Mullita y materiales compuestos de matriz cerámica: propiedades, procesos y tipos de refuerzo

Mullita: estudios sobre la fusión y métodos de obtención

Aramaki y Roy: Obtenido por mezcla y sinterizado de polvos de Al₂O₃ y SiO₂. Muestra que la mullita funde congruentemente.

Aksay y Pask: Obtenido utilizando fases de difusión de monocristales de α-Al₂O₃ y un vidrio de aluminosilicato. Indican que la fusión de la mullita es incongruente, dando lugar a una mezcla de α-Al₂O₃ y líquido. El rango de solubilidad es muy similar al obtenido por Aramaki.

Klug: Obtenido a partir de polvos vía sol-gel y prensados en caliente. Sugiere, de nuevo, una fusión incongruente de la mullita.

Parece que, cuando existen núcleos de α-Al₂O₃, la mullita funde de forma incongruente, mientras que la ausencia de tales núcleos posibilita la fusión congruente.

Materiales compuestos de matriz cerámica

48. ¿Qué son los materiales compuestos? Son aquellos materiales que se forman por la unión de dos o más materiales, constituidos por una matriz y un refuerzo.

49. ¿Hacia dónde se encaminan las investigaciones para superar los inconvenientes de los materiales cerámicos? Se encaminan hacia la composición, el diseño y el procesado.

Clasificación de los compuestos cerámicos en función de la morfología de la segunda fase: Materiales compuestos de matriz cerámica reforzados con fibras, con partículas o con whiskers.

50. Principales factores que pueden influir en la resistencia, tenacidad y fiabilidad de un material compuesto de matriz cerámica:

• La fracción volumétrica de los constituyentes.
• La forma de la fase dispersa.
• Las dimensiones del refuerzo.
• La orientación del refuerzo.

Materiales compuestos de matriz cerámica con fibras

Preguntas y conceptos:

1. Regla de las mezclas (ecuación de resistencia) y sus términos.
2. Ecuación del módulo elástico y sus términos.
3. Dibuja la curva tensión-deformación de un cerámico y del mismo compuesto.

55. Consideraciones más importantes a tener en cuenta durante la fabricación de materiales compuestos con matriz cerámica reforzados con fibras: coeficiente de expansión térmica, módulo de elasticidad, resistencia y tenacidad mayores en las fibras que en la matriz.

56. ¿Cuáles son las fibras de uso más generalizado en los materiales compuestos de matriz cerámica? Carbón, carburo de silicio y fibras de óxido.

57. ¿Qué es el Nicalon? Es la fibra de carburo de silicio más utilizada.

58. ¿Qué es el PAN? Es la fibra de carbono más utilizada (poliacrilonitrilo).

Materiales compuestos de matriz cerámica reforzados con partículas

59. ¿Qué objetivos principales tienen los materiales compuestos reforzados con partículas? Mantener tenacidad y mejorar dureza, o mejorar tenacidad sin que se vea afectada la dureza.

60. ¿Cuál es la diferencia de objetivo entre un material compuesto con fibras y otro con partículas? Un material compuesto con partículas tendrá como objetivo mejorar la tenacidad y la dureza. Un material compuesto con fibras tendrá como objetivo soportar solicitaciones (cargas, esfuerzos).

61. Si quiero mejorar dureza, qué tipo de reforzamiento utilizaría para un material compuesto: partículas, fibras o whiskers? Para dureza, el refuerzo que más garantiza el mantenimiento será el refuerzo con partículas.

62. ¿Cuál es la tecnología de fabricación habitual de cerámicos reforzados con partículas? La pulvimetalurgia.

Materiales compuestos reforzados con whiskers de matriz cerámica

63. ¿Qué pros y contras tiene utilizar compuestos reforzados con whiskers? Incorporarlos permite alcanzar valores de tenacidad altos; el inconveniente es su carácter potencialmente cancerígeno.

64. ¿Por qué procesos se pueden obtener los whiskers? Por reducción carbotérmica y por proceso sólido-líquido-vapor.

65. ¿En qué tipo de aplicaciones se utilizan los compuestos reforzados con whiskers? Aplicaciones que requieren gran dureza, resistencia al desgaste y posibilidad de trabajar a temperaturas elevadas.

Preguntas prácticas y procesos

66. Se va a fabricar el recubrimiento de un transbordador espacial para lo cual existen varias opciones, ¿cuál de las siguientes opciones es la mejor? Fabricar losetas de 20 x 20 cm y espesor "e" dispuestas en 3 capas superpuestas al tresbolillo.

67. ¿Cuál es la mejor opción para fabricar un pilar vertical de sección circular de material cerámico que va a estar sometido a un esfuerzo vertical? En 4 discos superpuestos que se unen por planos horizontales.

68. ¿Cuál es el objetivo principal de una aleación cerámica? Reducir la escasa fiabilidad. La densificación total.

69. ¿Para qué sirve el proceso Bayer? Para la fabricación de polvos de alúmina.

Observaciones finales

El texto conserva los conceptos fundamentales y las numeraciones originales. Se han corregido errores ortográficos y de puntuación, y se han añadido etiquetas y estructura para mejorar la legibilidad y la indexación en motores de búsqueda.