yatrium (Y2O3), óxido de zirconia (Zr2O3). El nitrato de silicio es muy importante para la aplicación en rotores de turbina, generador de gas, válvulas, componentes del pistón, cojinetes y acoplamiento de inyector de combustible.

Fibra de cerámica con método del Sol-Gel

Con el proceso de Sol-Gel se puede producir fibra cerámica que no contiene fase de vidrio; normalmente son productos de SiC, Al

2O3, Al2O3-

Zr2O3, Al2O3-B2O-SiO2, ZrO2-SiO2. Estos productos se usan para abrasivos de alta calidad, fibra óptica, etcétera.

BIO-CERÁMICALa bio-cerámica se ha desarrollado muy rápidamente por los resultados que ha tenido en los últimos años. La comunidad de médicos-científicos usa la palabra bio-cerámica en los productos de cerámica usados en el cuerpo humano. Los bio-cerámicos pueden clasificarse en tres grupos:

Casi inerteSuperficie bio-activa Reabsorbibles

Los bio-cerámicos de mayor uso son: alúmina, zirconia, hidroxyapatita y compuestos. Sus principales aplicaciones son en válvulas de corazón artificial, prótesis articulares de cadera y rodilla, sustitución de tejido, tendones artificiales etcétera.

CERÁMICAS SUPERPLÁSTICAS Se trata de una cerámica de zirconia parcialmente estabilizada (PSZ). El material, después de la deformación, tiene una dureza similar a la del diamante. Su uso será en componentes de motores de explosión y equipa-miento de reactores nucleares. Como hemos visto, la cerámica de alta tecnología tiene una perspectiva muy buena. Muchos países, como Estados Unidos, Japón y Alemania, entre otros, han invertido, y continúan invirtiendo en este rubro millones de dólares en la investigación de cerámicos de alta tecnología.

Un toroide hecho con ferrita bobinado para uso. Los avances tecnológicos son

controladores clave de la eco-nomía mundial altamente com-

petitiva de hoy en día. Los materiales contribuyen en dos terceras partes de las innovaciones tecnológicas actua-les, y en especial los cerámicos juegan muchos aspectos importantes en la tecnología moderna.

Necesidades y oportunidades para cerámicos en el futuro son particu-larmente evidentes en áreas tales como computación, comunicaciones, aplicaciones militares, medicina, disminución de la contaminación y transporte. Un vistazo a las tendencias de la tecnología en general y al desarro-llo asociado con la tecnología cerámica, proporciona una prospectiva para adquirir una visión acerca del futuro.

Entre la gran cantidad de avances que en el siglo XX estimularon el progreso de los cerámicos están el desarrollo general de la ciencia y la tecnología, el incremento de nuevas industrias, los adelantos en tecnología militar, y concerniente a la salud, la seguridad y el ambiente.

Es útil reflexionar sobre los avances de los cerámicos durante los siglos XIX y XX en términos de tres grandes aspectos. Primero, el incremento de tecnologías nuevas en el campo de los cerámicos, conocidos como ma-

teriales con propiedades diferentes y mejoradas; lo que, a su vez, estimuló el desarrollo de nuevos cerámicos para algunas necesidades específicas. Segundo, los avances en las técnicas para la caracterización de materiales, lo que propicio la aparición de cerámicos totalmente nuevos, así como la introducción de mejoras en las propiedades de cerámicos ya existentes. Tercero, los avances en ingeniería eléctrica y mecánica han sido aplicados a los procesos existentes de producción de cerámicos. La innovación frecuente-mente involucra una combinación de estos tres efectos.

DESARROLLO CIENTÍFICO Y TECNOLÓGICOLos avances en la ciencia y la tecnología fuera del campo de los cerámicos ha

tenido un gran efecto sobre éstos en los últimos cien años. Además, el cambio de siglo y de milenio señala el paso para un periodo de crecimiento sin precedentes del desarrollo científico y tecnológico.

Un desarrollo de gran importancia para la cerámica tradicional y de alta tecnología en la última mitad del siglo XX es la solución del equilibrio de fases cerámicas, así como el desarrollo de minerales sintéticos fundidos, y fundidos y colados, usando un arco eléctrico. De igual importancia es la compilación, cada vez más sistemáti-ca, de datos y el uso de esta información en el descubrimiento y procesamien-to de cerámicos mejorados. La fusión completa es importante en la preparación de vidrio y el crecimiento de monocristales (single crystals) desde el líquido. La fusión parcial es usada en la sinterización de fase líquida de cerámicos. La fusión debe ser evitada o al menos limitada en el uso de refractarios para la fabricación de acero, aluminio, vidrio, cemento y otras aplicaciones a alta temperatura.

El desarrollo de la química, la termodinámica y la cinética de defectos puntuales en materiales cristalinos en los últimos 50 años es otro gran avance con muchas implicaciones. Esta ciencia fundamenta el entendimien-to del transporte de materia de

Prospectiva tecnológica de los materiales cerámicos para el Tercer Milenio

Doctor Guadalupe Alan Castillo RodríguezSubdirector del Posgrado en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica / [email protected]

Solidificación de cerámicos para obtención de “single crystals” mediante arco eléctrico.

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