INDICESOLIDIFICACION DE MATERIALES1.- SOLIDIFICACION DE METALES1.1.-Introduccion e importancia tecnolgica de los metales1.2.-Mecanismo de crecimiento1.2.1-Crecimiento planar1.2.2-Crecimiento dendrtico1.3.-El tiempo de solidificacin y tamao de dendrita1.4.--Efectos sobre la estructura y propiedades1.5.-Estructura de la pieza colada1.5.1-Zona de enfriamiento rpido1.5.2.-Zona columnar1.5.3-Zona equiaxica1.6-Solidificacion direccional, crecimiento de mono cristales y crecimiento epitaxial1.7.-Colada continua y vaciado de lingotes1.8.-Defectos de la solidificacin1.8.1.- Contraccin1.8.2.-Contraccion interdendritica1.8.3.- Sopladuras o porosidad de gas

2.-SOLIDIFICACION DE MATERIALES CERAMICOS2.1.-Introduccin de materiales cermicos2.2.-Tipo de sustancia2.3.-Propiedades de los materiales cermicos2.4.-Procesamiento de los materiales cermicos

3.-SOLIDIFICACIN DE MATERIALES SEMICONDUCTORES3.1.- Proceso czochralski3.2.- Fusin por zonas

4.- MATERIALES POLMEROS.4.1 Cristalinidad y estereoisomera de termoplsticos.4.2. Termoplsticos de inters en ingeniera4.3 Deformacin de polmeros termoplsticos4.3.1. Comportamiento elstico4.3.2. Comportamiento plstico4.3.3. Viscoelasticidad

5.-SOLIDIFICACION DE MATERIALES COMPUESTOS5.1.-Materiales compuestos particulados5.2.-Materiales compuestos reforzados con fibras5.3.-Manufactura de fibras y de materiales compuestos5.4.-Materiales compuestos laminares5.5.-Produccion del material compuesto5.6.-Produccion de compuestos laminares

6.-BIBLIOGRAFIA

IntroduccinEn general, los productos metlicos se originan en una primera etapa en estado lquido, luego del cual se pasa al estado slido mediante moldes o por colada continua. El proceso de solidificacin es determinante para la calidad del producto final, porque si el material queda defectuoso en esta etapa, ser muy difcil efectuar las correcciones en el procesamiento posterior.Defectos frecuentes de la etapa de fusin y solidificacin son: -porosidades-microgrietas-inclusiones no metlicas-segregacin de elementos de aleacin-formas de granos muy heterogneas (por ejemplo: granos muy alargados y granos pequeos-rechupes, (huecos debidos a la contraccin del metal lquido al solidificarse y que no han sido llenados por ms metal lquido). No obstante es importante mencionar que la solidificacin no solo se da en metales sino tambin en los materiales cermicos, polmeros, semiconductores y materiales compuestos.La obtencin de un producto sano por solidificacin no es simple y requiere un profundo conocimiento acerca de la relacin entre diferentes variables que veremos en este captulo.

SOLIDIFICACION DE METALES

1.1.-INTRODUCCION E IMPORTANCIA TECNOLOGICA DE LOS METALESLa capacidad de usar el fuego para producir, fundir y colar metales como el cobre, bronce y acero se considera como un mito importante en la evolucin de la especie humana.El uso del fuego para reducir los minerales naturales y obtener metales y aleaciones condujo a la produccin de herramientas y otros productos tiles.Mediante el proceso de vaciado, cada ao se producen varios millones de libras de acero, aleaciones de aluminio, cobre y zinc.Por lo anterior, la solidificacin es una tecnologa extremadamente importante para controlar las propiedades de productos derivados de la fusin y tambin como medio para fabricar materiales modernamente diseados.Cuando se solidifica una pieza metlica vaciada, las impurezas en el material fundido y en las paredes del molde en el que se hace la solidificacin actan como sitios de nucleacin heterognea.A veces se introducen intencionalmente partculas nucleantes en el lquido, conocidos como prcticas de refinamiento del grano o inoculacin. Las sustancias que se agregan a los metales fundidos para promover la nucleacin y en consecuencia un tamao ms fino de grano, se llaman refinamiento de grano o inoculantes. Por ejemplo, muchas aleaciones liquidas de aluminio se les agrega una combinacin de 0.03% de Titanio (Ti) y 0.01% de Boro (B); se forman partculas diminutas de Aluminio Titanio (Al3Ti) o de diboruro de Titanio (TiB2) y sirven como sitios para nucleacin heterognea. La refinacin del grano o inoculacin produce mayor cantidad de granos, cada uno de los cuales comienza a crecer a partir de un ncleo. Una mayor superficie de lmite de grano proporciona endurecimiento por tamao de grano a los materiales metlicos.En los materiales metlicos, los lmites de grano o la formacin de precipitados ultrafinos de una segunda fase, pueden resistir el movimiento de las dislocaciones. El endurecimiento de los materiales con precipitados ultrafinos se llama endurecimiento por dispersin o por segunda fase; se utiliza ampliamente para mejorar las propiedades mecnicas de muchas aleaciones.

1.2.-MECANISMO DE CRECIMIENTOUna vez que se forman los ncleos solidos de una fase (en un lquido o en otra fase solida), comienza el crecimiento conforme se fijan ms tomos a la superficie del slido. En esta descripcin, nos concentraremos en la nucleacin y el crecimiento de cristales en el lquido. La naturaleza del crecimiento de los ncleos solidos depende de cmo se elimina el calor de3l material fundido.En el proceso de solidificacin se debe eliminar dos clases de calor: el calor especfico del lquido y el calor latente de fusin. El calor especfico es el que se requiere para cambiar un grado de temperatura de un peso unitario del material. Primero, se debe eliminar el calor especfico, ya sea por radiacin a la atmosfera cercana o por conduccin hacia el molde que lo rodea, hasta que el lquido se enfra a su temperatura de solidificacin.No es ms que enfriar el lquido de una temperatura hasta la temperatura a la cual comienza la nucleacin. Se debe eliminar el calor latente de fusin de la interfaz solido-liquido para que se complete la solidificacin.

1.2.1.-CRECIMIENTO PLANARCuando un lquido bien inoculado(es decir que contenga agentes nucleantes) se enfra bajo condiciones de equilibrio, no hay necesidad de subenfriarlo porque puede presentarse la nucleacin heterognea.Toda pequea protuberancia que comienza a crecer en la interfaz est rodeada de lquido a mayor temperatura que la solidificacin. Entonces se detiene el crecimiento de la protuberancia hasta que se empareje con el resto de la interfaz. A este mecanismo de crecimiento se le llama crecimiento plano y se efecta por el movimiento de una interfaz solida-liquida lisa hacia el lquido.1.2.2.-CRECIMIENTO DENDRITICO Cuando el lquido no se inocula y la nucleacin es mala, se debe subenfriar el lquido para que se forme el slido. Bajo estas condiciones, una pequea protuberancia llamada dendrita la cual se forma en la interfaz puede incrementar su crecimiento, porque el lquido por delante del frente de solidificacin esta subenfriado.

Al crear la dendrita solida el calor latente de fusin pasa hacia el lquido subenfriado elevando su temperatura hacia la temperatura de solidificacin. Tambin puede formarse brazos secundarios y terciarios de dendrita sobre los tallos primarios para acelerar el desprendimiento del calor latente.El crecimiento dendrtico contina hasta que el lquido subenfriado se calienta a la temperatura de solidificacin. Despus, todo el lquido se solidifica por crecimiento plano.La diferencia entre el crecimiento dendrtico y plano aumenta por distintos sumideros del calor latente de fusin. El molde debe absorber el calor en el crecimiento plano pero el lquido subenfriado absorbe el calor en el crecimiento dendrtico.

1.3.-EL TIEMPO DE SOLIDIFICACIOON Y TAMAO DE DENDRITA La rapidez con que se efecta el crecimiento del solido depende de la velocidad de enfriamiento es decir, la rapidez de extraccin del calo. Una velocidad de crecimiento produce una solidificacin rpida o tiempos cortos de solidificacin.El tiempo requerido para que se solidifique una pieza colada simple se puede calcular con la regla de Chvorinov:

Dnde:V= Volumen de la pieza y representa la cantidad de calor que debe eliminarse para que aya solidificacin.A= Es la superficie de la pieza en contacto con el molde y representa la superficie desde la cual se puede disipar el calor de las pieza.n= Es una constante (por lo general aproximadamente 2).B= Es la constante del molde

Esta constante depende de las propiedades de las temperaturas iniciales, tanto del metal como el del molde. La solidificacin comienza con la superficie, donde el calor se disipa hacia el material del molde que lo rodea.

1.4.-EFECTOS SOBRE LA ESTRUCTURA Y PROPIEDADESEl tiempo de solidificacin afecta el tamao de las dendritas. Normalmente el tamao de una dendrita se caracteriza midiendo la distancia entre sus brazos secundarios.La distancia entre los brazos dendrticos secundarios, se reduce cuando la pieza se solidifica con mayor rapidez. El proceso de solidificacin rpida se usa para producir distancias entre brazos de dendrita secundaria excepcionalmente pequeos; un mtodo comn consiste en producir gotitas liquidas finas que se congelan formando partculas slidas. A este proceso se le llama atomizacin.

1.5.-ESTRUCTURA DE LA PIEZA COLADA

En la fabricacin de una mezcla de componentes por el proceso de fusin o vaciado, los metales fundidos se vierten en moldes y se dejan solidificar. El molde produce una forma final llamada lingote.1.5.1.-ZONA DE ENFRIAMIENTO RAPIDOEs una banda angosta de grano de orientacin aleatoria de la superficie de la pieza. El metal en la pared del molde es el primero que llega a la temperatura de solidificacin. Adems, la pared del molde proporciona muchas superficies en la cual tiene lugar la nucleacin heterognea.1.5.2.-ZONA COLUMNARLa zona columnar contiene granos alargados orientados en determinada direccin cristalogrfica. Los granos crecen con ms rapidez en direcciones cristalogrficas; al final tienen direcciones que son paralelas entre s, que proporciona propiedades anisotropicas a esta zona.La formacin de la zona columnar determinada proporcionalmente por los fenmenos de crecimiento y no por los de nucleacin.1.5.3.-ZONA EQUIAXICAAunque el slido puede continuar creciendo en forma columnar hasta que se solidifique todo el liquido, frecuentemente se forma una zona equiaxica con el centro de la pieza colada o lingote. La zona equiaxica contiene nuevos granos orientados al azar, frecuentemente a causa de una baja temperatura de vaciado, de la presencia de elementos de aleacin o agentes para refinamiento de granos o inoculantes. Estos granos crecen en forma relativamente redonda y se detienen el crecimiento de los granos columnares. La formacin de la zona equiaxica es un proceso controlado por nucleacin y hace que esa parte de la pieza muestre comportamiento isotrpico. El cambio de zona columnar equiaxica queda casi en las paredes del molde.

1.6.-SOLIDIFICACION DIRECCIONAL, CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES Y CRECIMIENTO EPITAXIALLa solidificacin direccional, es un proceso, en el que el molde se caliente en un extremo y se enfra en otro para producir una , microestructura columnar, con todos los lmites de granos en la direccin longitudinal de la parte.Se obtienen propiedades todava mejores aplicando la tcnica de mono cristal.CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES: Es una de las aplicaciones importantes de la solidificacin. Los hornos de crecimiento de cristales que contienen los materiales fundidos se pueden mantener a una temperatura precisa y establece. Frecuentemente se usa como semilla un cristal pequeo con orientacin cristalogrfica predeterminada. Se controla la transferencia de calor para que todo el material fundido cristalice en un mono cristal. Normalmente los mono cristales tienen propiedades muy mejoradas, controladas y predecibles.

CRECIMIENTO EPITAXIAL: Si la coincidencia cristalina entre el sustrato y la pelcula es buena (de una diferencia porcentual pequea) es posible hacer crecer pelculas delgadas altamente orientadas o de mono cristal. A Este proceso se le llama epitaxico.

Cuando se hacen crecer pelculas delgadas de un material sobre el sustrato del mismo material, el proceso se llama hemoepitaxia.Cuando se hacen crecer pelculas delgadas poli cristalinas muy orientadas o de mono cristal sobre otro material que proporciona sitios de nucleacin heterognea, el proceso se llama heteroepitaxia.1.7.-COLADA CONTINUA Y VACIADO DE LINGOTESEl vaciado es un medio que se usa en la fabricacin de componentes. Tambin es un proceso para producir lingotes que se pueden seguir procesando para obtener diversas formas como barras, varillas, alambres, etc.En el vaciado de lingotes, los aceros o las aleaciones fundidas que se obtienen en un horno se vacan en moldes grandes. Las piezas que se obtienen se llaman lingotes y se procesan despus para convertirlos en formas tiles mediante procesamiento termo mecnico, frecuentemente en otro lugar.En el proceso de colada continua, la idea es pasar desde un material metlico fundido hasta una forma ms til o semideterminada. La colada continua es econmica para procesar muchos aceros, aceros inoxidables y aluminio. Tambin es econmico el vaciado en lingotes y se usa en aceros cuando no se dispone de una mquina de colada continua.1.8.-DEFECTOS DE LA SOLIDIFICACIONAunque son muchos los defectos que potencialmente se pueden generar durante la solidificacin, la contraccin y la porosidad merecen mencin especial.Si una pieza contiene poros (agujeros pequeos), esa pieza puede fallar catastrficamente si se usa en aplicaciones de carga.

1.8.1.- CONTRACCIONCasi todos los materiales son ms densos en estado slido que en estado lquido. Durante la solidificacin, se contrae o encoge hasta un 7%.La mayor parte de la contraccin produce cavidades, si la solidificacin comienza en todas las superficies de la pieza, o rechupes, si una superficie se solidifica con ms lentitud que las dems. La presencia de estos rechupes puede ocasionar problemas e incluso hasta explosiones.Una tcnica comn para controlar las cavidades y los rechupes es poner una mazarota, que es un depsito adicional de metal adyacente y comunicado con la pieza vaciada. Al solidificarse la pieza y contraerse, el metal liquido pasa de la mazarota a la pieza para ocupar el hueco de contraccin. Solo debemos asegurarnos de que la mazarota se solidifique despus de la pieza; y de que exista un canal interno de lquido que conecte al lquido de la mazarota con el ltimo liquido en solidificarse en la pieza.

RECHUPES

CAVIDADES

MAZAROTA

1.8.2.-CONTRACCION INTERDENDRITICAConsiste en pequeos poros de contraccin entre dendritas. Es tambin llamado micro porosidad, es difcil de evitar usando mazarotas. Las altas velocidades de enfriamiento pueden reducir los problemas de contraccin interdendritica.1.8.3.- SOPLADURAS O POROSIDAD DE GASEl exceso de hidrogeno que no puede incorporarse en la estructura cristalina del metal o la aleacin solida forma burbujas que pueden quedar atrapadas en el metal solido, produciendo porosidades de gas o sopladuras. La cantidad de gas que se puede disolver en el metal fundido se determina con la ley de sievert:P = Kp1/2Dnde:P= Es la presin parcial del gas en contacto con el metal.K= Es una constante que para determinado sistema de metal y gas aumenta al aumentar la temperatura.

Se pueden minimizar las sopladuras en las piezas coladas manteniendo baja la temperatura del lquido o agregando al lquido materiales que se combinen con el gas y formen un lquido o asegurando que la presin parcial del gas se mantenga baja.El lavado con gas o burbujeo es un proceso en el que se inyectan burbujas de un gas, que puede ser inerte o reactivo, en un metal fundido, para eliminar elementos indeseables en l. MATERIALES CERAMICOS2.1.- INTRODUCCIONLos materiales cermicos son aquellos materiales qumicamente definidos como inorgnicos y no metlicos.Las estructuras estables de los materiales cermicos se forman cuando los aniones que rodean un catin estn todos en contacto con el catin tal como se muestra.

Configuraciones estables e inestables de la coordinacin entre aniones y cationes2.2.-ESTRUCTURA CERMICAEn los materiales cermicos existe una dificultad a la difusin dado el tipo de enlace ya que la base o unidades estructurales que se desplazan estn formadas por varios tomos y no por uno como en el caso de los metales. Esta dificultad promueve unidades estructurales desordenadas formando estructuras amorfas.

2.3.-HIDROPLASTICIDAD Las arcillas contienen muchas fases, pero la ms importante es la arcilla mineral, como la caolinita, que le confiere la plasticidad. El polvo obtenido tiene una buena plasticidad y su humedad vara segn elmtodode conformado a usar, pero su resistencia es baja debido a que el conformado se hace en verde. Tambin se utilizan slice y feldespatos (usados como fundentes). Se hacen muyplsticos, (propiedad que se denomina hidroplasticidad)

2.4.-IMPERFECCIONES EN LAS CERAMICASEn los compuestos cermicos pueden existir defectos atmicos que involucran los tomos del disolvente.Catin intersticial: se le denomina defecto FRENKEL, est formado por un par que incluye una vacante catinica y un catin intersticial. Vacante catinica: conocido como defecto SCHOTTKY, es un par vacante catinica-vacante anionica.

2.5.-PROCESAMIENTO DE LOS MATERIALES CERMICOS

CONFORMADOExisten diversas tcnicas, y la que se elija depende del material y de la forma, el tamao y las propiedades que se deseen para el componente terminado. Las principales clasificaciones de las tcnicas de conformado son en seco y en hmedo.Moldeo en barbotina o colado.En un molde de escayola (yeso) se vierte una mezcla de arcilla y agua llamada barbotina; el molde absorbe el agua de la pasta, que forma una capa delgada en su cara interna.

Las piezas pueden alcanzar un 9% de humedad, necesitando unsecado previoa la coccin. Proceso de moldeo en barbotina para piezas macizas y huecas.

MOLDEO POR PRESINSe utiliza una pasta lquida a presin para aumentar lavelocidadde formacin de las piezas. No se utilizan moldes de escayola, ya que carecen de la resistencia y estabilidad necesarias a estas temperaturas y presiones. Las piezas suelen salir con aproximadamente 7% de humedad.

PRENSADO DE POLVOExisten tres procedimientos bsicos de prensado polvo.Uniaxial: El polvo se compacta en una matriz metlica mediante presin, aplicada en una sola direccin.Isosttico: El material en polvo est contenido en un encapsulado de goma y la presin se aplica isostticamente mediante un fluido (es decir, tiene la misma magnitud en todas direcciones).

SECADODurante el secado, elcontrol de la velocidad de eliminacin de agua es crtico. A medida que un cuerpo cermico de arcilla se seca, tambin experimenta contraccin. En las primeras etapas de secado, las partculas de arcilla estn rodeadas por una pelcula muy fina de agua. A medida que el secado progresa y se elimina agua, la distancia entre partculas disminuye, lo cual se pone de manifiesto en forma de una contraccin. El secado en la parte interna de un cuerpo se realiza por difusin de molculas de agua hasta la superficie, donde ocurre la evaporacin.

SINTERIZADOEs la transformacin de unproductoporoso en compacto, en los casos que no se desea la vitrificacin en vez de ello se consigue laresistenciadeseada mediante la difusin.

COCCIONDespus del secado, generalmente el cuerpo es cocido a temperaturas entre 900 y 1400C (1600 y 2550F) la temperatura de coccin depende de la composicin y de las propiedades deseada de la pieza terminada.

MATERIALES SEMICONDUCTORES

3.1.-PROCESO CZOCHRALSKIElprocesoomtodo de Czochralskiconsiste en un procedimiento para la obtencin delingotesmonocristalinos. Fue desarrollado por el cientfico polacoJan Czochralski.Este mtodo es utilizado para la obtencin desiliciomono cristalino mediante uncristalsemilla depositado por un bao de silicio. Es de amplio uso en la industria electrnicapara la obtencin dewafersuobleas, destinadas a la fabricacin detransistoresycircuitos integrados.Para tener una idea de la funcionalidad que tiene este proceso en la industria microelectrnica. Cada chip creado de estas obleas miden 8mm de lado, esto hace que en cada oblea tengamos de 120 a 130 circuitos. Cada oblea es tratada de forma que todos los circuitos se hacen a la vez, pasando por el mismo proceso en el mismo instante.El mtodo consiste en tener un crisol (generalmente de cuarzo) que contiene el semiconductor fundido, por ejemplogermanio. La temperatura se controla para que est justamente por encima delpunto de fusiny no empiece a solidificarse. En el crisol se introduce una varilla que gira lentamente y tiene en su extremo un pequeo mono cristal del mismo semiconductor que acta como semilla. Al contacto con la superficie del semiconductor fundido, ste se agrega a la semilla, solidificndose con su red cristalina orientada de la misma forma que aquella, con lo que el mono cristal crece. La varilla se va elevando y, colgando de ella, se va formando un mono cristal cilndrico. Finalmente se separa el lingote de la varilla y pasa a lafusin por zonaspara purificarlo.Al controlar con precisin los gradientes de temperatura, velocidad de traccin y de rotacin, es posible extraer un solo cristal en forma de lingotes cilndricos. Con el control de esas propiedades se puede regular el grosor de los lingotes.Para entender mejor este proceso vase el siguientevideoLa ocurrencia de situaciones de inestabilidad no deseada en la masa fundida se puede evitar mediante la investigacin y la visualizacin de los campos de temperatura y la velocidad durante el proceso de crecimiento de cristales. Cuando la temperatura asciende, el propio lingote se va fundiendo, pero si desciende, se forman agregados que no son mono cristalinos.Este proceso se realiza normalmente en una atmsfera inerte, como argn, y en una cmara inerte, como cuarzo.Ventajas.El crecimiento de una superficie libre (tan opuesta a la solidificacin en una configuracin confinada) acomoda la expansin volumtrica sin mayor problema, esto elimina complicaciones que podran surgir cuando el fundente moje el contenedor.Por este mtodo se pueden obtener mono cristales grandes a altas velocidades. Actualmente el dimetro de los cristales puede variarse cambiando los parmetros trmicos. Tambin puede alcanzarse alta perfeccin cristalina.LimitacionesA pesar de que el crecimiento Czochralski puede llevarse a cabo bajo presiones moderadas, ste no se presta para el crecimiento de materiales cuya presin de vapor o cuando uno de sus constituyente sea alto en el punto de fundicin.Las dificultades primarias estn asociadas con problemas del manejo de la rotacin y el jalado del cristal y con los requerimientos de la configuracin trmica para mantener el equilibrio termodinmico entre el vapor y el fundente.Requerir un crisol en crecimiento Czochralski presenta peligro de contaminar el fundente. Adems que este mtodo no se presta para crecimiento continuo.Fig. Breve explicacin del proceso

Fig. Crisoles usados en el proceso Czochralski

Fig. Crisoles despus de ser usados

Fig. Lingote de silicio monocristalino

3.2.-Fusin por zonas

Representacin de un crisol para fusin por zonas.LaFusin por zonases un mtodo que permite purificar los lingotes de unsemiconductor. Se basa en que las impurezas se disuelven en el semiconductor fundido. Luego, si una zona fundida avanza por el lingote, las impurezas se irn concentrando en ella, quedando a su paso el semiconductor purificado.La fusin por zonas se realiza en un crisol de cuarzo que se mueve con respecto a unabobinade induccin, por la que circula corriente deradiofrecuenciaque inducecorrientes de Foucaulten el semiconductor, llegando a fundirlo, porefecto Joule. Al ir avanzando la bobina, la zona fundida tambin lo hace, arrastrando consigo las impurezas, mientras el semiconductor se recristaliza al enfriarse. Se suelen realizar varias pasadas y, al final, se corta el extremo que contiene las impurezas acumuladas. Mediante este mtodo se consigue una concentracin de impurezas en el lingote tratado, que puede llegar a ser menor de una parte por milln.La bobina suele estar construida con tubo de cobre, por cuyo interior circula agua para refrigerarla.No todas las impurezas se eliminan fcilmente. Eloxgeno, por ejemplo, es muy difcil de separar delsilicio. Por ello se procura que la purificacin qumica previa no aada oxgeno. La mayor o menor facilidad para separar los tomos de un elemento determinado se llama ndice de segregacin de ese elemento. Cuanto mayor sea, ms fcil es que la fusin por zonas separe este elemento.

MATERIALES POLMEROS.4.1 Cristalinidad y estereoisomera de termoplsticos.Cuando solidifican los termoplsticos desde el estado liquido pueden formar un slidono cristalinoo un slido cristalino. Si repasamos la solidificacin y enfriamiento lento de termoplsticos no cristalinos o semicristalinos se produce, como se observa en la figura 15.5, un descenso del volumen especifico con la disminucin de temperatura que presenta un cambio de pendiente a una temperatura caracterstica del material que recibe el nombre detemperatura de transicin vtrea, Tg, por encima de la cual el polmero presenta un comportamiento viscoso (gomoso, elstico), y por debajo un comportamiento de vidrio quebradizo.

Figura 15.5. Solidificacin y enfriamiento de termoplsticos no cristalinos y parcialmente cristalinos con cambio de volumen especfico con la temperatura.Esta rpida disminucin se debe al empaquetamiento de las cadenas polimricas en las regiones cristalinas del material, ya que la estructura del material est compuesta por regiones cristalinas inmersas en una matriz amorfa de lquido subenfriado, que por debajo de Tgpasa al estado vtreo, quedando la estructura formada por regiones cristalinas inmersas en una matriz amorfa vtrea.Aunque la forma exacta en la que las molculas de polmeros se ordenan en estructuras cristalinas no est perfectamente conocida, si que se conocen perfectamente diferentes distribuciones estructurales para polmeros de idntica composicin qumica. Si tomamos como ejemplo el polipropileno, pueden existir tres formas estereoismeras diferentes, tal como se aprecia en la figura 15.6:

Figura 15.6. Estereoismeros del polipropileno: a) Ismero atctico, b) ismero isotctico, y c) ismero sindiotctico.1)Estereoismero atctico. Los grupos metilo del polipropileno estn dispuestos de forma aleatoria a un lado y otro de la cadena principal.

2)Estereoismero isotctico. Los grupos metilo se encuentran siempre en el mismo lado de la cadena principal.

3)Estereoismero sindiotctico. Los grupos metilo sustituyentes estn distribuidos alternativamente en uno y otro lado de la cadena principal.

De los tres, es el isotctico el que a escala industrial se produce mayoritariamente puesto que su alta cristalinidad hace que presente mejores resistencias en general y en particular al calor que los otros estereoismeros.4.2. Termoplsticos de inters en ingenieraA continuacin se detallan algunos de los aspectos mas importantes de los materiales termoplsticos de mayor aplicacin, cuyas propiedades y aplicaciones ms extendidas, aparecen reflejadas en la tabla 15.1.Tabla 15.1. Propiedades y aplicaciones de termoplsticos.PolmeroEstructuraCarga rotura (MPa)Alarg.(%)Mdulo de elasticidad (GPa)Densidad (Mg/m3)Temp. def. por calor a 455 kPaAplicaciones

Polietileno (PE)Baja densidadAlta densidad8-2121-3850-80015-1300.1-0.280.4-1.200.920.964285Embalaje, aislantes elctricos, artculos del hogar, botellas

Policloruro de vinilo (PVC)34-622-1002.1-4.101.40-Tuberas, vlvulas, revestimientos de suelos, aislantes elctricos, revestimientos de automviles

Polipropileno (PP)28-4110-7001.1-1.50.90115Tanques, embalaje, fibras para ropa y sobrenvolturas

Poliestireno (PS)22-551-602.6-3.11.0682Embalaje y espumas aislantes, revestimientos de automviles, electrodomsticos y utensilios de cocina

Policloruro de vinilideno(PVPS)24-34160-2400.3-0.551.1560Embalaje, tuberas, chubasqueros

Poliacrilonitrilo (PAN)623-43.5-4.01.1578Fibras textiles, precursor de fibras de carbono, embalaje de alimentos

Polimetil-metacrilato (PMMA)41-822-52.4-3.11.2293Acristalamiento de vehculos, lentes de contacto, iluminacin exterior, seales publicitarias, pantallas de seguridad, gafas protectoras.

Policlorurotri-fluoretileno31-4180-2501.0-2.12.15125Aislante elctrico, componente de vlvulas, juntas.

Politetrafluor-etileno (PTFE)14-48100-4000.41-0.552.17120Cierres, juntas, vlvulas, anillos de estancamiento, recubrimientos antiadherentes.

Polioximetileno (Acetales)(POM)65-8325-753.61.42165Cojinetes, engranajes, bolgrafos, fijacin de caeras, aletas de ventiladores.

Poliamida (PA)(Nylon)76-8360-3002.8-3.41.14245Cojinetes, engranajes, fibras, textil, componentes de automviles y componentes elctricos.

Ftalato de polietileno, polister (PET)55-7250-3002.8-4.11.3638Fibras, pelculas fotogrficas, cintas audio, recipientes para bebidas y comidas precocinadas.

Policarbonato (PC)62-76110-1302.1-2.81.2138Componentes y herramientas elctricas domsticas, lentes, material antivandlico.

Celulosa14-555-501.4-1.71.3067Textiles (rayn), embalaje (celofn), adhesivos, recubrimientos, pelculas fotogrficas, gafas de seguridad.

Poliimidas (PI)76-1178-102.11.39320Adhesivos, circuitos impresos, fibras para equipos aerospaciales.

Polieter-etercetona (PEEK)7050-1503.81.31160Aislamientos elctricos y recubrimientos para altas temperaturas.

Sulfuro de polifenileno (PPS)65.51-23.31.3135Revestimientos, componentes elctricos y electrnicos.

Polietersulfona (PES)8430-802.41.37200Componentes de electrodomsticos, componentes de microondas.

Poliacritalo6250-652.21.21180Seales de trfico, componentes de microondas.

Polieterimida (PEI)105602.91.27210Elctricas, automocin y componentes de motores a reaccin.

Poliamida-imida (PAI)117-186154.1-5.01.39267Componentes electrnicos, aplicaciones en automocin y aerospaciales.

De todos ellos son el PE, PVC, PP y PS los que cubren casi el 70% del consumo total en materiales plsticos. Sus aplicaciones de uso general se basan en exigencias que no precisen propiedades muy especiales y de bajo coste, por ejemplo temperaturas de trabajo no superiores a 120C, as como bajos valores de densidad.

POLIETILENO: Existen dos tipos de PE, el de baja densidad, LDPE y el de alta densidad, HDPE. El de baja se caracteriza por tener una estructura de cadena ramificada, menor grado de cristalinidad y densidad, mientras que el de alta presenta generalmente una estructura de cadena lineal, con mayor cristalinidad y ms alta resistencia. La estructura de la cadena del PE se esquematiza en la figura 15.7, as como algunas de sus propiedades.

Figura 15.7. Estructura de cadena y propiedades ms significativas de diferentes tipos de PE. a) Alta densidad. b) Baja densidad.Este termoplstico es el ms ampliamente empleado, mas del 30% del total, y sus propiedades ms sobresalientes son:Gran tenacidad a temperatura ambiente y bajas temperaturas.

Resistencia mecnica suficiente para las aplicaciones de produccin.

Buena flexibilidad en un amplio rango de temperaturas.

Excelente resistencia a la corrosin.

Muy buenas propiedades aislantes.

Inodoro e inspido.

CLORURO DE VINILO: Es el segundo en importancia basado en su alta resistencia qumica y su facilidad para mezclarse con numerosos aditivos que dan lugar a un elevado nmero de compuestos de gran variedad de propiedades fsicas y qumicas.La presencia del tomo de Cl, voluminoso y con gran electronegatividad, produce un material amorfo y no cristalizable, con fuertes uniones cohesivas producidas por los intensos momentos dipolares creados por los Cl y de cierta rigidez molecular que dificulta su procesado. Es por ello que precise la accin de aditivos que permitan su procesado.Los aditivos utilizados son plastificantes, derivados del ftalato, estabilizadores de calor para impedir su degradacin, compuestos organometlicos de Sn, Pb, Ca y Zn; lubrificantes, ceras, steres grasos, cargas o productos de relleno, carbonato clcico y pigmentos para dar color, opacidad, impermeabilidad.

POLIPROPILENO: Este plstico resulta interesante por su bajo precio al obtenerse de derivados petroqumicos. La incorporacin a la cadena de PE de un grupo CH3 restringe el movimiento de la cadena resultando un material ms resistente y rgido, que aumenta la Tg y la temperatura de fusin. Entre sus propiedades ms significativas destacan:Buena resistencia qumica a la humedad y calor.

Baja densidad (0,90-0,91 g/cm3).

Buena dureza superficial.

Buena estabilidad dimensional.

Flexibilidad notable.

POLIESTIRENO: Este material incorpora la presencia de un anillo de fenilo que proporciona una configuracin con fuerte impedimento estrico de gran rigidez, fcilmente procesable pero relativamente frgil y quebradizo. La fragilidad se mejora por copolimerizaciones con polibutadieno. En general acaban degradndose y son muy sensibles al ataque qumico por disolventes orgnicos.Resultan especialmente interesantes los derivados de su copolimerizacin con acrilonitrilos (incorporan el grupo CN) que se conocen con las siglasSAN, amorfos, con grupos de gran polaridad que presentan fuerzas atractivas por puentes de hidrgeno entre las cadenas. Estos tienen alta resistencia qumica, superior tenacidad, son duros y rgidos, exhibiendo la transparencia y claridad del PS.

ABS: Son los derivados del acrilonitrilo-butadieno-estireno. Estos materiales son conocidos por la optimizacin de propiedades que presentan como la tenacidad, solidez mecnica combinada con su fcil procesabilidad.

ACRILICOS: El polmero ms extendido de este grupo es el polimetacrilato de metilo,PMMA, que es un termoplstico duro, rgido, transparente y de buena resistencia atmosfrica. Se conoce con el nombre comercial de Plexiglas o Lucite. La presencia de los grupos metilo y metacrilato sobre el mismo carbono de la cadena determina un impedimento estrico importante, por lo que es rgido y relativamente fuerte, dotado de una alta resistencia qumica, alta transparencia y completamente amorfo.

FLUORPLASTICOS: Presentan uno o ms tomos de F en el monmero lo que proporciona unas propiedades muy especiales, destacando su uso como aislante, y sus excelentes propiedades autolubricantes por su bajo coeficiente de friccin.El polmero ms extendido es el politetrafluoretileno,PTFEo tefln. Presenta alta cristalinidad y densidad, 2,13-2,19 g/cm3, resistencia excepcional a los disolventes orgnicos, es particularmente apto para usos criognicos, -200C, aunque sus propiedades resistentes son relativamente bajas cuando se compara con otros plsticos.4.3 Deformacin de polmeros termoplsticosEn primer lugar recordemos los factores que ms influyen en la resistencia de un material termoplstico, dejando para la segunda parte del tema la adicin de refuerzos.1 - Peso molecular medio. Este parmetro no se suele emplear para el control de las propiedades resistentes de polmeros, ya que una vez conseguida la masa molecular suficiente para que se produzca un slido estable, no hay un aumento notable de la resistencia, tal como se observa en la tabla 15.2.Tabla 15.2. Masas moleculares y grados de polimerizacin de termoplsticos

2 - Naturaleza de los grupos funcionales de la cadena. La dificultad de movimiento de las cadenas, as como su deslizamiento se dificulta a medida que se incorporan grupos laterales de la cadena principal de carbono, incrementndose a medida que estos son ms voluminosos, aumentando su rigidez y resistencia pero reduciendo su ductilidad, tal como se observa en la tabla 15.1. El mismo efecto produce la introduccin de tomos de O, N y S en la cadena principal de carbono, as como anillos del tipo fenilo.3 - Grado de cristalinidad. Este factor afecta notablemente la resistencia, puesto que a medida que aumenta lo hacen la resistencia a traccin, modulo de elasticidad y densidad, tal como se observa en la figura 15.8.

Figura 15.8. Curvas tensin-deformacin para PE de alta y baja densidad.Antes de explicar el diferente comportamiento de materiales termoplsticos recordemos como se deforman bajo la accin de tensiones. Una curva caracters-tica de un termoplstico aparece reflejada en la figura 15.9, que indica la forma en que las cadenas se mueven y que distingue a estos materiales, especialmente cuando se compara este grfico con el de metales dctiles como el aluminio en el cual la tensin disminuye rpidamente cuando comienza la zona de plasticidad.

Figura 15.9. Curvas tpica tensin-deformacin de materiales termoplsticos.Los termoplsticos se deforman fundamentalmente por deformacin elstica por debajo de su temperatura de transicin vtrea, aumentando su resistencia y por encima de esta temperatura la deformacin es de tipo plstico, disminuyendo la resistencia y aumentando las caractersticas dctiles, como puede observarse en la representacin de la figura 15.10 para el PMMA ensayado desde -40C a 68C, experimentando una transicin dctil-frgil entre los 86 y 104C, que corresponde a su transicin vtrea.

Figura 15.10. Curvas tensin-deformacin para el PMMA a diferentes temperaturas.Los mecanismos que rigen el comportamiento de los polmeros termoplsticos vienen esquematizados en la figura 15.11, siendo bsicamente el alargamiento de la cadena principal, su desenrollado y el deslizamiento de las mismas.

Figura 15.11. Mecanismos de deformacin en polmeros: a) Deformacin elstica por enfriamiento de los enlaces covalentes entre carbonos de la cadena principal. b) Deformacin elstica o plstica por desenrollado de la cadena principal. c) Deformacin plstica por deslizamientos.4.3.1. COMPORTAMIENTO ELASTICOLa deformacin elstica en estos polmeros es debida a dos mecanismos. En el primero de ellos los enlaces covalentes de los tomos de carbono de la cadena principal del polmero sufren deformacin elstica produciendo el alargamiento de los mismos.En el momento en que la tensin se elimina la distorsin de la cadena puede desaparecer casi instantneamente, por lo que una fraccin inicial de la curva tensin-deformacin puede ser lineal y calcular de este modo de la grfica el mdulo de elasticidad de manera similar al caso de metales y cermicos.El segundo mecanismo que tiene lugar adems es cuando fragmentos de la cadena del polmero que se deforman pero al suprimir la tensin, los segmentos vuelven a sus posiciones de origen por un periodo de tiempo variable, de horas a meses. Esta dependencia con el tiempo en el comportamiento elstico puede contribuir a algo de comportamiento elstico no lineal.4.3.2. COMPORTAMIENTO PLASTICOLos materiales polimricos tambin pueden sufrir deformacin del tipo plstico cuando la tensin supera el limite elstico. Sin embargo, a diferencia de los metales esta deformacin no es consecuencia del movimiento de dislocaciones, sino al deslizamiento de unas cadenas del polmero sobre otras rompiendo de esta manera los dbiles enlaces de Van der Waals, figura 15.12. Al retirar el esfuerzo las cadenas permanecen en sus nuevas posiciones y de este modo el material se deforma de manera permanente.

Figura 15.12. Mecanismo de deformacin plstica. a) Las cadenas se mantienen unidas por fuerzas de Van der Waals. b) Cuando el polmero se estira, las cadenas se enderezan y deslizan unas sobre otras.La posibilidad de que la tensin cause el deslizamiento de las cadenas depende del tiempo. Si la tensin se aplica lentamente, unas cadenas pueden deslizar mas rpidamente que otras, y si se aplica la tensin rpidamente el deslizamiento puede minimizarse y el polmero puede manifestar una tendencia acusada de comportamiento frgil.4.3.3. VISCOELASTICIDADLa facilidad con la que sucede esta deformacin permanente o no en el termoplstico depende del comportamiento viscoelstico del material. Para deformar un material se necesita un cierto porcentaje de tensin que depende del porcentaje total de deformacin y de la velocidad de la deformacin.La viscosidad,, se define como el cociente entre la tensin que causa el deslizamiento y el gradiente de velocidad,/x, que nos describe la rapidez con la que unas cadenas se deslizan sobre otras,(15.3)por ello si los polmeros tienen alta viscosidad requieren mayores esfuerzos para causar la deformacin plstica y presentan menor deformacin viscosa.El efecto de la temperatura en la viscosidad es idntica que en los vidrios,(15.4)Donde0y Edependen de la estructura del polmero. La energa de activacin est relacionada con la facilidad con la que se deslizan las cadenas unas sobre otras. Al aumentar la temperatura, el polmero es menos viscoso y se deforma mas fcilmente.El comportamiento visco-elstico explica las propiedades dinmicas o que tienen una influencia notable con el tiempo. Cuando se aplican altas velocidades a las tensiones como en los ensayos de impacto, no se da el tiempo suficiente para que las cadenas se muevan y causen la deformacin plstica. Como resultado, el termoplstico exhibe un comportamiento frgil y presenta valores ms bajos de tenacidad y de resistencia a la fractura.Por otro lado cuando se aplica la tensin durante un largo periodo de tiempo, presenta un flujo viscoso importante, incluso a bajas temperaturas, por lo que el termoplstico presenta alargamientos permanentes continuos. Altas temperaturas o tensiones producen un mayor aumento del alargamiento, de hecho, se obtienen curvas tensin-tiempo de rotura, figura 15.13, que se parecen bastante a las de los metales.

Figura 15.13. Efecto de la temperatura en el comportamiento a fractura del polietileno de alta densidad.Un mtodo para determinar esta dependencia del polmero con la temperatura aparece reflejado en el valor de la temperatura de resistencia al calor, tabla 15.1, que evala la temperatura a la cual la deformacin toma un valor concreto para un peso standard. Altos valores de este parmetro indican una buena resistencia a la roturaSOLIDIFICACION DE MATERIALES COMPUESTOSLos materiales compuestos estn formados de dos o ms materiales o fases unidas o conectadas para obtener una combinacin de propiedades que no se podran logar de otra manera. Los materiales compuestos se pueden seleccionar para obtener combinaciones no usuales de rigidez, peso, desempeo a altas temperaturas, resistencia a la corrosin, dureza o conductividad.Cualquier combinacin de metales, polmeros y materiales cermicos es virtualmente posible. En muchos casos, es posible utilizar la regla de las mezclas para estimar las propiedades del material compuesto.Este tipo de materiales tiene muchas aplicaciones en la industria de la construccin, aeroespacial, automotriz, en los deportes, en la microelectrica y en otros.5.1.-MATERIALES COMPUESTOS PARTICULADOSLos materiales compuestos particulados contienen grandes cantidades de partculas gruesas que imparten combinaciones de propiedades.CARBUROS CEMENTADOS: Los carburos cementados o cermets contienen partculas cermicas duras dispersas en una matriz metlica. Los insertos de carburo de Tungsteno que se utilizan para las herramientas de corte en operaciones de maquinado son tpicas de este grupo.

El carburo de Tungsteno es un material cermico duro, rgido y con una elevada temperatura de fusin. Para mejorar la tenacidad, las partculas de carburo del Tungsteno, se combinan con polvo de cobalto y se comprime en formas de polvo compactado. Estas ltimas se calientan por encima de la temperatura de fusin del cobalto. El cobalto lquido rodea cada una de las partculas solidas del Tungsteno.ABRASIVOS: Para obtener tenacidad, las partculas abrasivas estn unidas mediante una matriz vtrea o polimrica. Conforme se desgastan las partculas duras, estas se fracturan o se desprenden de la matriz poniendo al descubierto nuevas superficies de corto y contactos elctricos.

POLIMEROS: Muchos polmeros para ingeniera, que contienen rellenos y dilatantes, son materiales compuestos particulados. En los polmeros se agregan partculas de elastmero para mejorar la tenacidad. El polietileno puede ser cargado con polvos metlicos, como el plomo, para mejorar la absorcin de productos de la fusin en aplicaciones nucleares.

MATERIALES COMPUESTOS PARTICULADOS DE METALES VACIADOS: Un ejemplo de ello son las fundiciones de aluminio que contienen partculas dispersas de silicio; representa una aplicacin comercial importante para los materiales compuestos particulados.

Microestructura de una aleacin de fundicin de aluminio reforzada con partculas de carburo de silicio.Entonces se podra decir que los materiales compuestos de matriz metlica contienen partculas cermicas o metlicas que proporcionan una mejor resistencia al desgaste y aseguran buena conductividad elctrica, tenacidad y resistencia a la corrosin. Los materiales compuestos de matriz polimrica contienen partculas que aumentan la rigidez, la resistencia a la temperatura o a la conductividad elctrica, al mismo tiempo que mantiene un bajo peso, una facilidad de fabricacin o un bajo costo.

5.2.-MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRASLa mayora de los materiales compuestos reforzados con fibras tienen una mayor resistencia, mejor resistencia a la fatiga y una mejor relacin resistencia a peso al incorporar fibras resistentes, rgidas aunque frgiles, en una matriz blanda y ms dctil.

Para determinar la elasticidad de los materiales compuestos reforzados con fibras, se utiliza la regla de las mezclas, siempre que las fibras sean continuas y unidireccionales, la regla de las mezclas no es aplicable. La resistencia de un material compuesto con fibras, depende de la unin entre fibras y matriz.Los materiales compuestos reforzados con fibras proporcionan mejoras en resistencia, rigidez o desempeo a altas temperaturas en los metales y en los polmeros y tenacidad a los materiales cermicos.Las fibras por lo comn son de baja densidad, lo cual les da una resistencia y un mdulo especifico elevados, pero suelen ser muy frgiles. Las fibras pueden ser continuas o discontinuas: las continuas con una relacin de forma produce un mejor refuerzo.Las fibras se introducen en una matriz con una diversidad de orientaciones. Las orientaciones aleatorias y un comportamiento isotrpico se obtienen utilizando fibras continuas; las fibras alineadas unidireccionalmente producen materiales compuestos con un comportamiento aniso trpico, con grandes mejoras en la resistencia y rigidez en la direccin paralela a las fibras. Para cumplir con las cargas impuestas, se pueden ajustar las propiedades orientando las fibras en muchas direcciones.

CARACTERISTICASAl disear un material compuesto reforzado con fibras, debe tomarse en consideracin muchos factores, incluyendo longitud, dimetro, orientacin, cantidad y propiedades de la matriz y de la unin entre ambas. Su longitud y dimetro pueden ser cortos, largos o incluso continuos.CANTIDAD DE FIBRAS: Una fraccin volumtrica mayor de fibras, incrementa la resistencia y la rigidez del material compuesto. Sin embargo la fraccin volumtrica mxima es de aproximadamente 80% ms all de las fibras ya no pueden estar totalmente descubiertas o rodeadas por la matriz. Las fibras de refuerzo pueden introducirse en la matriz con diferentes direcciones.PROPIEDADES: Estn son resistentes, rgidas y ligeras. Si el material compuesto se utilizara a temperaturas elevadas, la fibra tambin deber tener una elevada temperatura de fusin.PROPIEDADES DE LAS MATRICESLas matrices soportan las fibras y las mantiene en su posicin correcta, transfiere las cargas a las fibras fuertes, protege las fibras contra daos durante su manufactura y uso en el material compuesto y evita la propagacin de las grietas en las fibras hacia todo el material compuesto.Si la fibra se expande y se contrae a una velocidad muy distinta a la de la matriz, las fibras pueden romperse o se puede desintegrar la unin, causando una falla prematura.

5.3.-MANUFACTURA DE FIBRAS Y DE MATERIALES COMPUESTOSLa produccin de un material compuesto reforzado con fibras implica varios pasos; incluyendo la produccin de las fibras, organizacin de las mismas en paquetes o en tejidos, as como la introduccin de las fibras en la matriz.FABRICACION DE LAS FIBRAS: Las fibras metlicas, las de vidrio y muchas fibras polimricas (incluyendo el nylon, la aramida y el poliacrilonitrilo) se pueden formar mediante procesos de estirado o trefilado.El boro, el carbono y los materiales cermicos son demasiado frgiles y reactivos para trabajarse utilizando procesos de estirado convencionales. La fibra de boro se produce por deposicin qumica de vapor.Las fibras de carbono se elaboran mediante la carbonizacin de un filamento orgnico, que se puede estirar o hilar ms fcilmente en tramos delgados y continuos. Los filamentos son cristales individuales con relaciones de forma de 20 a 1000. Dado que los filamentos no contienen ninguna dislocacin mvil, el deslizamiento no es posible y exhiben resistencias excepcionalmente elevadas. En visa del procesamiento complejo que se requiere para la produccin de las fibras, su costo puede ser bastante alto.ARREGLO DE LAS FIBRAS: Los filamentos excepcionalmente finos se renen en forma de hebras, hilos o mechas. En hilos se retuercen hasta 10000 filamentos para producir la fibra. Una mecha contiene desde unos cuantos cientos o ms de cien mil filamentos sin retorcer. Las hebras son paquetes sin retorcer de filamento, hilos o mechas.

Las fibras se cortan en tramos de 1cm o menos. Estas fibras tambin conocidas como hilachos son fciles de incorporar en la matriz y son comunes en los materiales compuestos de moldeo de lminas y de moldeo en volumen para materiales compuesto de matriz polimrica. Muchas veces, las fibras estn presentes dentro del material compuesto con una orientacin al azar o aleatoria.Para materiales compuestos de matriz polimrica se pueden procesar fibras largas o continuas en formas de esteras o telas se conocen como prepregs. Cuando es necesario introducir fibras alineadas unidireccionalmente en una matriz polimerice, se pueden producir cintas. Las fibras individuales se pueden desenrollar, al hacer esto se determina el espaciamiento de las fibras individuales e impregnados y preformados mediante una resina polimrica. Estas cintas con un espesor de solo un dimetro de fibra, pueden tener un ancho de hasta 48 pulg.

5.4.-PRODUCCION DEL MATERIAL COMPUESTOSe utiliza una diversidad de mtodos para la produccin de piezas de material compuesto, dependiendo de la aplicacin y de los materiales. Los materiales compuestos reforzados con fibras cortas se elaboran normalmente mezclando las fibras en una matriz liquida o plstica, y utilizando despus, tcnicas de inyeccin para materiales compuestos en base polimrica o por vaciado, en el caso de materiales compuestos de matriz metlica.Los materiales compuestos por matriz polimrica, tambin se pueden producir utilizando un mtodo de rociado, en la cual se atomizan las fibras cortas junto con una resina sobre una forma y despus se deja fraguar. Sin embargo, se han diseado tcnicas especiales para la produccin de materiales compuestos utilizando fibras continuas, ya sea en forma alineada unidireccionalmente, en estera o en tejido.En tcnicas de elaboracin manual, las cintas, esteras o tejidos se extienden sobre una forma, saturada con resina polimrica y se presionan para asegurar un buen contacto y una completa eliminacin de la porosidad; finalmente se curan o fraguan. Las cintas y las telas tambin se pueden colocar en un dado y pueden formarse mediante el moldeo por bolsa.El enrollamiento de los filamentos se utiliza para producir componentes como recipientes a presin y piezas fundidas para motores a reaccin. Las fibras se enrollan alrededor de una forma o de un mandril para formar gradualmente una figura slida. El filamento puede estar sumergido en la resina de la matriz polimrica antes de su enrollado o esta resina se puede impregnar alrededor del filamento durante o despus del enrollado. El durado o fraguado completa la produccin de la pieza.Los materiales compuestos de matriz metlica con fibras continuas son ms difciles de producir que los materiales compuestos de resina polimrica. Tambin se pueden utilizar procesos de vaciado o colado que obligan al lquido a pasar alrededor de las fibras por elevacin capilar, colado a presin, infiltracin por vaco o colada continua. Tambin es posible utilizar varios procesos de compactacin en estado slido.

5.5.-MATERIALES COMPUESTOS LAMINARESLos materiales compuestos laminares comprenden recubrimientos muy delgados, superficies protectoras ms gruesas, revestimientos, materiales bimetlicos, laminados y todo un conjunto de otras aplicaciones. Adems podemos considerar como parcialmente laminares los materiales compuestos reforzados con fibra producidos en forma de cintas o de tejidos.Muchos de ellos estn diseados para mejorar la resistencia a la corrosin, a la vez que mantienen un bajo costo, una elevada resistencia o un peso ligero. Otras caractersticas importantes son una resistencia superior al desgaste o a la abrasin, una mejor apariencia y una expansin trmica fuera de lo comn. Los materiales compuestos laminares son altamente aniso trpicos.Sin embargo gran parte de las propiedades verdaderamente importantes, como las resistencias a la corrosin y al desgaste, dependen principalmente de solo uno de los componentes del material compuesto, por lo que la regla de las mezclas no es aplicable.

5.6.-PRODUCCION DE COMPUESTOS LAMINARESPara producir materiales compuestos laminares se usan varios mtodos, incluyendo una diversidad de tcnicas de deformacin y unin que se utilizan principalmente para los metales. Con frecuencia cada una de las capas se une a las adyacentes mediante una unin adhesiva. Como en la fabricacin del triplay o madera contrachapada. Los materiales compuestos de matriz polimrica hechos a partir de varias capas de prepregs de tejido o de cinta tambin se cementan usando adhesivos; se coloca una pelcula delgada de material no polimerizado entre cada prepregs.Cuando estas capas se aprietan unas contra otras a temperaturas elevadas, se complementa la polimerizacin, y las fibras de prepreg quedan unidas para producir materiales compuestos que llegan a tener docenas de capas de espesor.La mayora de los materiales compuestos laminares metlicos, como los recubrimientos y los bimetlicos, se producen por unin por deformacin, como laminacin en caliente o en frio.La presin que ejercen los rodillos rompe la pelcula del xido de la superficie, lo que pone a las dos superficies en contacto atmico y permite que se unan. Tambin se puede utilizar unin por explosin. Una carga explosiva proporciona la presin necesaria para la unin de los metales. Este proceso es particularmente adecuado para unir placas muy grandes que no pueden introducirse en un tren de laminacin.La soldadura fuerte o latonado puede unir placas de materiales compuestos. Las hojas metlicas, separadas por un espacio muy pequeo, de preferencia de aproximadamente 0.003 pulgadas; se calientan por encima de su temperatura de fusin de la aleacin de aporte. La aleacin de aporte fundida es atrada hacia la unin mediante accin capilar.

ESTRUCTURAS TIPO EMPAREDADOLos materiales tipo emparedado tienen capas delgadas de un material de recubrimiento unido a un material de relleno ligero, como una espuma de polmero. Ni el relleno, ni el material de recubrimiento son materiales rgidos o resistentes, pero el material compuesto si tiene ambas propiedades. Un ejemplo familiar es el cartn corrugado.

BIBLIOGRAFIA

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