1-1
¿Qué es la ciencia e ingeniería de materiales?
Desempeño Costo
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¿Cuál es la capacidad de conducción de corriente? ¿Cuál es el costo de enfriamiento y fabricación?
A: Composición YBa2Cu3O7-X TIBa2Ca3Cu4O11 Bi2Sr2Ca2Cu3O10
C: Síntesis y procesamiento ¿Cómo pueden prepararse polvos puros, homogéneos, finos, de estequiometría bien definida? ¿Cómo se fabrican grandes longitudes de alambre? B: Microestructura ¿Qué características de la estructura limitan la capacidad de conducción de corriente? ¿Cuál es la textura del material? Figura 1-1 Aplicación del tetraedro de la ciencia e ingeniería de materiales a los superconductores cerámicos. Observe que la microestructura-síntesis y el procesamiento-composición están interconectadas y afectan la razón desempeño-costo.
Se pone en perspectiva el tetraedro de la ciencia e ingeniería de materiales examinando un producto de muestra de superconductores cerámicos inventada en 1986 (figura 1-1). Puede saber que los materiales cerámicos por lo regular no conducen electricidad. Los científicos encontraron, por accidente, que ciertos compuestos cerámicos basados en óxidos de itrio, bario y cobre (conocidos como OIBC) pueden en realidad conducir corriente eléctrica sin ninguna resistencia bajo ciertas condiciones. Con base en lo que se conocía entonces acerca de los superconductores metálicos y las propiedades eléctricas de las cerámicas, el comportamiento superconductor en las cerámicas no se consideraba como una gran posibilidad. Por tanto, la primera etapa en este caso fue el descubrimiento del comportamiento superconductor en materiales cerámicos. Estos materiales fueron descubiertos a través de investigación experimental. Una limitación de estos materiales es que sólo pueden superconducir a bajas temperaturas (<150 K). La siguiente etapa fue determinar cómo hacer mejores estos materiales. Por “mejor” se refiere a: ¿cómo puede mantenerse el comportamiento superconductor en estos materiales a temperaturas más altas, o cómo puede transportarse una gran cantidad de corriente por una distancia larga? Esto involucra el procesamiento de materiales y estudios cuidadosos de estructura-propiedad. Los científicos de materiales deseaban conocer cómo la composición y la microestructura afectan el comportamiento superconductor. También querían conocer si