Materiales de estado solidó se clasifican naturalmente en: conductor, aislantes o semiconductor. La selección de conductores se determina con frecuencia por su formabilidad y costo tanto como por sus valores de conductividad específicos. La selección de un aislante también puede estar denominada por estos mismos factores. Un substrato de cerámica puede estar limitado por su habilidad para adherirse a un conductor metálico, o un aislante polimérico para un alambre conductor puede ser escogido por su bajo costo. En algunos casos, nuevos conceptos de diseño de ingeniería pueden hacer posible la selección de materiales radicalmente nuevos
Las aleaciones de hierro-silicio reemplazaron en gran parte a los aceros simples al carbono como materiales magnéticos blandos debido a los reducidos efectos de calentamiento de joule. Se desarrollaron barias aleaciones con grandes lazos de histéresis como materiales magnéticos duros. La alta resistividad de las cerámicas hace que materiales tales como las ferritas sean las opciones apropiadas para las aplicaciones de alta frecuencia. Los recientes desarrollos en el campo de los materiales magnéticos superconductores prometen proporcionar importantes opciones nuevas para aplicaciones en diseño de ingeniería.
Proceso de selección de materiales magnéticos y electrónicos, viendo algunos casos representativos.
a) SUSTITUCION DE CABLE DE COBRE POR FIBRA DE VIDRIO
Una gran revolución ha ocurrido en este campo con la transición de los cables metálicos a las fibras de vidrio ópticas. Hacia mediados de los años 80, ya se habían desarrollado las fibras de silicio con pérdidas tan bajas como 0.2 dB/km a 1.6um (en el espectro infrarrojo). Como resultado, las conversaciones telefónicas y cualquier otra forma de “datos” digitales pudieron ser transmitidas como pulsos de luz láser en lugar de las señales eléctricas empleadas en los cables de cobre. La reducción de tamaño y costos, combinada en la enorme capacidad para la transmisión de datos. Han llevado a un rápido crecimiento en la construcción de sistemas de comunicaciones ópticas.
REMPLASO DE UN POLIMERO TERMOENDURECIDO CON UNO TERMOPLASTICO
En una escala aun más sutil, en algunos casos del diseñador deben considerar la competencia dentro de una determinada categoría de materiales. Aunque el surgimiento de los polímeros de ingeniería a sido descrito principalmente como un desafió para los metales estructurales tradicionales, uno de los dieléctricos “tradicionales” predominantes es el grupo de los fenoles termoenduracidos, como el fenol-formaldehído (ver tabla 9.4-1). Desde la introducción de estos fenoles en 1905, se han convertido en el material de rutina para cajas, bloques de terminales, conectores y los miles de partes dieléctricas requeridas por la industria electrónica. Recientemente se han desarrollado ciertos termoplásticos con propiedades lo suficiente competitivas para darle al diseñador una opción. En la figura 15.4-2 se ilustra una aplicación del tereftalato de polietileno (PET), un termoplástico de poliéster . Esta bobina tradicionalmente se había fabricado con un fenol termoenduresido. El termoplástico de poliéster proporciona propiedades comparables a las de termoenduresido (resistencia al arqueo por alto voltaje y a la ignición por calentamiento del alambre, capacidad para aguantar el calentamiento por soldadura y resistencia para aguantar el enrollamiento del alambre del devanado). En este caso la preferencia por el termoplástico es principalmente económica. Aunque el fenol tiene un precio unitario inferior al del poliéster, este permite ahorros substanciales en los costos de fabricación debido a la mayoría flexibilidad del procesamiento de los termoplásticos
USO DE UN METAL AMORFO PARA EL NUCLEO DE UN TRANSFOTMADOR
La sección anterior se concentro en la selección de un material para el apoyo dieléctrico sobre el cual un alambre de metal pudiese ser enrollado para producir un transformador. El desarrollo de los metales amorfos en las décadas resientes ha proporcionado una atractiva opción para el material del núcleo de los transformadores. Una clave de la competitividad de los metales amorfos es la ausencia de las fronteras de grano que permite un movimiento más fácil de las paredes de los dominios. La alta resistividad (la cual amortigua las corrientes parasitas) y la ausencia de la anisotropía de los cristales también contribuyen a la movilidad de las paredes de los dominios. Los “vidrios” ferrosos se cuentan entre los materiales ferromagnéticos de mas fácil magnetización. Conforme se reduzcan los costos de manufactura de los listones y alambres amorfos, la conservación de energía debido a las bajas perdidas en el núcleo deberá llevar aplicaciones aun más amplias. Como ejemplo, un transformador comercial de 100-Kw. ha sido desarrollado en Japón usando un núcleo de metal amorfo. El transformador es utilizado en el sistema de fuente de potencia de una maquina de soldar de alta velocidad.
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