MATERIALES COMPUESTOS

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Los materiales compuestos se producen cuando dos materiales se unen para dar una combinación de propiedades que no pueden ser obtenidas en los materiales originales.

Estos materiales pueden seleccionarse para proporcionar combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, resistencia a altas temperaturas, a la corrosión, dureza o conductividad.

Existen tres tipos:- Particulados- Fibrosos- Laminares

Esta clasificación se hace atendiendo a la forma de los materiales.

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MATERIALES PARTICULADOS

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.

La estructura recuerda a la de muchas aleaciones metálicas de dos fases, sin embargo en estos materiales las partículas se introducen mediante un proceso mecánico.

Tipos:a) Endurecidos por dispersiónb) Particulados verdaderos

Esta clasificación se basa en el tamaño y cantidad de las partículas que influyen en las propiedades del compuesto.

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ENDURECIDOS POR DISPERSIÓN

- Pequeño porcentaje de partículas- - - Tamaño de partícula pequeño (100-2500 A)- Aumento de dureza

Esto es debido al pequeño tamaño de las partículas que obstaculizan el movimiento de las dislocaciones.

Comparación de un compuesto endurecido por dispersión ( PAS: Al + 14% de Al2O3 utilizado en reactores nucleares) con aleaciones metálicas.

A temperatura ambiente estos compuestos no son más resistentes que las aleaciones metálicas, sin embargo debido a que estos compuestos no se ablandan catastróficamente su resistencia decrece gradualmente con el aumento de la temperatura. Mientras que su temofluencia es superior a las de los metales y aleaciones.

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PARTICULADOS VERDADEROS

- Partículas de gran tamaño- Elevado porcentaje de partículas- Menor dureza

Aquí el mayor tamaño de partícula no dificulta el movimiento de las dislocaciones.

- Regla de las Mezclas:

Ciertas propiedades de los compuestos particulados se deben únicamente a las cantidades y propiedades relativas de cada constituyente. Se utiliza para predecir determinadas propiedades de los compuestos como la densidad.

fi fracción de volumen de cada componentei densidad de cada componente

- Ejemplos:

- Carburos cementados: WC (Carburo de Wolframio) utilizado para corte de aceros.

- Polímeros: ABS ( plástico de gran dureza) y el negro de carbono

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MATERIALES FIBROSOS

Se forman por la introducción de fibras fuertes, rígidas, y frágiles dentro de una matriz más blanda y dúctil.

Se mejora la resistencia y rigidez del material

El material de la matriz transmite la fuerza a las fibras y proporciona ductilidad y tenacidad, mientras que las fibras soportan la mayor parte de la fuerza aplicada.

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Regla de las mezclas: predice la densidad, conductividad térmica y eléctrica y el módulo de elasticidad.

Em Elasticidad de la matrizEf Elasticidad de las fibras

Esta es la curva esfuerzo-deformación para un compuesto reforzado con fibras. A bajos esfuerzos el modulo de elasticidad viene dado por la regla de las mezclas (parte lineal) y a esfuerzos mayores la matriz se deforma, perdiéndose la linealidad, por lo que la regla de las mezclas no se cumple. En este caso el modulo se calcula:

Si la carga se aplica perpendicularmente a las fibras, el modulo es:

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- Características:

- Relación de aspecto ( l/d (l) longitud (d) diámetro):

Al aumentar esta relación, aumenta la resistencia.Las fibras continuas dan mayor resistencia pero son más difíciles de introducir en la matriz. Con las discontinuas es más fácil pero dan una menor resistencia debido a que tienen una relación de aspecto menor. Esto se mejora disminuyendo el diámetro de las fibras.

- Fracción volumétrica de fibras:

Cuando todas las fibras tienen la misma dirección, la rigidez y resistencia son máximas en la dirección de las fibras, pero las propiedades son anisotrópicas. Si las fibras están entrecruzadas tenemos una menor rigidez y resistencia, pero las propiedades son más homogéneas.

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COMPUESTOS LAMINARES

Los compuestos laminares incluyen laminados, recubrimientos más gruesos, metales de revestimiento, bimetales y muchos otros.

Son diseñados para mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste, manteniendo un bajo costo

Regla de las mezclas: predice propiedades como densidad, conductividad eléctrica y térmica y el módulo de elasticidad.

Sin embargo muchas propiedades importantes como la resistencia a la corrosión y al desgaste dependen principalmente de un solo componente del compuesto, por lo que la regla de las mezclas no se cumple.

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- Tipos- Laminados: capas de materiales unidos por adhesivo orgánico. Ej.

Madera contrachapada- Recubrimientos duros: Capas superficiales duras resistentes al desgaste

depositadas sobre materiales mas duros y dúctiles. Ej: Carburo de Wolframio

- Metales de revestimiento: compuestos metal-metal. Ej. Alclad (combinación de aluminio puro y comercial con aleaciones de aluminio de mayor resistencia, se usa para construcción de aeronaves y cambiadores de calor)

- Bimetales: (son dos laminas metálicas unidas, de distinto material, que poseen un coeficiente de dilatación diferente. Se usan como termostatos)