Materiales compuestos

Materiales compuestos, los materiales del siglo XXI
Alejandro Manzano Ramírez
Un material compuesto está formado por una, matriz o base metálica, polimérica o
cerámica a la que se le añade otro material de refuerzo en forma de fibras, o partículas con
el propósito de mejorar ciertas propiedades de la matriz (Fig. 1). Se reconocel que estos
materiales tuvieron su origen a principios de losaños 60 en los grandes proyectos
aeroespaciales y de defensa en Estados Unidos y Europa. A partir de entonces, el campo ha
avanzado notablemente, como se lo refleja en el trabajo de Partidge y Close2 y otros.
Además hoy en día los materiales compuestos de matriz metálica han encontrado una gran
aplicación y amplio mercado en la industria automotriz3,4 y de empaque5, debido a su más
baja densidadvolumétrica (lo que ocasiona un menor peso), a sus mejores propiedades
mecánicas y de resistencia al desgaste. En la actualidad, la gran demanda de nuevas
tecnologías ha dado lugar a que los actuales procesos de manufactura requieran de nuevos
materiales, ya sea en busca de una reducción de costos o a una optimización en el
funcionamiento de los productos. Debido a esto en los últimos interésdiez años, los
materiales compuestos de matriz O base metálica o polimérica han adquirido una gran
importancia y por esta razón han sido objeto de un gran desarrollo científico y tecnológico.
En países desarrollados como Japón, aproximadamente 38 importantes industrias y 40
centros de investigación y universidades han invertido una gran cantidad de recursos
económicos y humanos en el campode materiales compuestos de matriz metálica6.
No obstante, es interesante indicar que los materiales compuestos han existido siempre
en forma natural. Un ejemplo extraordinario es la madera, que es precisamente un material
compuesto reforzado con fibra natural7. Una de sus propiedades mecánicas más
importantes es la resistencia a la tensión específica, la cual se define como el cociente de laresistencia a la tensión/densidad volumétrica. En la tabla I se aprecia cómo la resistencia
específica de la madera es mayor que la del acero y el concreto. La razón de dicho valor
elevado está dada por la estructura interna del material. La figura 2 ilustra esta estructura
para el caso del pino 7
Tabla 1
Tabla comparativa de propiedades de diversos Materiales7
Material

Gravedadespecífica

Madera de abeto

0.46

Resistencia a
la tensión
(MNm-2)
104

Tensión
específica (m)
226

Módulo de
elasticidad
(GNm-2)
10

Módulo
específico
(GNm-2)
22

Madera de Pino
Acero Maleable
Aluminio
(Duraluminio)
Concreto
PVC rígido
Poliéster
Epoxy

0.5
7.9
2.8

110
459
247

220
58
88

10
203
69

22
26
25

2.5
1.5
1.8
1.8

4
59
276
1.1002
39
153
611

48
2.4
18
45

19
1.7
10
25

Considerando la gran importancia económica que representan las industrias de alto
volumen de mercado, como la automotriz, los materiales compuestos de matriz metálica
(MMC) son parte de los nuevos materiales que más prometen, ya que pueden satisfacer los
nuevos requerimentos ingenieriles propiciados por normas gubernamentales oestándares
de calidad (principalmente baja densidad y excelentes propiedades mecánica)4. De esta
manera, por ejemplo, el peso del vehículo puede ser reducido para mantener un bajo
consumo de combustible. Entre otros de los beneficios o ventajas que se reconocen a estos
materiales8 se encuentran: una me jora en el funcionamiento del motor, una reducción del
ruido y vibraciones así como también un menormantenimiento. En la tabla 2 se presentan
algunos ejemplos de piezas y la razón por la que se han utilizado materiales compuestos de
matriz metálica para su fabricación.
Tabla 2
Aplicaciones factibles de materiales compuestos de matriz metálica en componentes
automotrices 8
Sistema
Componente
Justificación
Máquina
Corona del pistón
Resistencia a alta
temperatura, fatiga, desgaste...