Materiales compuestos

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INTRODUCCIÓN
El avance de la tecnología requiere cada vez de materiales con propiedades que no se pueden conseguir con un solo material. Debido a ello, se han desarrollado y se siguen desarrollando una gran gama de materiales compuestos (composites).

MATERIALES COMPUESTOS

El material compuesto (MC) está constituido por dos o más materiales, los que generan una combinación de propiedades,que no se puede obtener con uno solo de ellos y, donde cada uno, conserva su identidad química.

PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES
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En principio, se pueden combinar dos materiales cualquiera para formar un compuesto (metal, cerámico y polímero).
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COMPARACIÓN DE RESISTENCIAS DE VARIOS MATERIALES

MATERIAL COMPUESTO: AA6092/SiC/25p

Matriz: Aleación AA6092 Refuerzo: Partículas de SiC,25%

a) Resistencia a la tracción

b) Resistencia por unidad de peso
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MATERIALES DE ING. – MATERIALES COMPUESTOS

CONSTITUCIÓN DE LOS MC
Se puede considerar que los materiales compuestos están constituidos por tres componentes:

Material

σmáx (MPa) 341 3000 533

Alargamiento (% ε ) 13 ∼0 3,1

Dureza (HV5) 115 Muy alta 178
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La matriz Engloba al refuerzo, será laencargada de transmitir la carga entre los refuerzos.

Aluminio AA6092-T6 Partícula SiC AA6092 / SiC / 25p

El refuerzo Capaz de soportar cargas elevadas. El refuerzo, puede constituir del 10 % al 70 % del volumen total del material, puede ser fibras continuas (fibra larga), fibras discontinuas (fibra corta o whiskers) o partículas.
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CONSTITUCIÓN DE LOS MC
Lo que se ha considerado el “tercercomponente”, la intercara o interfase entre ambos. Las intercaras en los materiales compuestos son regiones de transición en la unión entre el refuerzo y la matriz, por lo que también condicionan las propiedades del material compuesto.

FUNCIONES DE LA MATRIZ
Proteger al refuerzo del ambiente exterior (aire, humedad, etc.). Propiciar la unión solidaria de los elementos que constituyen elrefuerzo, pero separarlas para evitar la transmisión de grietas a través del material compuesto. Repartir y transmitir las cargas entre los elementos de refuerzo. En general, para que la transmisión sea óptima, la matriz debe deformarse, y su deformación debe ser inferior a la correspondiente a la rotura. Las condiciones de utilización particulares pueden exigir que la matriz presente, buena resistencia ala corrosión o a la oxidación, o buena resistencia mecánica en caliente.
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FUNCIONES DEL REFUERZO
Soportar las tensiones que se ejercen sobre el material compuesto. Aumentar las propiedades mecánicas de la matriz, su dureza y resistencia al desgaste (sobre todo, en el caso del refuerzo con partículas). Mitigar los fallos con un aumento de la temperatura. Frenar o detener la propagación degrietas a través del material y el desarrollo de las fisuras.

CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS REFUERZOS
Material Densidad (g/cm3) Whiskers Grafito SiC Al2O3 Fibras Al2O3 SiC Tungsteno 0,26 μm de diámetro Tungsteno 25,0 μm de diámetro
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σmáx (MPa) 19600 21000 22300 2100 8300 24000 3900

E (GPa) 686 700 420 379 616 405 405
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2,2 3,2 3,9 3,2 3,0 Alambres metálicos 19,3 19,3CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS
Por la forma en que se presenta el refuerzo:

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS
Por el tipo de matriz Matriz polimérica: Polymer Matrix Composites “PMC” Matriz cerámica: Ceramic Matrix Composite “CMC” Matriz metálica: Metal Matrix Composite “MMC”

Partículas

Fibras cortas o whiskers

Fibras largas o continuas
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CLASIFICACIÓN DE LOSMATERIALES COMPUESTOS
Por el tipo de matriz La elección del tipo de matriz está condicionada fundamentalmente por la temperatura de servicio. Matrices poliméricas hasta 200°C, matrices metálicas hasta casi la temperatura de fusión de la aleación correspondiente, y matrices cerámicas para temperaturas extremas. El proceso de producción del material compuesto cambia significativamente según el tipo de...
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