Semiconductor

MATERIALES COMPUESTOS

¿Qué son los materiales compuestos?

Materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad.

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales.

Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas.

A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricación o la incompatibilidad entre materiales.

Los compuestos pueden ser:

Metal-Metal.Bimetales, Acero cromado y niquelado.Metal-cerámico. Herramientas de corte de carburo cementado. Cermet (cerámica y metal). Plástico reforzado de fibra de carbono

Metal-polímero. Neumáticos (Alambre y caucho)

Cerámico-polímero.Un composite de fibra y carbono llamado Sílex (bicicletas)Cerámico-cerámico.Hormigón (Cemento, arena y grava)

Polímero-polímero.Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)

Estructura de los materiales compuestos

En todo material compuesto se distinguen dos componentes:

-la MATRIZ, componente que se presenta en fase continua, actuando como ligante.

-el REFUERZO, en fase discontinua, que es el elemento resistente.

Ejemplos sencillos y conocidos por todos de materiales compuestos son el hormigón (cemento, grava y hierro) y los neumáticos (caucho, nylon y alambre).

Matriz

Es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se puede distinguir a simple vista por ser continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma que su resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El comportamiento a la fractura también depende de la resistencia de la interfase. Una interfase débil da como resultado un material con baja rigidez y resistencia pero alta resistencia a la fractura y viceversa.

Interfase matriz-refuerzo

La zona de interfase es una región de composición química variable, donde tiene lugar la unión entre la matriz y el refuerzo, que asegura la transferencia de las cargas aplicadas entre ambos y condiciona las propiedades mecánicas finales de los materiales compuestos.

Existen algunas cualidades necesarias para garantizar una unión interfacial adecuada entre la matriz y el reforzante: una buena mojabilidad del reforzante por parte de la matriz metálica, que asegure un contacto inicial para luego, en el mejor de los casos, generar la unión en la interfase una estabilidad termodinámica apropiada (ya que al interactuar estos materiales, la excesiva reactividad es uno de los mayores inconvenientes encontrados), la existencia de fuerzas de unión suficientes que garanticen la transmisión de esfuerzos de la matriz al refuerzo y que sean además estables en el tiempo bajo altas temperaturas. En el sector eléctrico y electrónico, se debe tener en cuenta que los CET de la matriz y de los refuerzos deben ser similares para limitar los efectos de los esfuerzos internos a través de la interfase, sobre todo al utilizar el compuesto a altas temperaturas.

Para todo ello, se debe dar una buena adherencia entre la matriz y el refuerzo.- materiales compuestos de matriz METÁLICA o MMC (METAL MATRIX COMPOSITES),

- materiales compuestos de matriz CERÁMICA o CMC (CERAMIC MATRIX COMPOSITES),

- materiales compuestos de matriz de CARBON

- materiales compuestos de matriz ORGÁNICA o RP (REINFORCED PLASTICS) y dentro de estos, son los más utilizados:

- los CFRP (CABON FIBER REINFORCED PLASTICS) o materiales compuestos de fibra de carbono con matriz orgánica,

- los GFRP (GLASS FIBER REINFORCED PLASTICS) o materiales compuestos de fibra de vidrio con matriz orgánica.

Matriz Organica:

las funciones que debe cumplir la matriz. Estas son:

- Dar estabilidad al conjunto, transfiriendo las cargas al refuerzo.

- Proteger al refuerzo del deterioro mecánico y químico.

- Evitar la propagación de grietas.

Refuerzo

En lo que a los refuerzos se refiere, los hay de dos tipos:

- FIBRAS, elementos en forma de hilo en las que la relación L/D > 100,

- CARGAS, el resto, utilizadas en elementos de poca responsabilidad estructural.

FIBRAS

Los principales tipos de fibras utilizados como refuerzo, en lo que al material que las compone se refiere, son:

-FIBRAS DE VIDRIO

De gran resistencia a tracción, duras, resistentes al ataque químico y flexibles. Se elaboran a partir de la sílice (del 50% al 70% de su composición) y se le añaden otros componentes en función de las propiedades deseadas, distinguiéndose:

• -VIDRIO-E, para aplicaciones generales.

• -VIDRIO-S, para mayor resistencia y rigidez.

• -VIDRIO-C, para estabilidad química.

• -VIDRIO-M, para muy alta rigidez.

• -VIDRIO-D, para muy baja constante dieléctrica.

FIBRAS DE CARBONO

Son de muy alta resistencia y rigidez, por la estructura cristalográfica del grafito. Se distinguen los siguientes tipos:

- De muy alto módulo (para aplicaciones que requieran

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