Materiales Compuestos y sus Propiedades

Materiales Compuestos

Los materiales compuestos son materiales multifuncionales formados por la combinación de dos o más constituyentes distintos que difieren física y/o químicamente. Juntos conforman un material con propiedades superiores a la de cada constituyente por separado, como por ejemplo, mecánicas y físicas. Los constituyentes se encuentran distribuidos de una forma y en una proporción adecuada, de manera que la intercara de separación queda claramente definida.

Constituyentes de un Material Compuesto

Muchos materiales compuestos están formados por dos fases o constituyentes:

• Matriz: constituyente mayoritario y continuo. Suele ser menos rígido y más dúctil.
• Refuerzo: constituyente minoritario distribuido de forma dispersa en la matriz. En la mayoría de los casos, es más rígido, duro y resistente que la matriz.

En algunos casos, puede haber una fase adicional resultante de las interacciones químicas u otros efectos, conocida como interfase, que se produce entre el refuerzo y la matriz.

Cerámica Técnica Estructural

Es la cerámica técnica estructural más utilizada. Presenta una excelente resistencia a la oxidación debido a que el Aluminio (Al) posee un elevado Estado de Oxidación (E.O.). Esto provoca que se forme una fina capa superficial impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación.

Propiedades

• Alta Temperatura de Fusión: > 2000 °C - dureza y - Funcional a altas temperaturas.
• Biocompatible - Material duro, útil como abrasivo - Aislante eléctrico

Aplicaciones

• Aislante de bujías de encendido - Contenedores de metal fundido - Implantes dentales y ortopédicos.

Los refractarios de arcilla poseen un contenido de alúmina entre el 25% y 45%. Un mayor contenido de alúmina implica una mayor refractariedad.

Porosidad en Cerámicas

La porosidad hace referencia a la cantidad de espacios vacíos (poros) dentro de la estructura del material. Los poros pueden tener distinto tamaño y distribución, encontrando así dos tipos: los poros abiertos y los poros cerrados.

• Porosidad abierta: son cavidades que están conectadas entre sí y tienen acceso directo a la superficie del material. Son permeables.
• Porosidad cerrada: Cavidades que están encerradas completamente dentro del material. Impermeables.

La porosidad puede ser perjudicial para las propiedades mecánicas y químicas. Respecto a las propiedades mecánicas, los poros actúan como puntos de tensión, facilitando la propagación de grietas y fracturas bajo carga mecánica. Por otro lado, la porosidad aumenta la capacidad de aislamiento y hace a las cerámicas más ligeras.

Tipos de Fundición

Fundición Gris

Composición: C: 2.5% - 4%; Si: 1% - 3%

Matriz: Ferrita o perlita con escamas de grafito

Propiedades: Frágiles y poco resistentes a la tracción. Alta resistencia y ductilidad a esfuerzos de compresión. Amortiguamiento de vibraciones. Alta resistencia al desgaste. Fácil fabricación y baratas.

Aplicaciones: Amortiguación de maquinaria que vibre.

Fundición Dúctil

Composición: C: 2.5% - 3%; pequeñas cantidades de Mg.

Matriz: Ferrita o perlita con esferoides de grafito

Propiedades: Mayor resistencia y ductilidad que las fundiciones grises.

Aplicaciones: Válvulas, cuerpos de bombas, cigüeñales, pistones y otros componentes del automóvil y maquinaria.

Fundición Blanca

Composición: Bajo contenido de C; Si

Matriz: Ferrita o perlita con cementita (no grafito)

Propiedades: Extremadamente dura y muy frágil. No mecanizable.

Aplicaciones: Cilindros de trenes de laminación.

Fundición Maleable

Composición: Bajo contenido de C; Si

Matriz: Ferrita o perlita con grafito nodular.

Propiedades: Resistencia alta y ductilidad. No mecanizable.

Aplicaciones: Engranajes de diferencial (automóviles), válvulas de ferrocarril.

Procesamiento del Vidrio

Desvitrificación

Proceso de nucleación de núcleos cristalinos sobre la superficie de los agentes nucleantes presentes en la matriz de vidrio a baja temperatura. Crecimiento de los núcleos cristalinos a altas temperaturas. Formación de una estructura policristalina.

Templado

El vidrio templado se produce templando el vidrio recocido para generar un esfuerzo de compresión residual en la superficie, lo que le confiere una resistencia ~ 5 veces superior al vidrio recocido cuando soporta carga de flexión. Cuando se rompe, se producen partículas pequeñas incapaces de causar lesiones importantes.

Laminado

Un vidrio laminado consiste en dos secciones de vidrio recocido acopladas con una capa central de PVB (Polivinil butiral) entre ambas. Cuando se rompe, los fragmentos producidos se adhieren a la capa de PVB, en vez de caer.

Recocido

Los esfuerzos residuales de tensión después del tratamiento del vidrio pueden ser perjudiciales y se alivian mediante el recocido. Este proceso consiste en calentar el vidrio hasta el punto de recocido. El vidrio recocido no es muy resistente y se rompe fácilmente, produciendo fragmentos en forma de daga.