MATERIALES COMPUESTOS
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MATERIALES COMPUESTOS
MATERIALES COMPUESTOSSon aquellos que se componen de uniones de metales, cerámicosy polímeros.
La combinación adecuada de estos componentes origina unosmateriales con mejores propiedades que las partes que loscomponen por separado.Presentan varias fases químicamente distintas, completamenteinsolubles entre sí y separadas por una interfase.
COMPOSITE FASE
DISPERSA
MATRIZ
Adobe Paja Barro
Madera Fibras celulosa Lignina
Hueso Fibras de
colágeno
Apatito
Acero perlítico Ferrita Cementita
Hormigón
armado
Armadura de
acero
Hormigón
Un material compuesto presenta 2 elementosprincipales: fibra y matriz.
Además de fibra y matriz existen otros tipos de componentescomo cargas y adictivos que dotan a los materiales compuestosde características peculiares para cada tipo de fabricación yaplicación.
FIBRASLa fibra es el componente de refuerzo del material compuesto.Aporta: Resistencia mecánica rigidez durezaEs el determinante para obtener las principales propiedades mecánicas.Las características mas sobresalientes de las fibras de los materiales compuestosson su resistencia a la tracción especifica y su elevado modulo especifico.
Fibras de carbono Fibras orgánicas
Fibra de vidrio Fibra de boro
Fibra de carburo de silicio Fibra de cuarzo
Fibras metálicas Otras fibras cerámicas
FIBRA DE CARBONO
La fibra de carbono es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5–10 μm de diámetro ycompuesto principalmente por carbono. Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles defibras de carbono. Se trata de una fibra sintética porque se fabrica a partir del poliacrilonitrilo.
La principal aplicación es la fabricación de materiales compuestos, en la
mayoría de los casos —aproximadamente un 75%— con polímerostermoestables. El polímero es habitualmente resina epoxi, de tipotermoestable aunque también puede asociarse a otros polímeros, como elpoliéster o el viniléster.
APLICACIONES
• Medios de transporte
• Construcciones
• Material deportivo
• La fibra de carbono (FC) se desarrolló inicialmente para la industria espacial, pero ahora, al bajar de precio, se ha extendido a otros campos: la industria del transporte, aeronáutica, al deporte de alta competición y, últimamente encontramos la FC hasta en carteras de bolsillo y relojes.
KEVLAR
El Kevlar o poliparafenileno tereftalamida es unapoliamida.
Esencialmente hay dos tipos de fibras de Kevlar:Kevlar 29 y Kevlar 49.
El Kevlar 29 es la fibra tal y como se obtiene de sufabricación. Se usa típicamente como refuerzo entiras por sus buenas propiedades mecánicas, opara tejidos. Entre sus aplicaciones está lafabricación de cables, ropa resistente (deprotección) o chalecos antibalas
El Kevlar 49 se emplea cuando las fibras se van aembeber en una resina para formar un materialcompuesto. Las fibras de Kevlar 49 están tratadassuperficialmente para favorecer la unión con laresina. El Kevlar 49 se emplea como equipamientopara deportes extremos, para altavoces y para laindustria aeronáutica, aviones y satélites decomunicaciones y cascos para motos.
Kevlar 29 Kevlar 49
MATRIZ
Es el volumen donde se encuentra alojado lafibra, se puede distinguir a simple vista por sercontinuo. Los refuerzos deben estarfuertemente unidos a la matriz, de forma quesu resistencia y rigidez sea transmitido almaterial compuesto.
Matrices orgánicas
Matrices inorgánicas
Metalocerámicos es un grupo de materialescompuestos por una mezcla íntima decomponentes cerámicos y metálicos.
Metal + Cerámicos = Compuestos de matrizmetálica (CMM) o
matriz cerámica (CERMET).
la matriz.
•
Las propiedades mecánicas que exhiben los CMM son consideradas superiores con respecto a los materiales que los componen de manera individual. Dicho aumento en propiedades, depende de la morfología, la fracción en volumen, el tamaño y la distribución del refuerzo en la aleación base. Además dichos factores controlan la plasticidad y los esfuerzos térmicos residuales de la matriz.
Cermet es aplicable en todo tipo de industria y es utilizado cada vez con más frecuencia en las actividades vinculadas con el gas, el petróleo, la minería, la pulpa de papel, la industria química y petroquímica y cualquier otra situación en la cual las piezas estén sometidas a ataques o desgastes.Los siguientes son algunos ejemplos de aplicaciones:
•-En resistencias (especialmente potenciómetros), condensadores debido a que soportan altas temperaturas.•-En los tubos de vacío ya que son clave para los sistemas de agua caliente.•-En los sellos mecánicos para aislar las secciones eléctricas de los generadores de turbinas impulsadas diseñadas para operar en metal líquido vapores corrosivos. •-En biocerámica ya que funcionan bien dentro del cuerpo humano, y funcionan dentro de éste sin cambios.•- Asientos de válvulas, Bombas (tanto en cuerpos como especialmente en rotores), Ciclones (principalmente en sus bocas)-Intercambiadores de calor (en la entrada y salida, tubos, etc.)•- Partes de turbinas•- Toberas, Engranajes, Inyectores•- Soportes de hornos•- Asientos de válvulas en motores a explosión.• -En odontología para implante y prótesis.•-En transporte para materiales de fricción como frenos y embragues.•-En mecanizado de herramientas de corte.
Los ingredientes se deben añadir en proporcionescorrectas, la deficiencia de agua se traduce en una uniónincompleta y el exceso favorece la porosidad, en amboscasos la resistencia es menor que la optima.
MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS: HORMIGÓN
HORMIGÓN PORTLAND
Fino (arena) Grueso (grava)
Agua Cemento portland
HORMIGÓN
- En construcción se puede introducir en el encofrado y se endurece a temperatura ambiente.
- Su resistencia aumenta mediante el reforzado con acero →
hormigón armado.
- Es un material idóneo para en construcción, por ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso mantenimiento.
Aplicaciones materiales compuestos
• Kevlar 49; poliamida con matriz deresina. (Chalecosantibalas, material deportivo)
• Fibra de carbono: 3 veces más resistente que el aceroy más ligera. No se oxida. (aeronáutica,automoción,material deportivo)
• Fibra de vidrio: Propiedades similares a la fibra decarbono pero menos resistente. (cables de fibraóptica para telecomunicaciones. Automoción ymaterial deportivo).
