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Los materiales compuestos son la combinación de dos o más componentes cuyo objetivo es obtener propiedades de los materiales que sean superiores a las que posee cada constituyente por sí solo.
Se pueden elegir estos constituyentes para formar compuestos y obtener propiedades como rigidez, resistencia, mejorar cuestiones de peso, capacidad de resistencia a las altas temperaturas, obtener una buena resistencia a la corrosión, mejorar la dureza o conductividad eléctrica o térmica, entre otras propiedades.
¿Qué Son Los Materiales Compuestos?
Los materiales compuestos son aquellos materiales que se encuentran mezclados por dos o más componentes que pueden ser micro o macro constituyentes. Estos componentes poseen forma y composición diferente y sobre todo son insolubles entre sí mismos.
Tanto las propiedades, las fracciones volumétricas y la conectividad entre las fases son importantes en los materiales compuestos.
En los compuestos, existe una fase matriz, y a ella se le conoce como la fase continua, y a la otra fase se le conoce como fase dispersa. Y la forma en la que están unidas estas fases se le conoce como conectividad entre fases.
Clasificación De Los Materiales Compuestos
Los materiales compuestos se pueden agrupar en 3 categorías. Esto va a depender de la forma o la naturaleza de la fase dispersa. Es decir, los compuestos pueden estar reforzados por partículas, con fibras o en forma laminar. Otra forma de clasificar a los materiales compuestos es en base su fuente de origen, como los compuestos tradicionales (formados en la naturaleza) y compuestos sintéticos.
- Materiales Compuestos Con Partículas
- Materiales Compuestos Con Fibras
- Materiales Compuestos Laminares
Otra forma de clasificar a los materiales compuestos se puede hacer teniendo en cuenta la matriz. Es decir, pueden ser materiales compuestos de matriz metálica, compuestos de matriz cerámica y compuestos de matriz polimérica.
Los compuestos de matriz metálica incluyen mezclas de cerámicas y metales, tales como los carburos cementados y aluminio o magnesio reforzados por fibras fuertes de alta rigidez.
Los compuestos de matriz cerámica son menos comunes. El oxido de aluminio y el carburo de silicio son los materiales que es posible incrustar con fibras para mejorar sus propiedades, en especial en aplicaciones de temperatura alta.
Materiales compuestos de matriz polimérica, en este grupo vamos a encontrar a las resinas termofijas como el PMC. En este tipo de compuestos se refuerzan con polvos.
Materiales Compuestos Endurecidos Por Dispersión
Consisten en materiales nanocompuestos endurecidos por dispersión, las cuales contienen partículas entre 10 a 250 nm de diámetro, los cuales son conocidos como dispersoides. Estos materiales también son clasificados como compuestos particulados.
Las partículas se introducen en la matriz para endurecer el material. Cuando estas pequeñas partículas se introducen en el material bloquean el movimiento de las dislocaciones, eso causa un efecto de endurecimiento.
Propiedades De Los Materiales Endurecidos Por Dispersión
- A temperatura ambiente, son más débiles que las aleaciones de endurecimiento por envejecimiento.
- Su resistencia disminuye de forma gradual conforme aumenta la temperatura.
- Tienen una resistencia a la termofluencia que es superior tanto a los metales como a las aleaciones.
- Aplicaciones de algunos compuestos endurecidos por dispersión.
- Se usan en contactos eléctricos
- Tienen aplicaciones en reactores nucleares y aeroespaciales
- Se usa para componentes de motores, baterías y componentes eléctricos
Materiales Compuestos Particulados
Estos materiales están principalmente diseñados para obtener combinaciones poco comunes y no mejoran la resistencia. Las partículas en estos compuestos son gruesas.
Ejemplos Y Aplicaciones De Los Materiales Compuestos Particulados
Carburos Cementados
Consisten en compuestos de matriz metálica y una fase dispersa de partículas cerámicas duras. Un ejemplo es el carburo de tungsteno que se usa en las herramientas de corte para operaciones de maquinado.
Compuestos Particulados Abrasivos
Podemos encontrar a los discos de corte y rectificado. Consisten en una matriz vítrea o tipo polímero que unen partículas abrasivas como alúmina, carburo de silicio y nitruro de boro cubico.
En Contactos Eléctricos
Para tener aplicación como en contactos eléctricos estos compuestos deben presentar tanto una buena resistencia como conductividad eléctrica. Un ejemplo de este tipo es la plata reforzada con tungsteno.
Polímeros
Muchos polímeros ingenieriles son compuestos particulados. Un ejemplo de este tipo es el negro del carbón en el caucho vulcanizado.
Compuestos Particulados De Metales Fundidos
Un ejemplo de este tipo son las fundiciones de aluminio con partículas de SiC, tiene aplicaciones automotrices, pistones, bielas y es muy comercial.
Materiales Compuestos Fibrosos
Los compuestos fibrosos son materiales que se encuentran reforzados por fibras. Estas fibras se insertan en el material para poder obtener determinadas propiedades.
En general la matriz del material es la que aporta fuerza a las fibras, y son las fibras que soportan la mayor parte de la fuerza aplicada. Por otro lado, la matriz proporciona protección a la superficie con fibras y reduce todo lo posible la difusión de otras sustancias como el oxígeno o la humedad que podrían causar efectos negativos a las propiedades mecánicas de las fibras.
Propiedades De Los Compuestos Reforzados Con Fibras
- Estos generan mayor resistencia a la fatiga.
- Mejoran el módulo de Young del material.
- Existe una mejor relación entre la resistencia y el peso.
Características De Los Materiales Compuestos fibrosos
Son varios los factores que se deben considerar al diseñar compuestos reforzados con fibras, como la longitud, el diámetro, la dirección, la orientación, propiedades de las fibras, propiedades de la matriz, y la unión entre la matriz y las fibras.
- La Longitud Y El Diámetro De Las Fibras
- Cantidad De Fibras
- Orientación De Las Fibras
- Propiedades De Las Fibras
- Propiedades De La Matriz
- Unión Y falla
Ejemplos De Compuestos Reforzados Con Fibras Y Sus Aplicaciones
Los materiales compuestos mas comunes de este tipo son los siguientes.
Aluminio-Boro
Se usa para las aspas de motores y también es muy usado en la industria aeroespacial. Se encuentra compuesto por aluminio y boro.
Epoxico-Kevlar
Tiene aplicaciones en la industria aeroespacial.
Poliester-Kevlar
Se usa en artículos deportivos como los palos de golf, raqueta de tenis y otros.
Polímero-Grafito
Tiene aplicaciones en la industria aeroespacial y automotriz.
Polímero-Vidrio
Tiene aplicaciones para mejorar la resistencia a la corrosión, artículos deportivos, y también es usado en la industria automotriz.
Materiales Compuestos Laminares
Los materiales compuestos laminares consisten en recubrimientos muy delgados, también superficies protectoras más gruesas, revestimientos metálicos y bimetálicos, laminados entre otras.
Estos materiales compuestos laminados están diseñados con el fin de mejorar algunas características considerando el bajo costo.
- Mejorar la resistencia a la corrosión
- Alta resistencia con bajo peso
- Alta resistencia al desgaste
- Superior resistencia a la abrasión
- Mejorar el acabo final y la apariencia
- Mejorar sus características de expansión térmica
Ejemplos Y Aplicaciones De Los Materiales Compuestos Laminados
Existe una gran cantidad de ejemplos y aplicaciones de los materiales compuestos laminados. Muchos de ellos y los de uso común se pueden agrupar de acuerdo a las características de los mismos.
Laminados
Consisten en capas de materiales unidos por un adhesivo de tipo orgánico. Estos materiales tienen aplicación como aislamiento en motores, en engranajes, tarjetas de circuitos y otros.
También están los micro-laminados, ejemplos de estos materiales son el Arall (consiste en un laminado de aramida y aluminio) y Glare (consiste en un laminado de vidrio y aluminio)
Metales Revestidos
Consisten en compuestos metal-metal. Estos materiales se caracterizan por dar buena resistencia a la corrosión y poseen buena resistencia.
Un ejemplo de este tipo de material es el Alclad, consiste en la unión de aluminio comercial puro con aleaciones de aluminio con buena resistencia.
Bimetálicos
Se suele aprovechar los diferentes coeficientes de expansión térmica de los compuestos laminares de este tipo. Por ejemplo, al calentarse, el que tenga mayor expansión térmica se hará mas largo. Además, al estar unidos los metales la diferencia de expansión térmica genera un radio de curvatura.
- Estos metales deben de cumplir con algunos requisitos.
- Deben tener coeficiente de expansión térmica distinto.
- Características de expansión reversibles y repetibles.
- Módulo de elasticidad elevado.
- Algunas aplicaciones de estos materiales son como interruptores y termostatos.
Obtención de Los Compuestos Laminares
Existen varios métodos para la obtención de estos compuestos, esto incluye las técnicas de deformación y unión.
- Unión por laminación (A)
- Unión por explosión (B)
- Coextrusión (C)
- Soldadura por capilaridad y difusión (D)
