materiales compuestos

MATERIALES COMPUESTOS

Capítulo 2: Fibras y matrices
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Fibras
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Resistencia de las fibras
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Fibra de carbono
Fibra de vidrio
Fibras orgánicas
Carburo de silicio
Alúmina y aluminosilicatos
Estabilidad térmica
Resistencia a la compresión
Flexibilidad y fractura de las fibras
Tratamiento estadístico de la resistencia de las fibras

Matrices
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Matrices poliméricas
Matrices metálicas
Matrices cerámicas

MATERIALES COMPUESTOS

Fibra de carbono
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Generalidades
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Estructura: planos hexagonales apilados ABABAB (planos basales). Grafito
Fuertes enlaces covalentes en plano; débil Van der Waals entre planos
Anisotropía. Módulo elástico 1000 GPa en plano, 35 GPa en perpendicular
Radio de las fibras ≅ 8µm; pequeños cristales de grafito “turbostrático”

Obtención
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A partir de fibras de poliacrilonitrilo (PAN) (RR; 1967)
A partir de “pitch mesofásico” (Otani, 1965)
Por deposición pirolítica (Oberlin, 1976)

MATERIALES COMPUESTOS

Fibra de vidrio
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Generalidades
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Basadas en óxido de silicio, con adición de óxidos de Ca, B, Na, Fe y Al
Vidriosamorfos. Cristalizan tras largos tratamientos térmicos a elevada
temperatura disminuyendo su resistencia
Resistencia y rigidez: controlada por estructura
Propiedades isótropas
Recubrimiento polimérico (size): protege, une, lubrica, antiestático, unión matriz
Clases: E (electrical), C (corrosion), S (strength)
Propiedades: E ≅ 75 - 85 GPa; σ ≅ 3’5 - 4’5 GPa

Producción
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Vidriolíquido en depósito
Fluye por gravedad sobre láminas perforadas de Pt
Fibras enrrolladas en tambor a ≅ 1000 m/min
Radio de las fibras (8-15 µm); controlable por nivel del depósito, viscosidad, ...

MATERIALES COMPUESTOS

Fibras orgánicas
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Generalidades:
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Poliamidas aromáticas: aramidas (vg. el Kevlar de Du Pont)
Fuerte anisotropía
Características: Eax = 130 GPa(depende del alineamiento de cadenas)
Erad = 10 GPa
Otras clases: celulosa (en la naturaleza; poco usada de momento)

Obtención
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Obtenidas a partir de moléculas poliméricas aromáticas
Extruidas e hiladas a partir de una solución en ácido sulfúrico
Eliminación del disolvente residual
Tratamiento de curado térmico para mayor alineamiento
Problema: escaso pegado de las fibras(fibrilación) ⇒ alta anisotropía

MATERIALES COMPUESTOS

Carburo de silicio (SiC)
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Generalidades
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Estructura similar al diamante
Baja densidad; alta resistencia y rigidez
Buena conductividad y estabilidad térmica

Obtención
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Monofilamentos por CVD
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A partir de multifilamentos de PCS (policarbosilano)
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Como la fibra de C; pirolizadas a1300º C; fibras de 10 - 15 µm (vg: Nicalon, Tyranno)
Alto contenido en SiO2 y C; además del SiC

Whiskers
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Sobre precursor de C (30 µm) ó W (10 µm): fibras de 100-150 µm (vg: Textron SCS-6, Sigma)

Barras de monocristales (0’1 - 1 µm de diam.) poco usado (cancerígeno)

Partículas
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Disminución de densidad
Incremento de resistencia a la abrasión (vg: en aluminio)
Problemasde coste

MATERIALES COMPUESTOS

Alúmina y aluminosilicatos
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Generalidades
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Fibras de óxidos inorgánicos, generalmente alúmina y sílice
Aluminosilicatos al 50 - 50 (estructura vítrea): las más usadas, aislamientos de alta
temperatura
Fibras de alúmina con menor contenido de sílice (estructura cristalina): más caras, mejor
resistencia a alta T; mayor E y σObtención
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Multifilamentos
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Extrusión y trefilado de suspensión acuosa de partículas de alúmina y precursor orgánico soluble
rico en Al, que después se quema en dos etapas.
Fibra FP (Du Pont): 20 µm de diam, con granos de 0’5 µm de α-alúmina
Utilizadas en MMC; problemas económicos por límitaciones en el proceso de producción y mala
intercara con Ti limitan el uso
Futuro:...