Materiales Compuestos reforzados con partículas

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TEMA10Matriz:


Sirve como sustancia de Aglutinamiento.

Fase dispersa:

Material De refuerzo. Las propiedad del material compuesto depende de las propiedades de Las fases que lo conforman, sus cantidades relativas y la geometría de la fase Dispersa. El Conocimiento de sus carácterísticas y comportamiento permite el DISEÑO de NUEVOS materiales con mejores propiedades, especialmente: tenacidad, rigidez, resistencia al medio ambiente y a las altas temperaturas. También es importante La densidad.

Matriz:

Preferentemente metálica, polimérica y, a Veces, cerámica. Determina la temperatura Máxima de servicio (se degrada a temperatura menor que la fibra)
.

Funciones:* Mantener las fibras o las partículas unidas.* Medio para Transmitir y distribuir entre las fibras el esfuerzo aplicado.* Proteger a las Fibras del daño superficial (abrasión mecánica o reacciones químicas con el Medio ambiente).* Barrera para la propagación de grietas en las fibras.* Debe ser dúctil y menos elástica que las Fibras.* Uníón fibra-
matriz Fuerte para minimizar desprendimiento de fibras y maximizar transmisión del Esfuerzo de la matriz a las fibras (más resistentes).Tipos de matrices Poliméricas:
* Poliésteres.* Resinas epoxi (termoestables).* Termoplásticas.

Matrices Poliméricas:

Resina de Poliéster insaturado. Por reacción con Estireno, metacrilato de metilo y un agente de curado de tipo radical libre (peróxidos) Se produce el entrecruzamiento. Formación de materiales termoestables. Entre Las aplicaciones de los compuestos de matriz poliéster se encuentran* cascos de Buques* paneles de construcción* paneles estructurales para automóviles, aeronaves Y accesorios.Resinas Epoxi: Las resinas epoxis son las más caras, pero Tienen una mejor resistencia a la humedad y mejores propiedades mecánicas. Pueden entrecruzarse con un reactivo de curado. Formación de entramado Tridimensional estrechamente entrelazada, sólido rígido duro. Las resinas epoxi Tienen ventajas especiales como son* unas buenas propiedades de resistencia a tracción,* Y una menor contracción después del proceso de curado que las resinas Poliéster. Las resinas epoxi normalmente se emplean como materiales matriz para Materiales compuestos de fibra de carbono y aramida.

Matrices Metálicas:

Compuesta Por un metal dúctil o aleaciones. Tipos refuerzo:* Partículas.* Fibras continuas (carbono, carburo Silicio, boro, alúmina, metales refractarios).*
Fibras discontinuas (whiskers de carburo silicio, fibras troceadas de Alúmina y carbono y partículas De carburo de silicio y alúmina).Aplicaciones:* Componentes motor y otros Elementos de automóviles: aleación de aluminio reforzada con fibras alúmina y carbono. Ventajas: material ligero, Resiste desgaste y distorsión Térmica.* Industria aeroespacial: Trasbordadores espaciales, telescopio Hubble. Matriz aluminio con fibras de Refuerzo de boro o grafito.* Turbinas Para turborreactores: Aleaciones basadas en Ni y Co con fibras de metales refractarios (W).

Matrices Cerámicas:

Matriz:* Alúmina.Tipos de refuerzo también cerámicos:*Partículas (ZrO2).*Fibras.*Whiskers (SiC, Si3N4).Aplicaciones:* Herramientas de corte. Aumenta vida útil.

Compuestos reforzados por Partículas:

Compuestos reforzados con partículas grandes: La Fase dispersa es más dura y más rígida que la matriz. La fase dispersa restringe El movimiento de la matriz. La matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a Las partículas, que soportan una fracción de la carga. Puede ser metálica, polimérica o cerámica. Las dimensiones de las partículas deben Ser uniformes y no demasiado grandes. Uniformemente distribuidas.Cermet:es Un material compuesto formado por materiales metálicos y cerámicos. Su nombre Proviene del inglés "cer"amic "met"al, Como matriz se Utiliza el metal, usualmente níquel, molibdeno, o cobalto, y la fase dispersa Está constituida por carburos refractarios, óxidos, boruros o alúmina. Los Cermets están diseñados para combinar la resistencia al desgaste, resistencia a La oxidación y dureza de los materiales cerámicos con la ductilidad y Conducción térmica y eléctrica de los metales. La tenacidad de este material ha Mejorado. Ahora, las aplicaciones de los insertos de cermetvan mucho más allá Del acabado.Compuestos reforzados por dispersión:Matriz: Metal o aleación metálica. Fase dispersa: dispersión de partículas finas Material duro e inerte, generalmente un óxido. En los compuestos endurecidos Por dispersión el tamaño de las partículas es muy pequeño, con diámetros de 100-2500 Å Propiedades: aumento de la resistencia y la dureza incluso a temperaturas Elevadas.* La fase dispersa, generalmente un óxido duro y estable, debe ser un Obstáculo efectivo para el deslizamiento.* El material disperso debe tener un Tamaño, forma, distribución y cantidad óptimos.* El material disperso debe Tener baja solubilidad en el material que refuerza, no deben existir reacciones Químicas, como sucede en la alúmina respecto al aluminio que refuerza.* Se debe Lograr una buena uníón material dispersante-matriz, es decir una correcta interfase Entre el refuerzo y el material, lo que se logra con una pequeña solubilidad.* La resistencia disminuye al aumentar la T Aplicaciones: Poleas, ruedas Dentadas, camisas de cilindros (motores).

Compuestos Reforzados por fibras:

Generalmente lo que Se busca con este tipo de compuestos es conseguir materiales que presenten una Elevada resistencia y rigidez junto con una baja densidad. Ingenierilmente estas Propiedades se expresan mediante dos parámetros: Resistencia específica y Módulo específico, que corresponden con las relaciones entre resistencia a Tracción y densidad por un lado , y la relación modulo de elasticidad y Densidad por otro. A su vez, estos materiales compuestos reforzados con fibras Se subclasifican dependiendo del tamaño de las mismas Centrándonos en los Materiales compuestos de matriz polimérica, se emplean en la actualidad tres Tipos de fibras sintéticas como materiales de refuerzo:* La fibra de vidrio* La Aramida* la fibra de carbono. Todas ellas presentan unas excelentes relaciones Rigidez/ peso y resistencia/ peso


que los hace idóneos para determinados sectores productivos. Las fibras son las Responsables de las buenas propiedades estructurales del material compuesto. Sobretodo Logran que el material compuesto tenga unas elevadas propiedades específicas de Rigidez y resistencia en su dirección longitudinal. Al material de refuerzo (las fibras) deben poseer una serie de carácterísticas, como son:* buenas Carácterísticas mecánicas: alta rigidez y alta tracción.* Estabilidad frente a Agentes químicos.* Estabilidad al desgaste.* Compatibilidad química y de Adherencia con la matriz polimérica. En general se puede afirmar es que las Mejores propiedades de los materiales compuestos se consiguen cuando las fibras Están uniformemente distribuidas. El componente fibroso de refuerzo de estos materiales Puede consistir en fibras continuas o en segmentos cortos. Si se utilizan fibras Cortas, éstas deben ser de mayor diámetro. 

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