El Carbono

Introducción

El siguiente trabajo tiene como objetivo comprender lo que es referente a Matriz cerámica, El carbono, para lo cual es necesario realizar un recorrido por distintas nociones de este tema con el fin de acercarnos un poco a lo que son los materiales químicos.

Posteriormente, analizaremos lo que es Cerámicas tenaces reforzadas con “Whiskers¸ Carbono reforzado.fibra de carbono y derivados del carbono. A continuación el desarrollo del trabajo.

Matriz cerámica.

La matriz cerámica es muy resistente y rígida, pero poco tenaz y, para aumentar su tenacidad se tiene que recurrir a las fibras, largas o cortas (whiskers), para que bloqueen el crecimiento de las grietas que pueda contener la matriz; así, si una grieta en crecimiento se encuentra con una fibra puede desviarse o separar la fibra. Como en ambos procesos se consume energía, se retrasa o detiene el avance de la grieta.

A continuación comentaremos una serie de cerámicas tenaces reforzadas con whiskers, y otra de «compositas» a base de cerámicas de distintos tipos, por las que se obtienen unas características mecánicas muy superiores a las de las cerámicas sin reforzar. Asimismo, se reseñan sus procesos de fabricación.

Cerámicas tenaces reforzadas con “Whiskers”

En este campo se han encontrado ciertos óxidos cerámicos tenaces que mejoran sensiblemente su resistencia a las grietas, al reforzar aquéllas con «whiskers» monocristalinos de muy alta resistencia y rigidez; como se sabe la denominación «whisker» comprende a todas aquellas fibras muy cortas, y de diámetro próximo a la micra.

Se ha observado que la adición de un 20% en volumen, aproximadamente, de whiskers de SiC en una matriz de Al2O3 (alúmina) ó SiO4Al (mullita), constituyen unos materiales compuestos que alcanzan resistencias a la rotura superiores al doble a los óxidos cerámicos enunciados.

Además, la elevada resistencia de las compositas obtenidas se mantiene cuando la temperatura crece hasta los 1.000 °C.

Controlando convenientemente la proporción de whiskers, su distribución en la matriz, y su adherencia a la misma, se han podido obtener materiales compuestos en los que los whiskers mantienen a las grietas sin desarrollarse, fijándose en la zona de la matriz en donde se han formado. Así pues, aquéllas no pueden progresar sin expulsar o desplazar a los whiskers hacia la periferia de la matriz, para lo cual habría que realizarse un trabajo, es decir, sería preciso una energía adicional por lo que, la presencia de los whiskers inhibe o dificulta el crecimiento de las grietas.

Además, para obtener una pieza cerámica más resistente a fallos instantáneos e imprevistos, el refuerzo de la matriz (cerámica) por los whiskers reduce la probabilidad de fallo en el tiempo, debido a un crecimiento mucho más lento de las grietas cuando a la pieza se la somete a la tensión de servicio.

La resistencia a la rotura mejorada por el procedimiento descrito, significa que se pueden obtener cerámicas reforzadas con «whiskers» de hasta 800 MPa, es decir, 8.120 kg/cm2, con relativamente grandes defectos (por tratarse de cerámicas) de 100 a 200 micras.

En estas condiciones, la gran ventaja de esta nueva «compositas» estriba en que, para alcanzar estas elevadas resistencias, con las cerámicas tenaces sin reforzar, el tamaño crítico de los defectos debería mantenerse muy pequeño, menores de 20 micras, en vez de las 200 micras, para las cerámicas reforzadas con «whiskers». Con las técnicas ordinarias de detección de defectos es muy difícil el detectarlos de tamaño tan reducido (20 micras), particularmente en una pieza de forma compleja.

Así pues, otra ventaja de estas «compositas» consiste en la posible utilización de técnicas de inspección convencional, por los productores de cerámicas, para verificar cualquier grieta o defecto que, a pesar de su tamaño (200 micras), no afecten a las piezas de resistencia elevada.

Estas «compositas», de matriz cerámica reforzada con «whiskers», pueden fabricarse directamente por las técnicas de procesado de polvos cerámicos, es decir, de sinterizado, con presión isostática o no.

Sus excelentes propiedades a elevadas temperaturas y resistencia a los choques térmicos conservando su tenacidad, resistencia a la rotura y a la f1uencia, hace a dichas «compositas» aptas para utilizarse en herramientas de corte, componentes de motores térmicos y para componentes de procesos industriales en los que se hallen presentes los desgastes (abrasiones); ambientes corrosivos, altas temperaturas, etc. Los expertos opinan que estas cerámicas de óxidos cerámicos, reforzadas con «whiskers», para obtener materiales compuestos, se puede generalizar para otros óxidos distintos a la alúmina y mullita.

Materiales Compuestos reforzados con partículas.

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil

Tipos: Compuestos endurecidos por dispersión Compuestos con partículas propiamente dichas

Compuestos endurecidos por dispersión El tamaño de la partícula es muy pequeño (diámetro entre 100 i 2500 μ). A temperaturas normales, estos compuestos no resultan más resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye inversamente con el aumento de la temperatura. Su resistencia a la termofluencia es superior a la de los metales y aleaciones.

Sus principales propiedades son:

• La fase es generalmente un óxido duro y estable.

• El agente debe tener propiedades físicas óptimas.

• No deben reaccionar químicamente el agente y la fase.

• Deben unirse correctamente los materiales.

El carbono.

Es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica;

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