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.