Materiales compuestos

2. Estructura de los materiales
   compuestos
3. CMM:
   propiedades y comportamiento
4. Métodos
   de obtención
5. Estudios
   reportados en patentes
6. Conclusiones

1.
Introducción

Los materiales compuestos son aquellos que están
formados por combinaciones de metales, cerámicos y
polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas
combinaciones son superiores a la de los materiales que los
forman por separado, lo que hace que su utilización cada
vez sea más imponente sobre todo en aquellas piezas en las
que se necesitan propiedades combinadas, en la que un material
(polímero, metal o cerámico) por sí solo no
nos puede brindar. Las propiedades que se obtienen son un
producto de la combinación de los refuerzos que se
utilicen y de la matriz que soporta al refuerzo en los materiales
compuestos, el cual también juega un papel importante en
la aplicación por lo que resulta necesario hacer
referencia a las propiedades que se obtienen al combinar
refuerzo-matriz.

En general, la desventaja más clara de los
materiales compuestos es el precio. Las características de
los materiales y de los procesos encarecen mucho el producto.
Para ciertas aplicaciones las elevadas propiedades
mecánicas, tales como la alta rigidez específica,
la buena estabilidad dimensional, la tolerancia a altas
temperaturas, la resistencia a la corrosión, la ligereza o
una mayor resistencia a la fatiga que los materiales
clásicos compensan el alto precio

Además del refuerzo y la matriz existen otros
tipos de componentes como cargas y adictivos que dotan a los
materiales compuestos de características peculiares para
cada tipo de fabricación y aplicación.

2. Estructura de los
materiales compuestos

Matriz.

Es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se
puede distinguir a simple vista por ser continuo. Los refuerzos
deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su
resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El
comportamiento a la fractura también depende de la
resistencia de la interfase. Una interfase débil da como
resultado un material con baja rigidez y resistencia pero alta
resistencia a la fractura y viceversa.

Las matrices se pueden clasificar en: Matrices
orgánicas y Matrices inorgánicas.

Los materiales compuestos de matriz metálica
(CMM) han sido destinados especialmente a aplicaciones
estructurales en la industria automotriz, aeroespacial, militar,
eléctrica y electrónica, las cuales usualmente
exigen alta rigidez, resistencia y módulo
específico. Para el caso de las aplicaciones en el sector
eléctrico y electrónico, se requiere en el
diseño de los materiales, propiedades
termomecánicas y termofísicas con una máxima
transferencia de calor.

Los materiales metálicos de uso más
común en CMM son las aleaciones ligeras de Al, Ti y Mg;
siendo el Al el de mayor consumo debido a su bajo costo, baja
densidad, buenas propiedades mecánicas, alta resistencia a
la degradación ambiental y fácil
manipulación. También se destaca el uso de
aleaciones base Cu, al igual que se está investigando el
uso de semiconductores, superaleaciones y compuestos
intermetálicos.

Refuerzos.

Los tipos de refuerzo se pueden clasificar en tres
categorías: fibras, whiskers y partículas. Desde el
punto de vista de propiedades mecánicas, se puede obtener
una gran mejora mediante el uso de fibras continuas, reforzando
en la dirección del esfuerzo aplicado; mientras que con
whiskers y partículas se experimenta una
disminución de resistencia pero se obtiene una gran
isotropía en el material.

Fibras Continuas: En el caso de las fibras
metálicas, los problemas de ataque químico por
parte de la matriz, los posibles cambios estructurales con la
temperaturaza, la posible disolución de la fibra en la
matriz y la relativamente fácil oxidación de las
fibras de metales refractarios (W, Mo, Nb), hacen que éste
tipo de materiales sean poco empleados. Esto ha dado pie al
enorme desarrollo de las fibras cerámicas, siendo las
más empleadas como refuerzo las de B,
Al2O3 y SiC, y que entre sus numerosas
ventajas se cuentan: no se disuelven en la matriz, mantienen su
resistencia a altas temperaturas, tienen alto módulo de
elasticidad, no se oxidan y tienen baja densidad.

Partículas: El uso de partículas como
material reforzante, tiene una mayor acogida en los CMM, ya que
asocian menores costos y permiten obtener una mayor
isotropía de propiedades en el producto. Sin embargo, para
tener éxito en el CMM desarrollado, se debe tener un
estricto control del tamaño y la pureza de las
partículas utilizadas. Los refuerzos típicos de
mayor uso en forma de partícula son los carburos (TiC,
B4C), los óxidos (SiO2, TiO2,
ZrO2, MgO), la mica y el nitruro de silicio
(Si3N4). En los últimos años
se han empezado a utilizar partículas de refuerzo de
compuestos intermetálicos, principalmente de los sistemas
Ni-Al y Fe-Al.