7 Materiales Compuestos - Oag
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Ciencia de Materiales
CONTENIDO
Historia
Definición
Características
Clasificación
Propiedades
De origen natural
De matriz cerámica
De matriz polimérica
HISTORIA
Segunda Guerra Mundial.
Resina Poliéster reforzada con fibra de vidrio.
DEFINICIÓN
Material compuesto
MATERIAL DE
REFUERZO
MATERIAL BASE
Mezcla o combinación no quimica entre dos o más constituyentes
El material resultante obtiene nuevas propiedades específicas o mejora las anteriores.
Los contituyentes difieren en forma y composición química
Son esencialmente insolubles entre sí
CARACTERÍSTICAS
Mejorar propiedades de los materiales originales
Lograr combinaciones atípicas de rigidez –resistencia, Peso-rendimiento a altas temperaturas
MATRIZ
FASE DISPERSA (REFUERZO)
FASE CONTINUA
En los materiales compuestos se desarrolla una Sinergia entre los dos componentes
Existen Materiales Compuestos Naturales como la madera, huesos, dientes
Se pueden lograr formas y diseños de manera facil y práctica
Los Materiales Compuestos pueden reemplazar a otros materiales, como a los metales, con la misma apariencia, a menor costo y menor peso.
CARACTERÍSTICAS
BAJO PESO
aunque cada fase puede tener diferente densidad
ALTA RIGIDEZ
resistencia a deformarse elásticamente
VERSATILIDAD DEL REFUERZO
diversos tipos de refuerzos
ESTABILIDAD QUÍMICA
resistentes al ataque de agentes corrosivos
refuerzo matriz
Materiales utilizados
CLASIFICACIÓN
COMPUESTO CON PARTICULAS
COMPUESTO CON FIBRAS
COMPUESTOS LAMINARES
CEMENTO
GRAVA CONCRETO
RESINA POLIEST
ER
FIBRA DE
VIDRIO
RESINA REFORZADA
MADERA LAMINADA
COMPUESTO LAMINAR
MADERA CONTRACHAPADA
COMPORTAMIENTO MECÁNICO
REFORZADOS CON PARTICULAS
REFORZADOS CON FIBRAS
COMPUESTOS LAMINARES
Propiedades isotrópicas
Propiedades isotrópicas y anisotrópicas
Propiedades anisotrópicas
CAMPOS DE APLICACIÓN vs. PROPIEDADES
DE ORIGEN NATURAL
HUESO: - matriz de hidroxiapatita
- refuerzo de fibras de colágeno
MADERA: - matriz de lignina
- refuerzo de fibras de celulosa
DE ORIGEN NATURAL
DE ORIGEN NATURAL
chingale cedro
Flor morado moncoro
pino
zapan
HORMIGÓN: - Matriz de silicatos y aluminatos
- Refuerzo de partículas de arena y grava
DE MATRIZ CERÁMICA
DE MATRIZ POLIMÉRICA
Fibra de carbono
Fibra de vidrio
Poliamidas, Aramidas, Kevlar
Resina polimérica
Termoplástica o Termoestable
Poliéster
Epóxica
Fiber Reinforced
Plastics
FRP
FRP Fiber Reinforced Plastics
GFRP Fibra de Vidrio CFRP Fibra de Carbono KFRP Fibra de Kevlar
RESINA REFORZADA CON FIBRA R
ES
INA
R
EF
OR
ZA
DA
C
ON
FIB
RA
S
Mayor resistencia mecánica
Resistencia térmica
ligeros
AP
LIC
AC
IOE
NE
S
INDUSTRIA AERONAUTICA
Composites reforzados con partículas El reforzamiento es más efectivo cuanto menor
tamaño tienen las partículas .
Mayor homogeneidad de distribución en la matriz.
Las propiedades mecánicas mejoran con el contenido en partículas o lo que es lo mismo con el incremento de la relación partículas/matriz
Aplicación : Discos de frenos
DISPERSOIDES
Materiales nanocompuestos particulados
Dispersión de partículas de óxidos metálicos dentro de una matriz metálica
Partículas en polvo de 10 a 250 nm de diámetro
Aumentan la dureza del metal base, bloqueando el movimiento de las dislocaciones
El dispersoide no puede reaccionar químicamente con la matriz
Ejemplo: SAP 14%(Al2O3) en matriz de Aluminio
TD (ThO2) en matriz de Níquel
CERMETS Compuestos Metal - Cerámico
Carburos cementados
Partículas cerámicas dispersas en matriz metálica de Níquel o de Cobalto
Carburo de Tungsteno en matriz de Cobalto
El Carburo de Tungsteno (WC) es un material cerámico duro, rígido y con alta temperatura de fusión
Mejora la tenacidad y la resistencia al impacto del Cobalto
Otras partículas cerámicas: TaC, TiC
Aplicaciones: Herramientas de corte
ABRASIVOS
Materiales compuestos formados por matrices vítreas, poliméricas o metálicas, reforzadas con partículas de alta pureza.
Partículas mas utilizadas:
(Al2 O3) Alúmina
(SiC) Carburo de Silicio
(CBN) Nitruro de Boro Cúbico
(C4 Estructura tetraédrica) Diamante
Aplicaciones: Discos de rectificado, discos de corte, papel abrasivo.
BIBLIOGRAFÍA
ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David. MATERIALS: engineering, science, processing and design. University of Cambridge, UK Butterworth-Heinemann,
first edition 2007.
ASKELAND Donald, PHULÉ Pradeep. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Cuarta edición, Thomson, México, 2004.